垃圾炉过热器超温问题分析与改造.pdf

垃圾炉过热器超温问题分析与改造时扶芃（无锡华光环保能源集团股份有限公司，江苏无锡2 1 4 0 2 8)摘要：过热器是锅炉的重要组成部分，提高过热蒸汽的参数是提高火力发电厂热经济性的重要途径，在发电设备运行过程中，蒸汽温度过高、过低或汽温变化过大，都会影响发电机组安全运行。本文将以一台已投入运行的垃圾焚烧余热锅炉为例，分析垃圾炉过热器超温问题的原因、调节方法，提供后期改造时可参考的模拟热力计算结果，在受热面面积增减方面提供一些改造建议，以期与大家共商共进。关键词：垃圾焚烧余热锅炉；过热器超温；汽温调节；热力计算1.前言锅炉过热器的作用是把饱和蒸汽加热成为具有一定温度的过热蒸汽。并要求在锅炉出力或其他工况条件发生变动时，能保证过热蒸汽温度的波动处在允许的范围内。虽然提高过热蒸汽的参数是提高火力发电厂热经济性的重要途径，但是在发电设备运行过程中，蒸汽温度过高、过低或汽温变化过大，都会影响锅炉热效率，且有可能引起管子破裂危及管材使用寿命，最终降低锅炉机组运行的安全性。2.项目运行介绍2.1项目设计基本情况本项目锅炉设计垃圾日处理量5 0 0 吨，额定蒸汽出口温度4 5 0、压力6.4 MPa，采用悬吊式单锅筒自然循环，炉膛、第二通道、第三通道、水平烟道均为膜式水冷壁结构型式，水平烟道内依次布置蒸发器、过热器、省煤器，每两级过热器之间布置喷水减温器，用来调节过热器出口汽温，锅炉总图及烟气流向示意见图1。本项目锅炉多级对流过热器在水平烟道高烟温区（高过）采用顺流布置，低烟温区（中过、低过)采用逆流布置，整台锅炉的对流过热器组成混合流形式，以达到统筹兼顾运行安全和成本经济的目的。2.2项目运行实际画面在本项目设计阶段，考虑到垃圾炉易发生过热器超温现象，热力计算已尽量保证过热器进口烟温小于6 0 0，最好保持在5 8 0 以下，以此延长锅炉受热面使用寿命，缩短锅炉检修周期。本项目运行一年半时，用户反馈的实际运行画面见图2。由此运行画面可以看出，虽然过热器进口温度保持在6 0 0 以下，但是一级和二级喷水减温器的减温水量均超过设计值，中过和高过的进口蒸汽温度甚至需要调节到接近饱和温度才能保证锅炉出口额定蒸汽温度控制在要求范围内。3.汽温调节与超温3.1汽温调节方法3.1.1减温器调节减温器调节是用减温水间接或直接冷却蒸汽的方法来降低汽温，此方法也是用户常用的降低汽温的方法之一。本项目在中低过和高中过之间都设置了减温器，以调节各级过热器汽温。3.1.2采用过热蒸汽左右交叉流动锅炉内垃圾燃烧时炉膛内火焰难免产生不均，烟气在炉膛出口处的温度有偏差不可避免。立式过热器左右侧蒸汽经交叉调换后，烟温偏差对汽温影响减小，同时可混合左右侧蒸汽，消除过热器因吸热不均匀形成的汽温偏差。但此方法在传统煤粉炉汽水系统中应用十分广泛，应用于垃圾炉结构还需推广。-10-山商山省表1烟道二烟图1锅炉总图及烟气流向示意图2022/04/0215:18:46楚烧炉总貌4459L911861-0.1L/M33.7L垃最仓负压-69.9Pa45.4铺8604005071.4P24P7260-24071138227.2P347.1C20.1C221C7-77LIS5.6%L20470营化碧特道ETIEO7P742C102:50.P200000220/营化器小号#味空气理小理医力27PT2241A72.3500-CCR20/抽营压力11.6MPFA445.18mm1875/20图2实际运行画面113.1.3烟气再循环烟气再循环是将炉膛出口低温烟气通过再循环风机送回炉膛上部或下部，改变炉膛和过热器的吸热比例，以调节汽温。但此方法不仅增加厂用电，而且增加了维护成本，因此并没有被各大电厂普遍采纳。3.2超温原因分析3.2.1锅炉负荷变大随着人们生活水平的提高，城市生活垃圾总量日益增加，锅炉的垃圾日处理量增加，垃圾焚烧炉几乎都是满负荷或超负荷运行。当锅炉负荷增大时，将有较多的热量随烟气离开炉膛，被对流过热器等受热面所吸收；对流过热器中的烟速和烟温提高，过热器中工质的恰增随之增大。因此，对流式过热器的出口汽温是随锅炉负荷的提高而增加的 2 。3.2.2燃料热值变高随着社会经济的发展和城市建设的快速增长，城市垃圾中可燃成分比例逐渐提高，垃圾热值也在增大，燃烧产生的热量增加，也会导致过热器出口汽温升高。3.2.3炉膛水冷壁积灰垃圾焚烧主要技术难点之一就是中国的垃圾中有很多塑料，燃烧后生成的氯可引起受热面积灰和高温腐蚀，而炉膛水冷壁管外壁积灰、结渣或内壁结垢，会使得炉膛受热面吸热量减少，炉膛出口、过热器进口烟温升高，从而引起汽温升高。4.运行模拟计算在讨论垃圾炉运行后期受热面改造方案时，我们需要通过调整过量空气系数（值）或炉膛沾污系数等方法来进行模拟热力计算，将设计工况下过热器的各项温度、压力、喷水量等数据模拟至接近实际运行数值，再在此模拟结果基础上增减各级过热器面积来降低汽温和减温器喷水量，这样得到的计算结果才可以作为垃圾炉的改造参考依据。4.1模拟方法与验证过量空气系数（值）增加,则烟气量增加，烟速提高，使传热系数增加的幅度大于传热温差减少的幅度，因此，使过热器的吸热量增加，汽温升高。一般来说，过量空气系数每增加0.1，汽温升高 8 1 0 3 。炉膛沾污系数比设计值偏低时，炉膛吸热量增加，出口烟温降低，过热器汽温随之降低。如下表1 可以看出，在原设计数据基础上，保证高过出口汽温不变，分别调整过量空气系数和沾污系数时，汽温的变化符合上述描述。而且，沾污系数对汽温的影响远小于过量空气系数（值）对气温的影响。表1 方法验证高过出口中过出口低过出口方法分类值沾污系数汽温()原设计1.75增加值3增加沾污系数/减温水量汽温()汽温()0.3354504500.25450(t/h)403.6358431413412363.40.5+0.312.5+2.240.5+1.05-12-4.2模拟计算结果受锅炉结构和改造成本等各方面的限制，为解决本项目过热器超温问题，利用设计时过热器蛇形管的结构特点，同时保证高过进口烟温在6 0 0 以下，以确保受热面管材不产生高温腐蚀，在此基础上分别进行3 次模拟计算，计算结果如下表2 所列。计算模型1：保持高过、中过面积不变，低过面积减少1/2；计算模型2：保持高过面积不变，中过面积实际运行模拟计算模型1数据数据高过面积(m)477中过面积(m)588低过面积(m)1477一级减温器喷水量(t/h)2.7二级减温器喷水量(t/h)2.5锅炉排烟温度()237.7需要说明的是，由于垃圾锅炉的实际人炉垃圾成分很难确定，投入运行后的锅炉炉膛及受热面沾污情况很难判断，只能尽量根据理论变化趋势进行模拟，因此上表中的“模拟计算数据”与实际情况并不完全一致。表中计算结果后三列数据是以“模拟计算数据”结果为基础进行的模型改造计算，经数据对比可以看出：（1）低过面积减半可较大幅度减少减温水用量，这种少量改动锅炉过热器结构的方法适用于改造工期短、预算成本低的情况；（2）组合减少高中低过面积可进一步减少减温水用量，而且此改造方法可延长改造后过热器的使用周期；(3)同时减少高中低过面积时，锅炉排烟温度必然开始增高，此时需要考虑增加尾部省煤减少1/3、低过面积减少1/2；计算模型3：高过面积减少1/3、中过面积减少1/3、低过面积减少1/2；5.计算结果说明表2 基于锅炉实际运行数据，对锅炉热力参数进行了模拟计算，计算结果见“模拟计算数据”列，同时应用户要求对高、中、低三级过热器面积进行了调整，“模型1”、“模型2”、“模型3”分别对应3 种计算模型。表2 计算结果47758814772.242.5239器面积以降低排烟温度。6.结语目前，我国利用垃圾焚烧余热锅炉设备发电的电厂逐渐增多，过热器超温现象在锅炉投产运行两年左右开始普遍出现，要延长垃圾炉使用寿命，减少过热器面积的锅炉改造方式将会越来越多，本文提出了一点改造思路供大家参考。参考文献1邢培生锅炉设备运行及事故处理M.北京：化学工业出版社，2 0 0 5.2周强泰锅炉原理（3 版)M北京：中国电力出版社，2 0 1 3.3丁明舫，时静茹锅炉设备及运行技术问答7 0 0 题 M南京：河海大学出版社，1991.-13-模型24774775883927387381.630.9410.8244.5246.6模型33183927380.460.4248.5