循环流化床锅炉尾部烟道漏风性能试验研究

于 旭1，孙 浩1，董建聪2，张 进2

（1.国家电投集团盐城热电有限责任公司，江苏 盐城 224007；2.南京工程学院能源研究院，南京 211167）

0 引言

循环流化床（CFB）锅炉相比于煤粉锅炉，具有煤种适应性强、燃烧过程生成的污染物少和调峰性能好等优点[1]，因此在国内火力发电、供热及化工等行业发挥着越来越重要的作用。目前，小型循环流化床锅炉尾部受热面多采用多级管式空预器，在实际运行中由于安装维护不当、烟尘冲刷、高温烧蚀以及尾部低温腐蚀等因素的叠加影响，CFB锅炉尾部烟道常会发生漏风现象[2]。当出现漏风时，炉外空气和炉内一、二次热风分别通过炉墙漏点和空预器漏点进入尾部烟道内。一方面，低温漏风降低了尾部烟温，会减弱尾部受热面传热效果，使排烟温度上升，影响炉效；另一方面，尾部漏风增加了排烟量，提高排烟损失的同时，还会导致送、引风机出力增加，甚至迫使锅炉降负荷运行，严重影响CFB锅炉的安全稳定运行[3]。

杜佳军[4]对某200MW循环流化床锅炉空预器漏风进行了深入分析，研究了设备结构、燃烧煤种偏差、暖风器投运方式及吹灰器清灰效果对漏风的影响，并提出了针对性的改造和优化方案。张智羽等[5]以内蒙古某亚临界CFB发电机组为研究对象，建立了富氧燃烧CFB发电机组流程仿真模型，研究了漏风系数对发电系统整体能耗的影响，结果表明随着漏风的增大，机组煤耗和总能耗增大，机组输出功率和净电效率减小。因此，在富氧CFB设计与运行中应保证锅炉烟道的气密性，减少漏风的影响。武世福等[6]对某1060t/h CFB锅炉在炉内喷钙脱硫运行工况下进行了性能试验，计算在不同工况下的热效率和空预器漏风率，结果表明随着机组负荷的增加，回转式空气预热器的漏风率由15.97%降到7.03%，但空预器漏风率整体偏高。

本文在一台150t/h循环流化床锅炉上开展了尾部烟道漏风性能试验，利用Testo-350烟气分析仪对低温省煤器进出口和上、中、下级空预器出口左右两侧的烟气成分进行了取样分析。根据测量结果分别计算得到了低温省煤器和上、中、下级空预器的漏风率，据此对尾部烟道内的具体漏风位置进行了预判并提出了检修意见。此外，通过对比漏风检修前后锅炉风烟系统的运行参数，分析了尾部漏风对CFB锅炉运行的影响。

1 CFB锅炉概况

该台150t/h高温高压CFB锅炉为单锅筒横置式、单炉膛、自然循环、全悬吊结构、全钢架π型布置。锅炉运转层以上露天，运转层以下封闭，在运转层8m标高设置混凝土平台。炉膛采用膜式水冷壁，锅炉中部是蜗壳式汽冷旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级4组对流过热器，过热器下方布置两组省煤器及一、二次风三级空气预热器。锅炉的主要设计参数见表1。

表1 150t/h CFB锅炉主要设计参数Table 1 Main design parameters of 150t/h CFB boiler

该台CFB锅炉尾部烟道内的低温受热面布置情况为：尾部竖井烟道中设有两组光管省煤器，均采用φ32×4的管子，错列布置，上、下组的横向节距分别为101mm和83mm，省煤器管的材质为20G高压锅炉管。在省煤器后布置3组空气预热器，分别加热一次风和二次风，采用卧式顺列布置。空气预热器管子迎风面前两排管子和两侧管子采用φ42×3.5厚壁管。每级空气预热器及相应的连通箱均采用全焊接的密封框架，以确保空气预热器的严密性，空气预热器材料采用耐腐蚀ND钢。

2 CFB锅炉漏风性能试验

2.1 试验方法

该台CFB锅炉尾部竖井烟道在低温省煤器进、出口和各级空预器出口处均布置有炉墙开孔。本次试验采用Testo-350烟气分析仪配合2.2m长不锈钢取样枪抽取不同开孔处的烟气进行成分分析，在同一开孔处通过调整取样枪的取样深度来对该处试验测量结果进行均值处理。利用不同取样位置的烟气成分测量结果可进一步计算出该段烟道内的漏风率，本次试验分别对低温省煤器进出口和上、中、下三级空预器出口的左右两侧烟道内的烟气成分进行了取样分析。

2.2 漏风率计算方法

根据ASME PTC4.3《空预器试验规程》中的相关规定，漏风率的计算方法如下：

式（1）中：WG1和WG2分别为某烟道区段进出口处的实际烟气量，kg/kg。其值为该烟道截面处干烟气量与烟气中水分之和，具体计算方法如下：

式（2）中：CO2、O2为烟气分析仪实测值；N2=100-CO2-O2；Sar、Har、Nar等煤质参数按锅炉实际燃用煤种的工业分析数据取值，飞灰和大渣之间的比例按6:4设定。

3 试验结果及漏风影响分析

3.1 试验结果分析

将各取样点烟气成分测量值代入上节漏风率计算公式，即可求得尾部烟道内各区段的漏风率，其结果汇总如图1。

图1 尾部烟道部分典型漏风点检修照片Fig.1 Maintenance photo of typical air leakage points of tail flue

分析数据可以发现左右两侧烟道内的漏风特性呈现出不同特性：左侧烟道除中级空预器外其余各段漏风率均低于4%，说明这些区域气密性较好，而中级空预器的漏风率是整个尾部烟道的最高值，达到了23.74%；右侧烟道的漏风率普遍较高，除中级空预器漏风率低至3.98%外，其余各段漏风率均超过7%，其中低温省煤器和上级空预器漏风率分别达到10.61%和9.25%。根据漏风率的数据对比可预判出漏风的具体位置，左右两侧烟道的漏风点也存在明显差异：右侧漏风点位于烟道上部区域，即低温省煤器和上级空预器区域；而左侧漏风点则位于烟道中部区域，即中级空预器区域，这些区域应为后续停炉检查的重点区域。

3.2 漏风处理及影响分析

图2为该台CFB锅炉尾部烟道检修时拍摄的部分典型漏风点照片，可以看到低温省煤器和上级空预器的膨胀节处均存在明显的破损漏点，如图2（a）。其造成了炉外空气向尾部烟道烟气侧的内漏风，而中级空预器管路与热风风箱的连接处也存在多处破损和焊缝开裂漏点，如图2（b）。其造成了管式空预器内热风向尾部烟道烟气侧的内漏风。上述漏风检查结果表明：通过锅炉漏风性能试验得到的漏风率计算结果验证了尾部烟道漏风点的预判是准确的。

图2 尾部烟道部分典型漏风点检修照片Fig.2 Maintenance photo of typical air leakage points of tail flue

通过比较漏风检修前后的锅炉运行参数的变化可以分析出漏风对锅炉运行的影响。由于漏风检修不涉及锅炉燃烧系统和给煤系统，这两个系统的特性在此次检修前后保持一致，故选取检修前后两个给煤量接近的工况进行对比分析。相关数据汇总见表2。

表2 漏风检修前后的运行参数对比Table 2 Comparison of operation parameters before and after air leakage maintenance

对比表2数据可知，两个工况的给煤量分别为26.77t/h和26.05t/h，两者相对差值小于3%，加之两者的一、二次风总风量也相差无几，可认为这两个工况的炉内燃烧状态接近相似，故两个工况下产生的烟气量也应相当。但通过数据可以看到，检修后工况下的引风机电流要比检修前下降了约1/3。分析原因是因为检修前锅炉尾部烟道存在漏风，炉外空气和管式空预器内的热风通过漏点进入尾部烟道，使通过引风机的实际烟气量大大增加，进而导致了引风机电流的增加。此外，尾部烟道的漏风也对一、二次风机的运行状态产生了不利影响。对比数据发现，在两个工况一、二次风风量接近的情况下，检修后的一、二次风机电流也要比检修前分别下降了23.7%和19.6%。分析原因，空预器漏风使得部分一、二次热风从漏点旁路至尾部烟道内，但由于一、二次热风的流量测点位于空预器后，运行人员据此测点调整锅炉送风量，只能加大一、二次风机电流以满足锅炉燃烧需要，因此尾部漏风也将导致一、二次风风机电流的大幅上升。

4 结论

本文在一台150t/h循环流化床锅炉上开展了尾部烟道漏风性能试验，利用烟气分析仪对低温省煤器进出口和上、中、下级空预器出口左右两侧的烟气成分进行了取样分析。根据测量结果分别计算得到了低温省煤器和上、中、下级空预器的漏风率，据此对尾部烟道内的具体漏风位置进行了预判并提出了检修意见。此外，通过对比漏风检修前后锅炉风烟系统的运行参数，分析了尾部漏风对CFB锅炉运行的影响。结果表明：中级空预器的漏风率是整个尾部烟道的最高值，达到23.74%，低温省煤器和上级空预器漏风率分别达到10.61%和9.25%，是整个尾部烟道漏风最严重的部位。由于消除了尾部烟道漏风，引风机电流下降了约1/3，一、二次风机电流也分别下降了23.7%和19.6%。