电站锅炉水冷壁安全提效技术改造周建峰

电站锅炉水冷壁安全提效技术改造周建峰

周建峰

（吉林江南热电有限公司吉林省吉林市132108）

1锅炉结焦的成因

炉膛结焦是锅炉运行中比较普遍的问题，煤粉燃烧过程中，颗粒中所含的易熔或易气化的物质迅速挥发成气态进入烟气中，当温度降低时凝结，或者黏附在水冷壁和高过迎风面，或者凝结在飞灰颗粒表面，成为熔融的碱化物膜，然后黏附在受热面上形成结渣层，结渣层具有较高的黏结能力，黏附熔融或半熔融状态的灰颗粒和未燃尽的焦炭，使结渣由点到面不断发展。

2项目进行的必要性

2.1燃煤市场供应缺口不断加剧，火电厂掺烧褐煤并提高掺配比例成为必然选择，褐煤成焦渣性强，受热面结渣严重，掉焦灭火风险递增，提高掺烧比例困难。

2.2煤价升高导致企业盈利能力下降，提高廉价煤掺烧比例，降低入炉煤成本，实施水冷壁安全节能增效技术消除结焦提升盈利水平和降低掉焦灭火风险提供刚性需求。

2.3国家政策向节能减排领域倾斜，政策明确：“十三五”期间，全国实施煤电能改造约3.4亿kW，力争淘汰落后煤电机组约2000万kW，到2020年，全国现役煤电平均供电煤耗降至310g/kwh，火电节能减排压力更加凸显。而排烟温度及辅机耗电量高高制约了运行效率提升。实施水冷壁安全节能增效技术，降低排烟温度和辅机耗电量，助力落实国家政策的同时，获得丰厚的利益回报。

2.4“清洁、安全、高效”成为企业生存发展的主基调，而为缓解锅炉结渣结焦和降低排烟温度被迫增加炉膛蒸汽吹灰器，既耗用大量的发电自用气，又加剧了吹灰磨损。实施水冷壁安全节能增效技术，替代在炉膛安装蒸汽吹灰器节约技改投资和生产自用汽，并减少蒸汽吹灰器带来的吹灰磨损，每年可节省增设炉膛蒸汽吹灰器安装和运维投资，是保障锅炉运行清洁安全高效的专业领域技术。

综上所述，实施水冷壁安全节能增效技术改造，消除受热面结渣结焦和掉焦灭火风险，提高褐煤掺烧比例，使锅炉最大出力回归设计值，解决低焦渣性燃煤供应短缺和弥补供热高峰缺口，降低运行氧量、排烟温度和引风机等辅机电耗，抑制NOx生成，保障机组“清洁、安全、高效”运行，助力企业落实国家节能减排政策，减轻企业在新常态下的发展压力，提升企业核心竞争力。

3项目实例

吉林江南热电有限公司两台330MW供热发电机组，锅炉为哈锅HG1100/17.5-HM型锅炉、亚临界、一次中间再热、自然循环汽包炉。锅炉采用中速磨煤机直吹式制粉系统，直流式煤粉燃烧器四角布置，切圆燃烧，一次再热，平衡通风，三分仓容克式空气预热器，干式排渣。锅炉设计煤种为白音华煤，校核煤种为白音华煤与北煤的混煤。目前主要燃用煤种为扎哈淖尔、乌拉盖、赫兹格乌拉、海拉尔等蒙煤。低焦渣性烟煤供应紧缺，掺烧褐煤成为必然，但其焦渣性强，受热面结渣严重，由此引发掉焦灭火高风险；排烟温度高，严重制约锅炉安全经济运行。

为防范因褐煤焦渣性强形成受热面结渣，经专业多方考察和研究，决定采用：在炉膛垂直水冷壁喷涂高黑度材料，解决锅炉结焦问题。

在炉膛水冷壁上喷涂黑体材料后，因黑体材料黑度为0.93，较常规水冷壁金属管材黑度高0.23，会适当提高炉膛水冷壁的吸热量，降低炉膛近壁烟温，增强了冷却熔融灰渣的能力，使熔融灰渣在扩散过程中转变为半熔融状态或固态，降低了灰渣的黏附能力，继而有效地防止或避免结焦；

在炉膛水冷壁表面上使用黑体材料，由于黑体材料属于非金属材料，其热阻较金属管壁热阻略大，使熔融的灰粒对管壁的传导放热变得缓慢，不易快速放热引起凝固结焦。

在水冷壁区域喷涂黑体材料后，黑体涂层提高辐射换热，增大近壁区域和燃烧区域温度梯度。在适量提高炉膛水冷壁吸热量的同时，相应降低炉膛出口烟温，减少或消除烟气中熔融灰渣的形成，使灰渣在接触屏过前就凝固，可避免或减少焦渣在水冷壁及屏过表面形成。同时因黑体材料的纳米特性，提高涂层的光洁度，有效防范粘污。

4项目实施划

4.1本次黑体技术改造，2018年在1号机组小修期间实施。

4.2工程实施条件及工期：本项工程实施条件：需有升降平台且与其他的施工改造无交叉作业，改造工期15天（不含搭拆升降平台或脚手架的时间）。

4.3费用估算：施工面积1600㎡，总投资500万元（不含脚手架搭拆费用和第三方检测费用）。

5具体施工内容

5.1首先对施工区域进行清理：通过高压水射流和喷砂对施工区域进行清理。去除水冷壁表面污物、锈斑、腐蚀物、氧化物、油漆及其他外来物，露出均质的金属本色。表面粗糙度约30-80微米。

5.2在清理完成后的区域喷涂黑体材料，经固化后完成施工。

6实施后效果及结论

大唐东北电力试验研究院对吉林江南热电有限公司1号炉水冷壁安全提效技术改造进行了性能试验并出具试验报告。通过对试验结果的分析，得出结论为：

（1）锅炉蒸发量920t/h工况，安全提效前，经煤质及进风温度修正到保证条件下的锅炉热效率为92.91%；修正后排烟温度为139℃；过热器减温水流量为11.24t/h；再热器减温水流量为39.08t/h；

安全提效后，经煤质及进风温度修正到保证条件下的锅炉热效率为93.45%，比安全提效前提高了0.54个百分点；修正后排烟温度为133.95℃，比安全提效前降低了5.05℃；过热器减温水流量为13.71t/h，比安全提效前增加2.47t/h；再热器减温水流量为36.57t/h，比安全提效前降低了2.51t/h。

（2）锅炉蒸发量700t/h工况，安全提效前，经煤质及进风温度修正到保证条件下的锅炉热效率为93.13%；安全提效后，经煤质及进风温度修正到保证条件下的锅炉热效率为93.55%。

（3）锅炉蒸发量450t/h工况，安全提效前，经煤质及进风温度修正到保证条件下的锅炉热效率为93.39%；锅炉蒸发量540t/h工况下，安全提效后，经煤质及进风温度修正到保证条件下的锅炉热效率为92.91%。

（4）通过过热器减温水量增加、再热器减温水量减少和锅炉热效率的提高，综合降低供电煤耗2.05g/kWh。

通过改造前后试验对比发现，锅炉受热面黑体喷涂后，改善并提高锅炉设备运行状况，可获得安全效果及节能效果如下：

①减温水量大幅减少；改造后锅炉运行数据显示，过热器减温水量降低明显。

②吹灰次数大幅降低；改造前吹灰次数非常频繁，厂用电增加的同时，高品质蒸汽浪费严重后果。改造后吹灰次数大幅减少。

③结焦现象得到根本的解决，改造前为了防止锅炉水冷壁结焦，每天向炉膛内投入大量除焦剂。改造后除焦剂已经停止投入并且水冷壁干净无结焦。

④排烟温度得到合理修正，下降10度以上，锅炉热效率明显提升。

综合效果分析：

锅炉总体热效率提高1%以上，节约供电煤耗3克以上，仅从节约燃煤上每年给电厂带来218.7万元的直接经济效益。并且，根本停止了除焦剂的使用，每年节约除焦剂费用75万元。总计带来经济效益将近300万元/年。

锅炉运行根本上解决燃用褐煤容易结焦的问题，同时有效的保持炉膛水冷壁表面清洁，提高锅炉运行安全性，避免非计划停机造成的严重经济损失。