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巴陵石化公司 #9 锅炉达标提效. 设备能源部 2011 年 3 月 3 日. 一、概况. 根据总部锅炉达标提效工作总体部署， 巴陵石化公司 2010 年 3 月向总部申请热电事业部 #9 炉达标提效治理的项目启动，得到总部的大力支持，并很快批复，批复资金 670 万元。 2010 年 5 月 20 日 ~7 月 7 日 #9 炉大修期间完成了达标提交项目的实施， 7 月 8 日点炉运行。 10 月 18~19 日，胜利油田电厂对 #9 炉提效改造后进行了热效率测试，全面检验项目实施效果情况。
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巴陵石化公司#9锅炉达标提效 设备能源部 2011年3月3日
一、概况 • 根据总部锅炉达标提效工作总体部署， 巴陵石化公司2010年3月向总部申请热电事业部#9炉达标提效治理的项目启动，得到总部的大力支持，并很快批复，批复资金670万元。2010年5月20日~7月7日#9炉大修期间完成了达标提交项目的实施，7月8日点炉运行。10月18~19日，胜利油田电厂对#9炉提效改造后进行了热效率测试，全面检验项目实施效果情况。 • #9锅炉达标提效治理的实施，提升锅炉的带负荷能力，提高了热效率，节能减排，并从根本上改善锅炉的安全运行性能，为锅炉的“安、稳、长、满、优”运行打下良好的基础。
三、锅炉改造前基本情况 • #9炉是杭州锅炉集团生产的高温高压煤粉锅炉，于1999年10月投产，年均运行小时数超过8000小时，随着运行时数的增加，锅炉安全运行受到较大的影响，锅炉热效率也离达标的要求有一定的差距，根据2010年1月胜利油田电厂对#9炉热效率测试表明，锅炉热效率约90.31%，比锅炉设计效率91.03低于约0.72%。经分析，主要表现在以下四个方面：
1、#9炉高温过热器安全性能差、效率低 • 1）高温过热器的设计材质为12Cr1MoV，实际运行时间超过10万小时，2008年11月大修以来，高温过热器共发生爆管3次，严重影响到事业部及公司安全生产。为保证锅炉连续运行，只得将锅炉主汽温度控制在530℃以下，低于设计温度540℃，对锅炉和汽轮机组的效率有一定的影响。 • 2）另外高温过热器底部设计有一定的缺陷，主要表现在：梳形板的设计不合理，影响了高温过热器底部烟气走廊的形成，；水冷壁斜坡的间距太小（约30~50mm）；水冷壁折烟角设计坡度只有40°，灰的自然流动比较困难。以上三个方面的因素导致高温过热器底部的积灰比较严重，虽然安装的了激波吹灰器，但灰的流动仍不很通畅，长期运行后还有较为严重的积灰，对锅炉的热效率影响较大。
2、#9炉炉顶及四角水冷壁密封效果差 • #9锅炉采用传统的密封方法，由于长期运行的原因，锅炉炉顶密封损坏较严重，许多部位都出现不同程度的漏风、漏灰现象，锅炉炉顶和水冷壁各层的积灰情况较严重，对锅炉运行操作环境影响较大，同时，炉顶漏风、漏灰也直接影响了锅炉的热效率和锅炉出力下降。
3、#9炉制粉系统状况不好 • #9锅炉配套两套中间储仓式制粉系统，主要问题是： • 1）制粉系统完全采用手动控制，根据进出口差压控制磨煤机进煤量，不很准确，磨煤系统常常出力很低，工作在不经济区； • 2）粗粉分离器出力不足，不能根据煤质的变化调节细度调节，煤粉均匀性较差，飞灰含碳量偏高； • 3）细粉分离器采用最原始结构，无二次分离，分离效率较低，三次风带粉量大，使锅炉的热效率受到较大影响。
4、#9炉连排自动化改造 • #9炉连续排污系统采用人工取样，由于人工取样时间、炉水排污量无法准确控制，容易出现过量排污的现象，导致排出大量经过化学处理过合格的、且经加热到高温高压的、高热焓、高成本的炉水，造成很大的浪费。炉水的取样和化验存在一定的滞后性，易发生水质问题，07年4月发生饱和、过热蒸汽铁离子超标、08年7月和09年5月出现的蒸汽活硅超标均是因为连排管出现堵塞和分析的滞后引起。
从上述情况分析可以看出，影响#9炉安全经济运行的主要问题就是高温过热器、炉顶及四角水冷壁密封、制粉系统和连续排污热损失四个方面。 #9炉的达标提效治理也主要围绕这四个方面进行，最终确定的改造子项包括： • （1）#9炉高温过热器改造 • （2）#9炉炉顶及四角水冷壁密封改造 • （3）#9炉制粉系统模糊控制及粗细粉分离器改造 • （4）#9炉连排自动化改造
四、改造实施情况 • 1、高温过热器进行升级改造 • 高温过热器更新管材选用T91（9Cr10Mo1VNb），该材质温度极限在680℃左右，较原材质12Cr1MoV的580℃高出较多，高过出口实际壁温为580--590℃，因此T91可以承受一定程度的长期超温。 • 为解决高温过热器底部的积灰，以及因管排晃动和与梳形板接触而使管子产生的磨损，对下部定位板和梳形板进行如下改造： • （1）取消原设计的梳形板和下部两处短定位板，每个管排下部只设1组长定位板；利用T91管子与每片管排大定位板的端部进行焊接使各管排固定。 • （2）对高温过热器受热面进行核算设计，在不影响锅炉传热的条件下，对管排高度进行少量调整，增加管排底部和折烟角斜坡之间的距离至180mm。
2、#9炉炉顶及四角水冷壁密封改造。 • 采用丹麦的Hasle公司的塑膜防漏密封对炉顶和水冷壁部位进行密封改造，该工艺是采用进口的高温黏合剂和多层高密度陶瓷纤维把锅炉本体漏风漏灰部位密封起来，整个密封结构呈可塑性，不会因热交变应力引起的开裂、漏风现象。 • 锅炉炉顶16.195×6.7平方米范围的穿墙管密封，包括：前交叉、前屏过热器、高温过热器、后墙水冷壁悬吊管、低温过热器、省炼器至汽包引导管，省燃器悬吊管及顶棚当侧墙交接等部位，合计200m2，并对四角水冷壁密封改造，对炉顶保温部位进行更换。
3、#9炉制粉系统模糊控制及粗细粉分离器改造 • （1）采用制粉系统模糊控制 • 主要技术内容包括： • ① 基于热平衡计算的磨内料位计算方法研究 • ② 磨煤机入口负压和出(入)口温度控制 • ③ 给煤机给煤量的自适应模糊控制 • ④ 排粉机出口压力的控制 • ⑤ 控制系统的仿真试验及组态调试
磨煤机入口负压和出（入）口温度控制策略 • 通过多变量解耦控制器解除磨入口负压和磨出（入）口温度之间的相互影响；通过磨温度对象补偿器补偿磨出（入）口温度过程的滞后和惯性，改善磨出（入）口温度的控制质量；当出现给煤机断煤或磨出口堵煤等非正常工况时，需要热风门快速动作，此时，可将热风门的控制切换到模糊控制PLC，工况恢复后再切回常规的PID控制；当磨出口温度超温时，强开冷风门，磨出口温度恢复后，冷风门恢复正常控制。所有的这些控制策略，可确保控制系统具有优良的控制品质。
给煤机给煤量的自适应模糊控制策略 • 在上面的控制方案中，控制系统首先根据制粉系统的相关参数如：磨进出口差压、磨出口负压、磨进出口温度等参数，判别制粉系统的运行工况。若制粉系统的运行工况正常，则计算出制粉系统的综合特征量，并根据综合特征量及预先确定的智能控制规则，计算确定给煤机的最优转速指令；若判断出磨出口即将堵煤，则切换至相应的堵煤控制策略；若判断出给煤机断煤，则控制系统自动切换到预先确定的断煤控制策略；若通过对相关参数的模糊判别，发现制粉系统的运行工况由于煤种、湿度及钢球装载量发生变化而导致运行工况的改变，则控制系统将通过控制策略的自适应调整机构，调整原有的智能控制策略，确保整个模糊控制系统具有良好的自适应能力。
（2）采用静动叶结合型旋转式新技术的粗粉分离器（2）采用静动叶结合型旋转式新技术的粗粉分离器 • 静动叶结合型旋转式粗粉分离器工作原理：静动叶结合型旋转式粗粉分离器是在传统的档板式粗粉分离器结构上增加了一套动态分离机构，工作时带粉气流在静叶分离区首先进行预分离，预分离后的风粉混合物再进入旋转的动叶轮分离区进行二次分离，风粉混合物在动叶轮的带动下作旋转运动，动叶轮在转动时产生离心加速度，离心加速度随着动叶轮的转速变化而发生变化，转速小则离心加速度小，转速高则离心加速度大。当粒子受到的离心力大于气流的曳引力时，粒子就会分离出来，粒子直径越小，粒子分离所需受的离心力也越大，所以当所需煤粉细度越小时，动叶轮的转速就越高，当然这时的制粉系统的出力也是最小的。另外动叶轮在旋转时还产生一定的扰动力，使被档板分离出来的合格的煤粉随着气流旋转，进入分器出口，从而降低回粉中合格细粉的含量 ，见下图：
1、传动机构 • 2、静叶 • 3、动叶轮 • 4、外壳 • 5、轴向挡板 • 6、回粉筒 • 7、进口管
（3）细粉分离器改造 • 对原细粉分离进行内部结构改造：在排气管入口处按装百叶窗和旋转导流器，其作用是乏气进入排气管前，先经过导流器导向，减少流动阻力损失，导向的结果还使气流以一定的旋转强度在百叶窗中把进入排气管的部分煤粒子再次分离出来（二次分离）；在进口的切线15°处到百叶窗之间安装导流板，其作用是强迫风、粉混合流作自上而下的切向旋转运动，使风、粉混合流产生最大离心力把煤粉粒子甩向为筒壁；在细粉外锥体末端按装反射屏，其作用是抑制落入集粉斗中的合格煤粉不易被旋转气流吸卷上来，提高分离效率。如下图：
4、连排自动化改造 • 对连排测控系统改造，实现自动化控制：将炉水中电导率，二氧化硅 、炉水PH值、磷酸根等指标采用在线仪表进行监测；将原手动门调节流量改为电动调节门进行自动调节；采用TNPW-II型锅炉连续排污测控系统对实现连排自动控制。 • TNPW-II型锅炉连续排污测控系统由锅炉排污流量测量和排污控制两个模块组成。
测控仪的原理框图如图2所示。 图2 测控仪的原理框图
具体控制流程图见图3：锅炉连续排污测控系统示意图具体控制流程图见图3：锅炉连续排污测控系统示意图
五、改造效果 • （1）高温过热器改造 • 以T91替代12Cr1MoV，提高了高温过热器材质档次和耐温性能,消除了高过因超温爆管的隐患，T91耐温极限在680℃左右，较原材质12Cr1MoV的580℃高出100℃，高温过热器耐高温性能和安全性能进一步得到提高。 • 锅炉主汽温度从530℃以下运行，提高到535℃以上运行，即使温度波动，也不存在超温爆管的问题。随着主汽温度参数的提高（约10℃），降低了机组热耗率和煤耗率，根据耗差分析法，主蒸汽温度提高10℃，热耗率降低0.28%，发电煤耗率降低0.897g/（kw•h）。 • 高温过热器底部梳形板取消，以及管排和水冷壁斜坡距离加大至180mm，一定程度上减轻了积灰，并有利于灰的流动，提高锅炉热效率。
（2）#9锅炉炉顶及水冷壁密封改造 • 改造完成后，消除了#9炉炉顶部位和四角水冷壁部位的漏风，不仅改善了锅炉的现场环境，对提高锅炉热效率、降低锅炉产汽煤耗率有一定帮助。 • （3）制粉系统改造 • ① 制粉系统的控制水平大幅度提高 • 将制粉系统优化运行工况的研究与制粉系统的自动控制有机地联系起来进行优化设计，降低了制粉电耗；整个制粉系统长期、稳定地投入自动，特别是磨煤机的负荷控制在意义很大，并具有制粉系统断煤或堵煤时的自动处理功能； • 对排粉机的电流进行了自动控制，有效地抑制了排粉机出口风压的波动，确保了锅炉的稳定、经济运行。 • ②提高了制粉系统出力，降低了制粉电耗 • 采用静动叶结合型粗粉分离系统，运行时依靠转子转动，使带粉气流旋转，分离效果好，被档板分离出来的合格的煤粉随着气流旋转，进入分离器出口，从而降低回粉中合格细粉的含量，提高了制粉系统出力,改造前#9炉制粉电耗平均约为26.29kwh/t,改造后制粉电耗平均约为23.34kwh/t。
③降低了钢球消耗 • 在改造前运行人员对磨内存煤量的情况不明，操作起来容易发生满粉和干磨现象，因此磨煤系统出现出力很低，钢球消耗量增大等问题，改造后由于磨煤机内的存煤量比较合理，减少了干磨的现象。改造前#9锅炉制粉系统钢球单耗为1.15g/kg，改造后制粉系统钢球单耗为0.9g/kg。 • ④煤粉均匀性提高，锅炉产汽煤耗率降低 • 由于制粉系统出力增大，锅炉制粉系统停运时间延长，每天多停制粉时间4-5小时，煤粉均匀性指数提高了0.45，煤粉细度保持锅炉燃烧最佳细度，使飞灰含碳量由5.5%降低到4.5%，加之实施了#9炉炉顶及水冷壁密封改造，消除了#9炉炉顶部位和四角水冷壁部位的漏风，高温过热器结构进行优化设计，进行了下部定位板和梳形板改造，增加了管排底部和折烟角斜坡之间的距离，形成良好的烟气走廊，进一步减少了高温过热器受热面积灰的形成，锅炉效率明显提高，产汽煤耗率由改造前的101.6Kg/t下降到100.5Kg/t。
（4）连排自动化改造 • 改造前原连排系统为全手动，连排阀门全开，排污流量8.0～10.0t/h之间（流量实测值），改造后系统实现自动调节，连排流量显示为1.75t/h，折算到额定负荷下平均排污率只有1.1%，与2%的设计排污率相比明显有较明显的下降，提高了锅炉热效率。 • 提高了自动化水平，减少了操作量，投入运行半年来能能够保证炉水和蒸汽品质稳定。
通过上述一系列的改造措施以及运行管理岗位进一步的优化操作，#9炉的热效率从90.31%提高到91.93%,基本实现了预期92%的提效效果，取得了良好的经济效益。同时可以有效地防止锅炉过热器的爆管，从我们老的锅炉改造后的情况统计表明，自第一台炉高温过热器改T91七年来该炉从未发生过高过爆管。制粉系统的改造，不仅有效地提高了制粉出力，降低制粉电耗，同时提高了煤粉的均匀性，能够有效地降低飞灰含碳提高锅炉热效率。在保证锅炉炉水品质的基础上减少锅炉排污，对于提高锅炉热率的影响也是显而易见的。通过上述一系列的改造措施以及运行管理岗位进一步的优化操作，#9炉的热效率从90.31%提高到91.93%,基本实现了预期92%的提效效果，取得了良好的经济效益。同时可以有效地防止锅炉过热器的爆管，从我们老的锅炉改造后的情况统计表明，自第一台炉高温过热器改T91七年来该炉从未发生过高过爆管。制粉系统的改造，不仅有效地提高了制粉出力，降低制粉电耗，同时提高了煤粉的均匀性，能够有效地降低飞灰含碳提高锅炉热效率。在保证锅炉炉水品质的基础上减少锅炉排污，对于提高锅炉热率的影响也是显而易见的。
六、经济效益分析 • 1、减少高温过热器爆管，以每年1次计，机炉一次启停费用最少需30万元；抢修按3天计，减少发电216万kwh，按发电和吸电价格差0.15元，增加费用约30万元。 • 两项合计效益为60万元。 • 2、#9炉制粉电耗平均约为26.29kwh/t降低至23.34kwh/t,下降了2.95 kwh/t，#9炉全年耗煤约为25万吨，电价按0.585元/度计算，则每年节约用电创效为： 25×2.95×0.585=14万元/年。 • 3、制粉系统钢球单耗从1.15g/kg降低至0.9g/kg，降低0.259g/kg，#9炉全年耗煤约为25万吨,年节约钢球约为62.5吨，则全年钢球费用：62.5×4500=28万元/年。
4、连续排污量1.75 t/h，折算到额定负荷的排污量为2.42t/h,比设计值4.4t/h减少了2.00 t/h，按70%的排放率，炉水价格约合80元/吨（按热值和标煤折算） • 计算，效益为：2.0×8000×70%×80＝89万元/年。 • 5、锅炉热效率从90.31%提高到91.93%,提高了1.62%，降低燃煤用量效益为：200万元左右 • 以上各项合计，总经济效益为377万元。
七、下一步工作的方向 • 1、在本次#9炉提效过程中，虽然取得了较好的效果，但在测试过程中也发现了一些问题，需要持续改进： • （1）主汽压力波动较大，#9炉的平均主蒸汽压力为9.19MPa，压力波动范围在9.04～9.52MPa范围内，和锅炉额定工况下的设计蒸汽压力9.81MPa相比低约0.62MPa左右，主要与给水母管压力波动有关，需要在给水压力调节方面改进。 • （2）测试时， #9炉平均主蒸汽温度是533.2℃，比锅炉额定工况下的设计过热蒸汽温度540℃低6.8℃，锅炉减温水量偏大，可能与炉膛内的配风有关，需要在以后的运行中进行优化。 • 2、#9炉达标提效项目应用了一批新的技术，取得了良好效果，在下一步#5～#8炉提效项目实施过程中大力的进行推广应用。
