火力发电厂超超临界锅炉效率的分析与探讨

于超①，赵培②

（1.华能玉环电厂，浙江省台州市，317604；2.中国地质大学工程学院，湖北省武汉市，430074）摘要：本文通过对超超临界锅炉排烟温度、过剩空气系数、灰渣含碳量、主蒸汽参数、主要辅机的运行工况、炉膛负压运行控制值、空预器漏风率等与锅炉效率密切相关的参数进行探讨、分析，寻找各参数之间对锅炉效率的影响因素，从而对超超临界锅炉的节能空间进一步分析、探索。

关键词：锅炉效率，节能空间

Boiler Efficiency Analysis and Discussion of Ultra-supercritical Thermal

Power Plant

YU Chao① ZHAO Pei②

(1.Huaneng Yuhuan power plant，Taizhou 317604，Zhejiang Province，China；Faculty of Engineering,

China University of Geoscience, Wuhan 430074, China）

1 引言

锅炉是火力发电厂的主要设备之一，一般将主蒸汽压力大于27MPa、温度大于580℃的机组称为超超临界机组，国外超超临界技术从上世纪50 年代就开始了，我国从上世纪九十年代开始引进超临界机组。

锅炉效率是指锅炉在热交换过程中，被水、蒸汽吸收的热量，占进入锅炉的燃料完全燃烧所放出的热量的百分数，即有效利用燃料燃烧放出总热量的百分数。其是反映锅炉运行经济性的一项非常重要的技术经济指标。

通过分析锅炉效率，可确定锅炉运行的经济性、查找锅炉的节能潜力、分析影响锅炉运行经济性的主要因素，在锅炉正常运行时，常需了解掌握锅炉的各项热损失、热效率等参数，以便及时进行燃烧调整，使锅炉保持在最佳工况下运行，获得最高的经济性。对于火力发电厂而言，锅炉效率试验是一项非常重要的常规性试验。

根据热平衡原理，热损失小了，有效利用热就多，锅炉效率便会提高，因此提高锅炉效率就必须降低热损失。现阶段我国锅炉的效率可达90％以上，超(超)临界机组的锅炉效率已达93％以上。

华能玉环电厂是我国第一个投产百万千瓦超超临界机组、第一座百万千瓦超超临界燃煤机组电厂、一个日历年度内投产四台百万千瓦超超临界机组，也是目前世界上唯一一座拥有四台百万千瓦机组的电厂。

2 超超临界锅炉特点

该厂#1~#4锅炉为超超临界变压运行直流锅炉，采用П型布置、单炉膛、低NO X PM主燃烧器和MACT型低NOx分级送风燃烧系统、反向双切圆燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、循环泵启动系统、一次中间再热、调温方式除煤/水比外，还采用烟气分配挡板、燃烧器摆动、喷水等方式。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构。

华能玉环电厂#1~#4机组分别于2006年11月28日、2006年12月30日、2007年11月11日、2007年11月25日通过168小时试运行，机组考核试验时的锅炉效率分别为93.88%、93.76%、93.88%、93.89%。

随着长周期运行，出现炉侧风机耗电率升高、锅炉效率下降等情况。下面主要对锅炉效率及能耗指标的影响因素进行分析。

3 影响超超临界锅炉效率的因素

3.1 计算锅炉效率的方法

计算锅炉效率有两种方法即正平衡法和反平衡法。最常用的是反平衡法，反平衡法要求测定各项热损失、输入物理热和燃料的元素分析成分及发热值。

锅炉效率η可由下式求得：

η=100-（q2+q3+q4+q5+q6）(%)

式中：

q2即排烟热损失——指烟气离开锅炉末级受热面时带走的部分热量，是锅炉最主要的热损失。

q3气体未完全燃烧热损失——指燃烧过程中产生的可燃气体CO、H2、CH4等未完全燃烧而随烟气排走所造成的热损失。

q4固体不完全燃烧损失——指送入锅炉的燃料并不都参加燃烧，固体碳颗粒等可燃物质在炉内未完全燃烧即随飞灰和炉渣一同排出炉外，此燃料未能燃烧而损失的热量。

q5炉体表面散热损失——指锅炉运行中，由于保温材料并非完全绝热，锅炉的介质和工质的热量通过炉墙、烟风道、架构、汽水管道的外表面散发出来，该部分散失的热量。

q6灰渣物理热损失——指炉渣排出炉外带走的热量损失。

3.2影响锅炉效率的因子及其故障模式

影响锅炉效率的因子及其故障模式见下表。

锅炉效率损失名称影响因子降低各类损失的措施

排烟温度

烟气中各组分的容积排烟热损失(q2)

烟气中各组分的比热1、锅炉漏风；

2、鼓引风、配风不合理。

锅炉效率损失名称影响因子降低各类损失的措施

排烟处的CO含量气体未完全燃烧热损失(q3)

过量空气系数1、锅炉配风不合理；

2、锅炉漏风；

3、烟(风)道的漏风。

灰渣热损失

飞灰热损失固体不完全燃烧损失(q4)

漏煤热损失1、燃料的种类和性质；

2、燃烧设备及炉膛型式；

3、燃烧方式；

4、锅炉负荷；

5、运行水平；

6、炉膛温度；

7、燃料及空气流的混合。

锅炉外壁相对面积炉体表面散热损失(q5)

锅炉外壁温度1、炉墙、烟风道、架构、汽水管道外表面的阀门和接头等部位有跑、冒、滴、漏现象；2、在锅炉辐射段保温层内保温材料并非完全绝热。

燃料中灰分

灰渣物理热损失(q6)

固体碳未完全燃烧1、尽可能地降低灰渣的出炉温度；

2、减少灰渣排放量。

3.3 影响超超临界锅炉效率的主要参数及条件

通过对超超临界锅炉效率的分析，问题集中于以下锅炉参数及锅炉条件上：

1、锅炉排烟温度

2、过剩空气系数

3、灰渣含碳量

4、主蒸汽参数是否在设计值

5、主要辅机是否运行在设计工况（磨煤机、送风机、引风机、一次风机、脱硫增压风机）

6、炉膛负压运行在一个什么样的数值既安全又经济

7、空预器漏风

3.3 玉环电厂检修

该厂＃4机组2009年12月进行B级检修，以检修前后数据为例，＃4炉B级检修后试验报告

显示空预器漏风率控制情况理想，为4.2～5.6％；空预器烟气侧差压有所上升，从1.10kPa至1.40kPa；在试验磨组工况下，氧量分布较均匀，CRT数值平均值与实际值相符性较好；烟气温度在加装受热面后有5～7℃下降，若考虑漏风减少，则实际下降温度会10℃左右，且排烟温度CRT显示值基本反映真实温度；各负荷工况下的飞灰含碳量数值在 1.8～2.8％区间内，有一定优化余地；对4A/4E 磨煤机的一次风量校验结果显示，相对于4A磨煤机，4E磨煤机出口煤粉管内一次风速比较均匀，而4E磨实际风量较CRT显示风量偏小约20%。

通过检修后试验报告显示内容，可知：

1、B级检修对空预器漏风率的控制较理想，100～50％负荷工况下的空预器漏风率为4.4～5.5％，均控制在5.5％以内。此值虽略大于空预器漏风率的最优值，但合适的间隙控制，尤其是能长时间维持低漏风率是锅炉经济运行的首选。

2、空预器增加受热面，烟气/一次风/二次风阻力增加0.28/0.07/0.17kPa，理论上对风机电耗有影响。

3、#4炉B级检修后炉效提高总体达到0.43％。主要贡献为飞灰可燃物的降低0.14～0.60％，平均降低0.33％，固体未完全燃烧热损失因此平均降低0.065％（包括修前修后的煤质变化对其影响）；排烟温度平均降低近6℃，排烟热损失因此降低0.40％（包括空预器漏风率降低对其影响）。

针对锅炉效率分析可知：

1、超超临界机组负荷变化对炉侧热效率的影响主要集中在氧量控制方式上，低负荷氧量控制在较大值，由此增加排烟量，而引起排烟热损失的变化。由＃4机组B级检修后数据得到，机组负荷降低1％，影响修正锅炉效率近-0.01％。

2、主蒸汽参数是否在设计值不会直接影响炉侧效率，但会影响汽机热效率而对机组整体的经济性造成影响。

3、正常运行时，炉膛负压一般控制在-100Pa，为最佳值。

4、主要辅机是否运行在设计工况（磨煤机、送风机、引风机、一次风机、脱硫增压风机）：风机未在设计工况下运行，则往往会偏离高效运行区，因此单耗增加。磨煤机的投用台数对制粉单耗的影响大，且实际运行中，风煤比往往较设计值大；电厂因燃用煤种原因干燥出力受限而直接影响到磨煤机出力，对制粉单耗影响大；改善煤质，以及试验分负荷段投停磨煤机有利于降低该项单耗。

5、影响锅炉效率的主要参数应为过剩空气系数、灰渣含碳量和排烟温度。前二者有平衡关系，后二者与燃用煤种密切相关，后者还与原设计和运行方式相关。

6、目前该厂燃用的印尼煤属于高水分褐煤，对于燃用高水分褐煤（印尼煤），要求炉膛容积是一般烟煤的2倍，炉膛高度是一般烟煤的1.44倍，也就是要求更高的炉膛面积和炉膛高度，而该厂设计煤种为烟煤，相对于燃烧高水分印尼煤，炉膛面积偏小、炉膛高度偏低，煤种适应性相对差，

由于煤种的不匹配，带来了锅炉结焦、排烟温度高等影响锅炉安全和经济运行的问题，导致了锅炉效率的下降。

7、空预器的漏风率增大会导致过剩空气系数增大，从而导致风机耗电率升高和锅炉效率的降低，

锅炉在长周期运行后有可能出现空预器漏风率偏大的情况，对此，该厂#1~#4炉已完成空预器漏风自动控制系统改造，从修后性能试验的结果来看，对于降低空预器的漏风率、提高锅炉效率，起到了较好的效果。

由于该厂空预器选型偏小，客观上造成了烟气换热不充分，导致锅炉排烟温度的升高，从而导致锅炉效率的下降，目前已在#1、#2、#4炉进行了空预器加装传热元件的工作，从修后的性能试验来看，对降低锅炉排烟温度、提高锅炉效率，起到了较好的效果。以#2炉为例，C级检修前1000MW 负荷排烟温度为141.69℃，检修后1000MW负荷下排烟温度为131.60℃，降低10度，效果非常明显。

4 炉侧各辅机耗电率对能耗指标的影响

目前该厂平均负荷率不高，根据该厂用电率情况，对2009年12月和2010年1月的平均负荷率为74％时相对应的各系统耗电率进行分解，与80％负荷率对应的浙江省内百万超超临界机组的“较优指标”进行对比，结果如下：

玉环指标较优指标接近较优指标的措施厂用电率 4.18

3.77 -

送风机耗电率％ 0.15 0.15 -

引风机耗电率％ 0.8 0.5以下氧量和漏风控制，和增压风机串联优化运行

一次风机耗电率％ 0.53 0.5以下磨煤机运行状态优化/相应改造

电除尘耗电率％ 0.26 0.10以下满足环保要求下的运行方式进一步优化

无GGH脱硫耗电率％ 0.90 0.70 -

1、送风机电耗

该厂送风机耗电率为0.15％，为百万机组优值。送风机的最低耗电率值0.10％，为600MW亚临界机组在进行了电机及风机叶片改造后的统计数据，相应的改前数据为0.12％。

2、引风机电耗

该厂风机在压升/风量，以及电机功率方面与外三相似，目前的耗电率为0.60％，为浙江省内百万机组优值；和外三0.50％以下仍有一定差距。实际运行中，引风机因和脱硫增压风机串联运行，因此，两者的运行参数控制的配比较重要，即如何使两大风机的综合电耗达到最优；另外，运行中控制氧量以及较低的空预器漏风率，均将有利于降低该项耗电率。

宁海外三北仑玉环

型号 AN42e6(V13+4°)AN42e6(V17+2.5°)AN+X37e6(V13+4°)AN42ｅ

6(V19+40) 容积流量

（T*B/BMCR）

m3/s

795.3/679.7 723.9/618.7 767.1/629 735.6/613.2

风机静压升（T*B）Pa 613442907567 5450/4191全压

升

风机效率（BRL）

％85.6 86.8 86.0

83.8/85.8

TB/BMCR

风机功率 5610/3163 - 6781/36424688/2907

叶轮直径mm 4250 - 37504250

叶轮级数 1 - 1 1 每级叶片数 13 - 13 19

叶片调节范围° -75～+30-75～+30-75～+30-75～+30

引风机电机

型号 YKK1120-10YYK1120-12YKK1000-8YKK1120-12额定功率kW 6000 510072005000

额定电压kV 6 10 6 6 额定电流A 700 349826.3598

注：外三——上海外高桥第三发电厂，2×1000MW超超临界机组；宁海——浙江国华宁海发电

厂，2×1000MW超超临界机组；北仓——浙江北仓港发电厂，2×1000MW超超临界机组；玉环—

—华能玉环电厂，4×1000MW超超临界机组。

3、一次风机电耗

该厂一次风机的配置，在风机压升/风量方面，裕量相对合理，在电机功率配置上略高；目前耗

电率0.53％，较外三的0.50％以下仍有一定差距，和燃用的煤种相关。

宁海外三北仑玉环

一次风机

型号 PAF20-14-2

PAF20-15-2

PAF21.1-15-2 PAF19-12.5-2

容积流量（T*B/BMCR）m3/s 151.9/103.3 150.79/96.88 183/119 169.17/106.2

风机出口全压（T*B/BMCR） Pa 19004/14399 20260/- 21551/16533 17729/13638 风机效率 82.45/88.09

-/88.05

83.23/88.08

75.0/88.0

风机功率 3278/1622

4417/2114

3959/1713 叶轮直径mm 1996 - 2114 -

叶轮级数 2

2 每级叶片数 22

叶片调节范围° -30～+16 -30～+20 -25～+17 50

型号 YKK800-4

YKK800-4 YKK800-4

YYK800-4

额定功率kW 3500 3637 4700 4250

额定电压kV 10

额定电流A 231 282 527 473 4、电除尘电耗

该厂经电除尘优化控制改造后，耗电率下降明显，目前值为0.26％。浙江省内600MW等级配

置双室4/5电场电除尘的机组，以及浙江省内125MW机组，经优化改造后，最优耗电率均能降至

0.1％以下。因此，此项耗电率仍有一定下降空间。

5、脱硫电耗。

该厂目前的全厂脱硫耗电率略小于1％。浙江省内配置GGH的脱硫系统耗电率较优值为1％，

为600MW超临界机组；未配置GGH的百万机组脱硫耗电率较优值为0.70％。

5 结论

影响锅炉效率的主要因素为过剩空气系数、灰渣含碳量和排烟温度，控制煤源，控制合适风量，

优化尾部受热面吹灰及提高磨煤机出口温度以降低排烟温度，以及长期保持空预器低漏风是保持较

高锅炉效率的有效措施。

参考文献：

【1】哈尔滨锅炉厂，锅炉说明书。

【2】华能玉环电厂，华能玉环电厂主机运行规程。