某300MW煤粉鍋爐燃燒調(diào)整試驗

史海紅

（江蘇上電八菱集團有限公司，江蘇鹽城224001）

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，我國火電裝機容量逐年增加，且電力負載的谷峰差很大，機組降負荷運行帶來發(fā)電成本增加。因此，急需對鍋爐燃燒系統(tǒng)進行優(yōu)化調(diào)整，使其處于最佳運行狀態(tài)，從而在一定范圍內(nèi)提高機組的安全性和經(jīng)濟性。運行實踐表明，鍋爐效率每提高1%，標準煤耗可下降3～4 g/(kW·h)[1，2]。因此，通過燃燒調(diào)整試驗進一步挖掘機組的節(jié)能潛力，尋求鍋爐安全和經(jīng)濟的運行方式已愈來愈重要。文中在介紹燃燒調(diào)整試驗的基本內(nèi)容及注意事項的基礎(chǔ)上，結(jié)合徐塘發(fā)電有限公司6號鍋爐燃燒調(diào)整試驗，分析了運行氧量、二次風配風方式和燃盡風量對鍋爐運行的影響。

1 概述

徐塘發(fā)電有限公司6號鍋爐為上海鍋爐廠設(shè)計制造的SG-1036/17.47-M876型亞臨界中間再熱控制循環(huán)鍋爐，采用單爐膛、∏型露天布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風，固態(tài)除渣。鍋爐爐膛深度11.76 m，寬度14.02 m。燃燒器采用四角布置，切向燃燒。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置5臺ZGM-95型中速磨煤機。鍋爐最大蒸發(fā)量（MCR）負荷4臺磨煤機運行，1臺備用。鍋爐的主要設(shè)計參數(shù)見表1，試驗煤種為煙煤，煤質(zhì)特性見表2。

2 燃燒調(diào)整的內(nèi)容及方法

燃燒調(diào)整試驗主要包括煤粉量的調(diào)整、風量的調(diào)整、爐膛負壓及引風機的調(diào)整和燃燒器的調(diào)整與運行。

2.1 煤粉量的調(diào)整

對于采用直吹式制粉系統(tǒng)的鍋爐，其負荷的變化將直接影響制粉系統(tǒng)的出力。負荷變化較小時，改變給煤機轉(zhuǎn)速就能達到目的；鍋爐負荷變化較大時，改變給煤機轉(zhuǎn)速有時不能滿足調(diào)節(jié)負荷的要求，此時應(yīng)以投停磨煤機作為粗調(diào)，再以改變給煤機轉(zhuǎn)速作為細調(diào)節(jié)。投停磨煤機時應(yīng)盡量平穩(wěn)，以免破壞整個爐內(nèi)的空氣動力工況。

表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)

表2 煤種特性

給煤機轉(zhuǎn)速的正常調(diào)節(jié)范圍不宜過大，若轉(zhuǎn)速過高，煤粉濃度過大，容易引起不完全燃燒，也易使給煤機過負荷發(fā)生事故；若轉(zhuǎn)速過低，在爐膛溫度變化不太高的情況下，由于煤粉濃度低，會影響著火的穩(wěn)定性，易導(dǎo)致爐膛滅火。因此，徐塘發(fā)電有限公司的給煤機皮帶轉(zhuǎn)速一般控制在1.2～12 m/min范圍內(nèi)。此外，各臺給煤機事先都要進行轉(zhuǎn)速、出力試驗，了解每臺給煤機的特性，保持給粉均勻。給煤機調(diào)節(jié)一定要平穩(wěn)，應(yīng)避免大幅度調(diào)節(jié)，任何時間的過量給粉或給粉中斷，都會使爐內(nèi)火焰發(fā)生跳動，著火不穩(wěn)，甚至可能引起鍋爐滅火。

2.2 風量的調(diào)整

鍋爐負荷變化時，進入爐內(nèi)的風量必需與送入爐內(nèi)的燃料量相適應(yīng)，同時也要對引風量進行相應(yīng)的調(diào)整。進入鍋爐的空氣是有組織的一、二次風，其次是少量的漏風。運行人員可根據(jù)氧量來調(diào)節(jié)風量，盡可能保持爐膛內(nèi)為最佳空氣系數(shù)狀態(tài)，以獲得較高的鍋爐效率。此外，判斷燃燒情況還要注意分析飛灰、灰渣中的可燃物量，觀察爐內(nèi)火焰顏色等，綜合分析爐內(nèi)的燃燒工況。進入爐內(nèi)的空氣量可以用爐內(nèi)的過量空氣系數(shù)（氧量）來表示。對于各種燃料，可提前制定出相應(yīng)的過量空氣系數(shù)（氧量）和負荷的關(guān)系曲線。運行人員可參考此曲線來控制爐內(nèi)空氣量，使其盡可能保持較佳運行狀況，以獲得較高的鍋爐熱效率。

在鍋爐燃燒中，風煤比對爐內(nèi)的燃燒穩(wěn)定有著決定性作用。燃燒處于正常穩(wěn)定狀態(tài)時，爐內(nèi)的火焰為光亮的金黃色火焰，火焰中心應(yīng)為淡灰色。如果火焰熾白刺眼，表明風量偏大，運行氧量偏高。如果火焰暗紅不穩(wěn)，若此時運行氧量表指示偏低，火焰末端發(fā)暗并有黑色煙氣，同時煙囪冒黑煙等，表明風量偏?。蝗粞趿勘碇甘酒?，則可能是送風量過大或漏風嚴重的緣故。此外，煤粉太粗或不均勻煤的灰分高等，容易產(chǎn)生火焰閃動，煤水分高而揮發(fā)分低時，火焰會發(fā)黃無力[3]。

二次風量的改變是由送風機的動葉調(diào)節(jié)來實現(xiàn)的。以徐塘發(fā)電有限公司300MW機組為例，動葉的調(diào)節(jié)有一定的階躍性，當指令值大于反饋值時，才能調(diào)節(jié)動葉。但這樣容易導(dǎo)致在某一指令時，風機出力變化很大，引起爐膛負壓大幅波動，所以調(diào)節(jié)動葉時需謹慎進行，不僅要注意反饋的變化，還要注意送風量和送風機電流的變化，以防止爐膛負壓波動而引起燃燒不穩(wěn)定。

爐膛兩側(cè)的二次風風箱為多層風室，各層風室均設(shè)有風室擋板，以合理分配燃燒器各層噴口之間的配風。根據(jù)作用的不同可以分為輔助風、燃料風和燃盡風。輔助風擋板的調(diào)節(jié)，不但影響火焰中心的位置，同時還對火焰的切圓有一定影響，有時還可能影響到火檢系統(tǒng)[4]。例如2007年徐塘發(fā)電有限公司6號爐，先后滅火10余次，其原因與爐內(nèi)空氣動力場有關(guān)。通常在鍋爐輔助風調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)風擋板的開度主要受控于爐膛的風箱差壓ΔP。由經(jīng)驗得知，當負荷小于35%時，ΔP為常數(shù)值；當負荷大于75%時，ΔP為小于1000Pa的常數(shù)值；當負荷在35%MCR與75%MCR之間時，ΔP隨負荷的增大而線性增大。在保證風箱差壓的前提下，可根據(jù)需要來調(diào)節(jié)各層輔助風的大小。例如，要提高蒸汽溫度，可適當提高火焰中心，將下層輔助風稍開大，上層適當關(guān)??；要減小主再汽溫兩側(cè)的偏差，可適當開大頂層輔助風的開度，以減小爐內(nèi)煙氣的旋轉(zhuǎn)，同時對主再汽溫的偏差調(diào)節(jié)也有一定作用。

2.3 爐膛負壓及引風的調(diào)整

爐膛負壓是反映燃燒工況是否正常的重要參數(shù)之一，正常的爐膛燃燒應(yīng)處于微負壓下進行，爐膛負壓一般維持在-40～-60 Pa之間，既不會出現(xiàn)煙氣外泄的現(xiàn)象，也不會出現(xiàn)漏風系數(shù)偏大的情況。負壓的波動反映了爐膛排出的煙氣量和燃燒產(chǎn)生的煙氣量之間的平衡關(guān)系，兩者相平衡時，爐膛負壓保持穩(wěn)定，當后者大于前者時爐膛負壓降低，反之則負壓增大。當爐膛的燃燒發(fā)生故障或異常時，最先反應(yīng)在爐膛負壓的變化方面。燃燒不穩(wěn)定時爐內(nèi)負壓產(chǎn)生劇烈波動。實踐表明，爐內(nèi)負壓大波動往往是爐膛滅火的先兆。

2.4 燃燒器的調(diào)整與運行

2.4.1 燃燒器出口風速和風率的調(diào)整

燃燒器保持適當?shù)囊?、二次風出口風速和風率是建立正常的空氣動力場、保持風粉均勻和良好著火條件所必需的條件，對于不同煤種，其相關(guān)配風條件如表3[5]所示。

表3 燃燒器的配風條件

四角切圓燃燒器的鍋爐要求四角的配風風速、風量相差較小，還需保持切圓的穩(wěn)定性及切圓中心處于爐膛中心，以保證爐內(nèi)良好的空氣動力場，利于燃料在爐內(nèi)的穩(wěn)定燃燒。

2.4.2 燃燒器的運行

在負荷允許的條件下，可采用多火嘴、少燃料的運行方式，這樣有利于火焰間的相互引燃，便于調(diào)節(jié)，同時風粉混合較好，火焰充滿度也好，燃燒穩(wěn)定充分，這樣有利于燃用揮發(fā)分較高的煤種；當燃用揮發(fā)分較低的煤種時，則可以考慮采用集中火嘴和增加煤粉濃度的運行方式，使爐膛負荷較集中，有利于新燃料的著火和穩(wěn)定燃燒。

3 燃燒調(diào)整試驗結(jié)果分析

根據(jù)上述的理論分析，對徐塘發(fā)電有限公司6號鍋爐進行了燃燒調(diào)整試驗，燃燒調(diào)整的內(nèi)容包括變氧量、變二次風配風、變?nèi)急M風等試驗，試驗負荷均為300MW。

3.1 變氧量試驗

在變氧量的試驗中，進行了3個試驗工況，運行氧量分別為2.11%，2.63，2.94%，試驗期間合理調(diào)整煤粉量的分配，保持一、二次風風速在合理范圍，并密切關(guān)注爐膛負壓的變化，同時保持其他運行參數(shù)基本一致。

試驗結(jié)果（如表4所示）表明，運行氧量在2.1%～3.0%的變化范圍，鍋爐熱效率隨氧量的升高而上升顯著，NOx排放質(zhì)量濃度（折算到6%O2）隨氧量升高呈現(xiàn)先快后慢的上升趨勢，送、引風機電流隨氧量的上升也在不斷攀升。該變氧量試驗也符合文獻[6，7]中鍋爐熱效率隨氧量上升階段的變化規(guī)律。但是，在實際中考慮到氧量升高對主、再熱蒸汽減溫水流量、風機電耗和NOx排放質(zhì)量濃度帶來的負面影響，運行氧量控制在2.8%左右即可。

表4 氧量對鍋爐性能的影響

3.2 變二次風配風方式試驗

在變氧量試驗的基礎(chǔ)上，進行了變二次風配風方式的試驗，運行氧量控制在2.8%左右，選取的二次風配風方式為均等、倒塔和束腰。試驗結(jié)果（如表5所示）表明，從鍋爐熱效率和NOx排放質(zhì)量濃度來看，二次風采用倒塔配風方式都是最優(yōu)的，但是在該種配風方式下主、再熱汽溫均較難達到設(shè)計值；束腰配風與均等配風相比則互有優(yōu)缺，與均等配風相比其鍋爐熱效率和NOx排放質(zhì)量濃度均略占優(yōu)，但存在主、再汽溫達不到設(shè)計要求的現(xiàn)象。在試驗煤種條件下，當只考慮鍋爐熱效率和NOx排放質(zhì)量濃度時，可采用倒塔配風；當要兼顧鍋爐熱效率、NOx排放質(zhì)量濃度和主、再汽溫時，可采用束腰配風。

表5 二次風配風方式對鍋爐性能的影響

3.3 變?nèi)急M風試驗

在變?nèi)急M風試驗中，共進行了3個試驗工況，燃盡風的開度分別為20%，50%，100%，試驗期間保持其他參數(shù)基本一致。試驗結(jié)果（如表6所示）表明，燃盡風對過熱蒸汽和再熱蒸汽汽溫影響不大，隨著燃盡風的增大，鍋爐熱效率先增大后減小，NOx排放質(zhì)量濃度呈降低趨勢。其主要原因是燃盡風緊挨主燃燒區(qū)的上部，燃盡風量增加，保證了鍋爐后期燃盡所需的氧氣，但過度增加燃盡風量又會導(dǎo)致主燃燒區(qū)缺氧從而鍋爐熱效率下降，因此鍋爐熱效率會隨燃盡風量的增加而呈先增大后減小的趨勢，從另外一個角度考慮，燃盡風的存在加強了爐內(nèi)的分級燃燒，故NOx排放質(zhì)量濃度隨燃盡風量的增加而不斷降低。綜合考慮，燃盡風開度宜放置在50%左右。

表6 燃盡風開度對鍋爐性能的影響

4 結(jié)束語

根據(jù)徐塘發(fā)電有限公司6號鍋爐燃燒調(diào)整試驗結(jié)果，提出如下建議：

（1）綜合NOx排放質(zhì)量濃度和鍋爐效率考慮，建議運行氧量控制在2.8%附近。

（2）只考慮鍋爐熱效率和NOx排放質(zhì)量濃度時，宜采用倒塔配風；若同時要兼顧主、再汽溫時，可采用束腰配風。

（3）建議燃盡風門開度宜保持在50%左右。

（4）進行燃燒調(diào)整試驗，需要把握煤質(zhì)的特性，根據(jù)實際情況，合理調(diào)整制粉系統(tǒng)的出力，選取合適的運行氧量、二次風配風方式及燃盡風開度，可在保證較高鍋爐熱效率的同時，使NOx排放質(zhì)量濃度在較低水平，從而實現(xiàn)機組在運行過程中的節(jié)能減排。

[1] 李青，高山，薛彥延.火力發(fā)電廠節(jié)能技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 西安熱工研究院.發(fā)電企業(yè)節(jié)能降耗技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 金維強.大型鍋爐運行[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調(diào)整[M].北京：中國電力出版社，2003.

[5] 姚文達.鍋爐燃燒設(shè)備[M].北京：中國電力出版社，2003.

[6] 寧新宇，梁紹華，岳峻峰.低NOx切向燃燒系統(tǒng)的改造及性能優(yōu)化試驗[J].動力工程，2010，30(7)：502-507.

[7] 岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優(yōu)化運行技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2007.