1 000 MW超超臨界塔式鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整

潘國清，徐小瓊，應(yīng)明良，蔡潔聰

（浙江省電力試驗(yàn)研究院，杭州 310014）

某發(fā)電廠2×1 000 MW超超臨界塔式鍋爐自從基建調(diào)試移交生產(chǎn)后，一直存在鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重、再熱汽溫偏低、NOX排放高、鍋爐輔機(jī)功耗高及排煙溫度偏高等諸多問題。經(jīng)過為期近1個月的燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，有效地提高了機(jī)組再熱汽溫，降低了鍋爐運(yùn)行氧量，大大降低了送、引風(fēng)機(jī)及磨煤機(jī)的耗電量，降低了NOX排放濃度，提高了鍋爐整體經(jīng)濟(jì)性。

1 設(shè)備概況

該鍋爐是上海鍋爐廠引進(jìn)Alstom Power公司Boiler Gmbh技術(shù)生產(chǎn)的SG-3091/27.46-M531超超臨界直流鍋爐，采用超超臨界壓力參數(shù)變壓運(yùn)行、單爐膛塔式布置，一次中間再熱、四角切圓燃燒、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼懸吊構(gòu)造、運(yùn)轉(zhuǎn)層以上露天布置。設(shè)計煤種為活雞兔礦煤，校核煤種為烏蘭木倫礦煤。

鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配6臺上海重型機(jī)器廠生產(chǎn)的HP1163/Dyn型中速輥式磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)帶2層煤粉噴嘴，共12層，可上下擺動，用以調(diào)節(jié)蒸汽溫度。燃燒器由下至上依次為ABCDEF布置，其中B層燃燒器配備了山東煙臺龍?jiān)垂镜牡入x子點(diǎn)火系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組無油點(diǎn)火啟動。在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)（周界風(fēng)），燃燒器風(fēng)箱分成獨(dú)立的4組，下面3組風(fēng)箱對應(yīng)4層煤粉噴嘴，即2臺磨煤機(jī)，在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有1層燃料輔助風(fēng)噴嘴。每相鄰2層煤粉噴嘴的上方布置了1個組合噴嘴，其中預(yù)置水平偏角的輔助風(fēng)噴嘴和直吹風(fēng)噴嘴各占50%出口面積。在上層煤粉燃燒器組頂部布置有1層緊湊燃盡風(fēng)（CCOFA）噴嘴。在整個煤粉燃燒器組頂部布置有1組6層可水平擺動的分離燃盡風(fēng)（SOFA）噴嘴。每層燃燒器各裝有4只機(jī)械霧化式油噴嘴，共24只油槍，總?cè)萘繛?5%鍋爐最大出力工況（BMCR），用于鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)燃和低負(fù)荷穩(wěn)燃，每只油槍均配有高能點(diǎn)火裝置。

風(fēng)煙系統(tǒng)由一、二次風(fēng)系統(tǒng)和對流煙道組成，配有上海鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的2臺動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機(jī)、2臺動葉可調(diào)軸流式一次風(fēng)機(jī)，成都電力機(jī)械廠生產(chǎn)的2臺靜葉可調(diào)軸流式引風(fēng)機(jī)和2臺上海鍋爐廠生產(chǎn)的三分倉立軸受熱面回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。

2 燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

2.1 制粉系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

保持磨煤機(jī)出力70 t/h、通風(fēng)量為127 t/h不變，通過調(diào)節(jié)磨煤機(jī)動態(tài)分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速為750 r/min，800 r/min，850 r/min，900 r/min，950 r/min，1 000 r/min，1 050 r/min，分別在磨煤機(jī)出口的4根煤粉管上抽取煤粉樣，進(jìn)行細(xì)度分析，了解磨煤機(jī)動態(tài)分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速變化與煤粉細(xì)度之間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度有很大影響，圖1給出了在磨煤機(jī)出力及通風(fēng)量保持不變的情況下動態(tài)分離器與煤粉細(xì)度的關(guān)系曲線。

圖1 磨煤機(jī)動態(tài)分離器電機(jī)轉(zhuǎn)速與煤粉細(xì)度關(guān)系

由試驗(yàn)結(jié)果可知：磨煤機(jī)動態(tài)分離器是調(diào)節(jié)煤粉細(xì)度的最直接和有效的手段，磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速增大，煤粉變細(xì)，說明有相當(dāng)一部分煤粉又重新進(jìn)行了碾磨，增加了磨煤機(jī)電耗，降低了制粉系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。試驗(yàn)所用煤種為神華優(yōu)混煤，對當(dāng)前煤種來講，動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速可以選擇為800～900 r/min之間，雖然此時的煤粉細(xì)度R90為22%～26%大于廠家設(shè)計要求（R90為17%左右），但鍋爐飛灰及底渣含碳量均不高且磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速降低后能大幅降低電耗，提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.2 擺角調(diào)整試驗(yàn)

在1 000 MW負(fù)荷工況下，維持鍋爐總風(fēng)量、磨組運(yùn)行方式、磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速及鍋爐配風(fēng)方式不變的情況下，通過調(diào)節(jié)SOFA及燃燒器的擺角位置，觀察擺角變化對鍋爐汽溫、減溫水量及NOX的影響。擺角變化對NOX排放濃度及再熱汽溫影響的結(jié)果如圖2所示。

圖2 SOFA和燃燒器的擺角位置與NOX排放濃度及再熱蒸汽溫度的關(guān)系

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著SOFA和燃燒器擺角的上移，再熱汽溫明顯好轉(zhuǎn)，過熱器總減溫水量也相應(yīng)呈增大趨勢，但試驗(yàn)過程中同時也發(fā)現(xiàn)NOX排放濃度也急劇上升。因此，一味地追求提高再熱汽溫而導(dǎo)致NOX排放濃度的急劇升高顯然是不合適的，綜合考慮建議在日常運(yùn)行過程中擺角位置控制在80%以內(nèi)。

2.3 配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

2.3.1 偏置二次風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

偏置二次風(fēng)（CFS）與一次風(fēng)之間有22°的角度，如圖3所示，偏轉(zhuǎn)的二次風(fēng)氣流把一次風(fēng)煤粉氣流包裹在爐膛中央，形成富燃料區(qū)，在燃燒器區(qū)域及上部四周水冷壁附近則形成富氧區(qū)，這樣的空氣動力場減少了灰渣在水冷壁上的沉積，并使灰渣松散。在機(jī)組負(fù)荷及其他風(fēng)門不變的情況下，改變偏置二次風(fēng)門開度，觀測其對鍋爐燃燒的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著偏置風(fēng)的增大鍋爐結(jié)焦?fàn)顩r能得到明顯改善，但NOX排放濃度略有增加。

2.3.2 燃料風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

在1 000 MW負(fù)荷工況下，維持磨煤機(jī)投運(yùn)方式、磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速、氧量及偏置風(fēng)不變的情況下進(jìn)行燃料風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)，觀察燃料風(fēng)的變化對鍋爐汽溫、結(jié)焦特性及NOX的影響。

圖3 偏置二次風(fēng)（CFS）布置圖

試驗(yàn)結(jié)果表明，燃料風(fēng)增大后鍋爐再熱汽溫?zé)o明顯改觀，但鍋爐結(jié)焦?fàn)顩r有所改善，這是因?yàn)槿剂巷L(fēng)增加了射流剛性，加速了一、二次風(fēng)的混合過程，強(qiáng)化了燃燒，但試驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)隨著燃料風(fēng)的增大，NOX排放濃度明顯有增大的趨勢，如圖4所示。

圖4 燃料風(fēng)開度與NOX排放濃度的關(guān)系

綜合考慮配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果，建議1 000 MW工況時，SOFA開度為100%；CCOFA開度為100%；運(yùn)行磨對應(yīng)的CFS開度為45%，油風(fēng)開度為20%；停運(yùn)磨對應(yīng)的CFS開度為30%，油風(fēng)開度為10%；所有燃料風(fēng)開度不大于80%；最下層運(yùn)行磨對應(yīng)的端部二次風(fēng)開度為95%，其余為40%，停運(yùn)磨對應(yīng)的端部二次風(fēng)開度為10%。

2.4 省煤器出口氧量調(diào)整試驗(yàn)

在1 000 MW負(fù)荷工況下，維持磨煤機(jī)投運(yùn)方式、磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速及鍋爐配風(fēng)方式不變的情況下進(jìn)行增、減氧量的試驗(yàn)，觀察氧量的變化對鍋爐汽溫、灰渣含碳量及NOX排放的影響。在變氧量工況試驗(yàn)中，對鍋爐飛灰及底渣進(jìn)行了采樣分析。

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著氧量由3.5%下降至2.6%，飛灰及底渣含碳量并沒有出現(xiàn)大幅上升的趨勢（見圖5），由此說明鍋爐能夠在較低氧量工況下運(yùn)行，同時隨著氧量的降低可以大大減少鍋爐排煙熱損失，提高鍋爐效率；氧量的增減對主蒸汽及再熱蒸汽溫度并無多大影響，但隨著氧量的減少，送、引風(fēng)機(jī)電流及NOX排放濃度均大幅下降（見圖6），起到了良好的節(jié)能減排效果。綜合考慮灰渣含碳量及NOX排放情況，建議1 000 MW工況時，氧量為3%。

圖5 運(yùn)行氧量與灰渣含碳量及NOX排放濃度的關(guān)系

圖6 運(yùn)行氧量與送、引風(fēng)機(jī)電流的關(guān)系

2.5 變磨組試驗(yàn)

在1 000 MW負(fù)荷工況下，維持磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速、鍋爐總風(fēng)量、二次風(fēng)配風(fēng)方式、燃燒器及SOFA擺角不變，通過磨煤機(jī)不同的投運(yùn)組合，觀察其對鍋爐汽溫、結(jié)焦特性及NOX的影響。表1給出了變磨煤機(jī)投運(yùn)組合試驗(yàn)的結(jié)果。

試驗(yàn)結(jié)果表明，投運(yùn)上5層磨組（B/C/D/E/F）較下5層磨組（A/B/C/D/E）有利于機(jī)組主汽溫與再熱汽溫的提高，各輔機(jī)電耗無明顯差異；但投運(yùn)上5層磨組時的NOX排放濃度高于投運(yùn)下5層磨組的排放值。由于機(jī)組安裝了選擇性催化還原性脫硝裝置（SCR），可有效降低NOX的排放濃度，綜合考慮后，建議機(jī)組投運(yùn)上5層磨組。

表1 不同磨煤機(jī)組合對鍋爐汽溫、NOX、風(fēng)機(jī)等的影響

2.6 吹灰優(yōu)化調(diào)整

機(jī)組投產(chǎn)后，鍋爐結(jié)焦比較嚴(yán)重，2009年底有一次因鍋爐掉大焦而卡死撈渣機(jī)造成機(jī)組非計劃停運(yùn)。運(yùn)行人員采用增加吹灰頻率的方式來減緩鍋爐結(jié)焦，但過高的吹灰頻率一方面易吹損、吹薄鍋爐受熱面，引發(fā)鍋爐爆管，另一方面徹底改變了各段受熱面的積灰分布，特別是爐膛吹灰過于頻繁后，增加了爐膛輻射吸熱，降低了爐膛出口煙溫和再熱汽溫，減少了對流受熱面的吸熱。再熱汽溫長期嚴(yán)重低于設(shè)計值，會影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)過燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)后，合適的煤粉細(xì)度及良好的配風(fēng)方式徹底解決了鍋爐結(jié)焦問題，對吹灰方式也進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，大幅減少了水冷壁及過熱器區(qū)域的吹灰頻率，維持再熱器及省煤器區(qū)域吹灰頻率不變。目前在滿負(fù)荷工況下，投運(yùn)下5層磨煤機(jī)再熱汽溫也能達(dá)到594℃左右，比調(diào)整前的汽溫高了近20℃。

3 結(jié)論

通過燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)得出了鍋爐及其輔機(jī)安全、高效、低電耗，同時兼顧NOX排放特性的最佳運(yùn)行方式。

（1）提高機(jī)組再熱汽溫。經(jīng)過燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，2臺鍋爐再熱汽溫由試驗(yàn)前的580℃（投運(yùn)上5層磨組）和570℃（投運(yùn)下5層磨組）上升至597℃（投運(yùn)上5層磨組）和594℃（投運(yùn)下5層磨組），取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）降低NOX排放。試驗(yàn)過程中，對SCR進(jìn)口煙氣中的NOX含量進(jìn)行了記錄，NOX含量的降低主要得益于運(yùn)行氧量的減少以及良好的配風(fēng)。通過降氧量以及良好的配風(fēng)措施，與燃燒調(diào)整前相比可降低NOX排放濃度60 mg/m3左右，減少了因NOX排放引起的相關(guān)費(fèi)用，同時NOX排放濃度的降低也可降低脫硝系統(tǒng)的運(yùn)行壓力。

（3）降低風(fēng)機(jī)電耗。通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，使?jié)M負(fù)荷工況下單臺引風(fēng)機(jī)電流從420 A左右降到405 A左右，單臺送風(fēng)機(jī)電流從145 A左右降到125 A左右，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)不僅大大降低了送、引風(fēng)機(jī)的耗電量，提高了鍋爐整體經(jīng)濟(jì)性，同時也大大增加了送、引風(fēng)機(jī)的裕量。

[1]樊泉桂.超超臨界及亞臨界參數(shù)鍋爐[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2]岑可法.鍋爐燃燒試驗(yàn)研究方法及測量技術(shù)[M].北京：水力電力出版社，1987.