660 MW超超臨界機(jī)組鍋爐基準(zhǔn)運(yùn)行氧量試驗(yàn)研究

周新剛，路 云

（1.山東電力集團(tuán)公司電力科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250002；2.山東誠信工程建設(shè)監(jiān)理有限公司，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

隨著國家節(jié)能減排工作的深入開展，各發(fā)電企業(yè)都在挖掘自身潛力，優(yōu)化各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)和環(huán)保指標(biāo)。對于燃煤鍋爐，運(yùn)行氧量是一項(xiàng)主要指標(biāo)，也是運(yùn)行人員調(diào)整的主要參數(shù)，其與飛灰含碳量、爐渣含碳量、排煙熱損失、風(fēng)機(jī)電耗和NOx排放量等各項(xiàng)指標(biāo)具有較強(qiáng)的相關(guān)性，因此，尋求運(yùn)行氧量的最優(yōu)值即基準(zhǔn)運(yùn)行氧量值是非常必要和有益的。

目前，現(xiàn)場運(yùn)行規(guī)定的氧量值多針對額定負(fù)荷，一般根據(jù)鍋爐的燃用煤種憑經(jīng)驗(yàn)選取，具有較大的隨意性。國內(nèi)科研技術(shù)人員對基準(zhǔn)運(yùn)行氧量值的獲取進(jìn)行了研究，并取得了一定成果，主要分兩種方法：一種為建立數(shù)學(xué)模型的軟測量方法［1-4］；一種為現(xiàn)場試驗(yàn)對比測試方法［5］。

以660 MW超超臨界機(jī)組鍋爐為研究對象，通過現(xiàn)場變氧量試驗(yàn)測試，得出其對鍋爐熱效率、風(fēng)機(jī)電耗和NOx排放量等經(jīng)濟(jì)和環(huán)保指標(biāo)的影響規(guī)律，進(jìn)而確定基準(zhǔn)運(yùn)行氧量。

1 設(shè)備概況

某電廠3號機(jī)組鍋爐為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊∏型結(jié)構(gòu)、露天布置、超超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流燃煤鍋爐，型號為SG-2031/26.15-M623。

制粉系統(tǒng)為正壓直吹式，配6臺HP1003型中速磨。燃燒方式為四角切圓方式，配24只直流式燃燒器，分6層布置于爐膛下部四角。燃燒器上部設(shè)5層SOFA風(fēng)，以降低爐內(nèi)NOx的生成量，同時在省煤器出口與空預(yù)器入口之間配置選擇性催化還原法（SCR）脫硝裝置，深度降低NOx的排放量。

過熱器汽溫通過煤水比調(diào)節(jié)和三級噴水來控制。再熱器汽溫采用尾部煙道檔板、燃燒器擺動和過量空氣系數(shù)調(diào)節(jié)，高溫再熱器進(jìn)口連接管道上設(shè)置事故噴水。

鍋爐配2臺型號為AN33e6的靜葉調(diào)節(jié)軸流式引風(fēng)機(jī)、2臺型號為ASN-2875/1250的動葉調(diào)節(jié)軸流式送風(fēng)機(jī)、2臺型號為AST-1792/1120的動葉調(diào)節(jié)軸流式一次風(fēng)機(jī)。

設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤田活雞兔煤，校核煤種為晉北煙混煤。

2 試驗(yàn)研究

2.1 試驗(yàn)煤質(zhì)

煤種為影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和安全性的重要因素，在目前煤炭賣方市場的大環(huán)境下，也是較難控制的試驗(yàn)條件。試驗(yàn)期間，利用電廠輸煤皮帶的實(shí)時采集器進(jìn)行取煤，試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行混合縮分并化驗(yàn)。從表1可看出，試驗(yàn)期間煤質(zhì)參數(shù)波動較小，因此，可認(rèn)為試驗(yàn)煤質(zhì)穩(wěn)定。

表1 試驗(yàn)煤質(zhì)參數(shù)

2.2 試驗(yàn)工況

為了提高試驗(yàn)結(jié)果的全面性和實(shí)用性，本次試驗(yàn)電負(fù)荷確定為100%、80%、70%和60%額定負(fù)荷，同時為了對電廠習(xí)慣運(yùn)行氧量值進(jìn)行評估，在每一電負(fù)荷下，采用單因素法分別進(jìn)行習(xí)慣運(yùn)行氧量的增減試驗(yàn)，以確定常規(guī)運(yùn)行氧量的合理性，同時挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力。此次試驗(yàn)共進(jìn)行12個工況，具體如表2所示。

表2 試驗(yàn)工況安排

2.3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.3.1 運(yùn)行氧量對鍋爐熱效率的影響

由反平衡熱損失法可知，燃煤鍋爐熱效率主要取決于排煙熱損失q2和固體未完全燃燒熱損失q4，而運(yùn)行氧量為這兩項(xiàng)熱損失的主要影響要素［6］。隨著運(yùn)行氧量的增加，飛灰含碳量和爐渣含碳量減小，即固體不完全燃燒熱損失q4減小，而排煙熱損失q2增大，因此，其對鍋爐熱效率的影響取決于q2+q4的耦合結(jié)果。由圖1、圖2可看出，運(yùn)行氧量與q2+q4為同向變化，與鍋爐熱效率為反向變化。

在各試驗(yàn)工況下，主汽溫的變化范圍為603.55～607.77℃，滿足汽溫變化（605±5）℃的要求；再熱汽溫的變化范圍為599.29～604.88℃，滿足汽溫變化（603±5）℃的要求；過熱器減溫水流量在 4.17～15.43 t/h；再熱器減溫水流量在5.52～25.58 t/h?？煽闯?，運(yùn)行人員為了維持汽溫參數(shù)使用的減溫水量較多，這也是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的一個重要原因。因此，在以后運(yùn)行中應(yīng)適當(dāng)采用燃燒調(diào)整、改變?nèi)紵鲾[角和利用尾部煙氣擋板等手段作為調(diào)節(jié)汽溫的首選手段，進(jìn)一步提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

圖1 運(yùn)行氧量對q2+q4的影響

圖2 運(yùn)行氧量對鍋爐熱效率的影響

2.3.2 運(yùn)行氧量對風(fēng)機(jī)電耗的影響

調(diào)節(jié)運(yùn)行氧量主要是通過改變送風(fēng)機(jī)出力實(shí)現(xiàn)的，因此，氧量變化時，風(fēng)機(jī)耗功也會隨之變化。由圖3可看出，在不同電負(fù)荷下，隨著運(yùn)行氧量的增加，風(fēng)機(jī)電耗隨之增加。

圖3 運(yùn)行氧量對風(fēng)機(jī)電耗的影響

2.3.3 運(yùn)行氧量對NOx排放量的影響

由于該爐設(shè)計(jì)為分級送風(fēng)降低NOx，SOFA的風(fēng)門開度變化會影響NOx的排放量，為了掌握運(yùn)行氧量對NOx排放量的影響規(guī)律，此次試驗(yàn)中，同一電負(fù)荷下變氧量時的風(fēng)門開度保持不變，如表3所示。

由圖4可看出，在不同電負(fù)荷下，隨著運(yùn)行氧量的增加，NOx排放量隨之增加。因?yàn)檠趿吭龃髸r，煤粉燃燒器區(qū)域火焰溫度上升，熱力型NOx生成量增加；同時，也為燃料氮的中間產(chǎn)物與氧的反應(yīng)提供了可能，燃料型NOx二次生成量隨之增加，導(dǎo)致總NOx排放量增加［7］。試驗(yàn)中NOx的測試值在34.37～63.87 mg/Nm3范圍內(nèi)變化，處于較低的水平?？梢?，爐內(nèi)分級送風(fēng)和爐后SCR脫硝裝置配合利于控制NOx的排放量。

表3 燃盡風(fēng)風(fēng)門開度

圖4 運(yùn)行氧量對NOx的影響

2.3.4 基準(zhǔn)運(yùn)行氧量的確定

通過對運(yùn)行氧量的單因素試驗(yàn)研究可看出，運(yùn)行氧量與鍋爐熱效率反向變化、與風(fēng)機(jī)電耗和NOx排放量同向變化，綜合考慮鍋爐的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，確定基準(zhǔn)運(yùn)行氧量值，如圖5所示。

圖5 機(jī)組基準(zhǔn)運(yùn)行氧量值

3 結(jié)語

由表6可看出，電廠習(xí)慣運(yùn)行氧量高于基準(zhǔn)運(yùn)行氧量值，因此，運(yùn)行人員應(yīng)根據(jù)表5給出的基準(zhǔn)運(yùn)行氧量值進(jìn)行氧量調(diào)整。

圖6 機(jī)組運(yùn)行氧量對比

電廠運(yùn)行人員按表5給出的基準(zhǔn)運(yùn)行氧量進(jìn)行調(diào)整，660 MW電負(fù)荷時，供電煤耗率可降低0.56 g/kWh；530 MW電負(fù)荷時可降低0.38 g/kWh；460 MW電負(fù)荷時可降低0.65 g/kWh；396 MW電負(fù)荷時可降低1.03 g/kWh，具有明顯節(jié)能效果。

建議電廠定期利用等截面網(wǎng)格法對表盤氧量值進(jìn)行標(biāo)定，以利于運(yùn)行人員調(diào)整氧量。