長海＃2鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整分析

黃伙敬

（佛山市南海長海發(fā)電有限公司，廣東 佛山528211）

0 引言

2011年，為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”政策號召，我公司委托武漢華是能源環(huán)境工程有限公司對＃2鍋爐整組燃燒器進行重新設(shè)計及整組更換，將原燃水煤漿／輕油燃燒器更換為燃水煤漿、燃煤／等離子點火組合型燃燒器，使改造后的燃燒器實現(xiàn)煤粉無油點火功能。為提高鍋爐運行穩(wěn)定性，2012年進行制粉系統(tǒng)的技改，新增1臺雙進雙出鋼球磨直吹制粉系統(tǒng)。由于是供熱機組，鍋爐負荷受用戶影響較大，多在410～430t／h之間運行，為摸索出＃2爐在420t／h負荷附近安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟、環(huán)保最優(yōu)運行水平工況，對鍋爐的煙溫特性、汽溫特性、鍋爐目前的運行方式以及存在的問題做了分析，通過燃燒工況的優(yōu)化調(diào)整，提高了鍋爐效率，降低了三大風(fēng)機的耗電量，降低了NOx排放濃度，提高了鍋爐的整體經(jīng)濟性。

1 設(shè)備概述

我公司＃2機組670t／h爐配75MW調(diào)整抽汽壓汽輪發(fā)電機，是本地工業(yè)園區(qū)配套的供熱機組，于2007年開始建設(shè)，2009年建成投產(chǎn)。＃2鍋爐本體是由武漢鍋爐廠設(shè)計制造的高溫高壓燃水煤漿鍋爐，2011年對整組燃燒器進行改造，采用水煤漿／煤粉專用直流式燃燒器，燃燒器采用大切角、四角切圓、直流式燃燒器，乏氣送粉。燃燒器布置2層SOFA結(jié)構(gòu)，其中H－SOFA與L－SOFA間隔3000mm，L－SOFA與燃燒器最上層一次風(fēng)噴口間隔3000mm。燃燒器布置有6層一次風(fēng)噴口。燃燒器一次風(fēng)噴口從上到下依次為：水煤漿—煤粉—煤粉—水煤漿—煤粉—等離子。在燃燒器頂部設(shè)有2層OFA風(fēng)和2組獨立的SOFA風(fēng)，OFA風(fēng)反切13.5°，SOFA結(jié)構(gòu)獨立設(shè)計可以實現(xiàn)上下左右自由擺動，每個二次風(fēng)進口都采用獨立風(fēng)門調(diào)節(jié)。原燃燒器2只點火油槍和1只助燃油槍均保留。保證爐膛燃燒火焰中心不變，在水煤漿緊缺的情況下4層煤粉燃燒器可以實現(xiàn)煤粉滿負荷燃燒；經(jīng)2012年制粉系統(tǒng)改造后，新增1臺雙進雙出鋼球磨直吹系統(tǒng)分別接入A層和B層，鄰近＃10、＃12爐的粉倉送粉分別接入D層和E層，水煤漿噴槍分別接入C層和F層。

2 鍋爐燃燒工況優(yōu)化調(diào)整

整個優(yōu)化運行調(diào)整過程燃用同一煤種以及在負荷不變的工況下進行最優(yōu)燃燒調(diào)整運行試驗。

2.1 煤粉細度優(yōu)化調(diào)整

雙進雙出球磨機下層分離器開度在70%，上層分離器開度分別在30%和50%對煤粉細度影響差別較大，在磨煤機出力超過56t／h工況下，考慮到當(dāng)前今后煤種的適應(yīng)性，同時結(jié)合燃燒工況的灰渣可燃物結(jié)果，最后將上層分離器折向門擋板設(shè)在30%的開度。

2.2 變氧量（總風(fēng)量）工況優(yōu)化調(diào)整

試驗在420t／h負荷附近鍋爐進行了運行氧量的工況調(diào)整。分別采取小氧量3.29%、中氧量4.53%、大氧量5.36%這3個點進行測試。從測試結(jié)果看，在變氧量調(diào)整工況下，飛灰可燃物均維持在一定水平，CO含量也較少，說明爐內(nèi)燃燒比較完全，因此氧量的變化對未燃盡碳熱損失的影響不大，而采取降低氧量的措施，會使排煙熱損失有不同程度的降低。所以在保證煤粉及水煤漿燃盡的條件下，采用低氧量運行，可使鍋爐的效率有不同程度的提高。采用低氧量運行對NOx排放濃度的降低也有明顯的效果，各調(diào)整工況中，氧量降低0.8～1個百分點，NOx排放濃度降低約10mg／Nm3，由于新型燃燒器在NOx控制方面已經(jīng)相當(dāng)優(yōu)秀，所以氧量的變化對NOx排放濃度的影響幅度有限。低氧量運行對降低送、引風(fēng)機的電耗有一定效果。低氧量運行會使總風(fēng)量減少，從而降低風(fēng)機電耗。從測試數(shù)據(jù)可知，運行氧量降低1個百分點，風(fēng)機總電流約降低8A左右。

綜合考慮，在保證煤粉和水煤漿燃盡及鍋爐安全運行的前提下，鍋爐可采用相對較低的氧量運行，420t／h負荷下運行氧量值約3.0%左右。

2.3 SOFA風(fēng)門開度優(yōu)化調(diào)整

輔助風(fēng)風(fēng)量沿爐膛高度方向上的分配變化會對爐內(nèi)燃燒帶來一定影響，優(yōu)化調(diào)整在保持總風(fēng)量不變的前提下，通過改變鍋爐的SOFA風(fēng)的風(fēng)門開度來進行輔助風(fēng)的配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整，監(jiān)測不同配風(fēng)方式下的飛灰、排煙溫度、汽溫以及NOx排放濃度等參數(shù)。由于SOFA風(fēng)占整個二次風(fēng)的比例相對較大，所以改變SOFA風(fēng)配比對飛灰可燃物、底渣可燃物、NOx排放濃度以及爐效有較大的影響。當(dāng)SOFA風(fēng)上2層全關(guān)下4層全開時，SOFA風(fēng)比例相對增加，主燃燒器區(qū)域配風(fēng)比例相對減少，鍋爐分級燃燒效果增強，NOx排放濃度減少，與SOFA風(fēng)上4層關(guān)下2層開時的工況相比，NOx排放濃度降低了10mg／Nm3左右。但SOFA風(fēng)比例增加，會使主燃燒區(qū)域極度缺氧，造成較大顆粒的煤粉燃燒不完全，底渣含碳量較高；同時，SOFA風(fēng)比例增加也會使火焰中心抬高，主燃燒區(qū)域燃燒減弱，影響鍋爐低負荷的穩(wěn)燃性，而且會導(dǎo)致過熱器超負荷運行，噴水量增加，影響鍋爐效率。

綜合考慮，在420t／h左右負荷下，建議將SOFA風(fēng)上3層全關(guān)，下2層全開，中間層開50%，這樣不僅對NOx排放濃度影響較小，而且會降低排煙熱損失和未燃碳損失，大大提高鍋爐效率。

2.4 OFA風(fēng)門開度優(yōu)化調(diào)整

燃燒器布置2層OFA燃燼風(fēng)，位于L－SOFA層的下部，OFA風(fēng)反切13.5°，OFA燃燼風(fēng)的開度可以在DCS上調(diào)節(jié)。OFA燃燼風(fēng)既可以有效降低NOx的生成，也可以對爐膛出口煙溫進行調(diào)節(jié)。但由于OFA燃燼風(fēng)比例較低、反切角度小，因此，消旋效果沒有SOFA風(fēng)好，對煙溫的調(diào)節(jié)也沒有SOFA風(fēng)明顯。

優(yōu)化調(diào)整是在保持總風(fēng)量不變的前提下，通過改變OFA燃燼風(fēng)的風(fēng)門開度來進行輔助風(fēng)的配風(fēng)試驗。通過試驗，監(jiān)測不同配風(fēng)方式下的飛灰含碳量、底渣含碳量、排煙溫度、汽溫以及NOx排放濃度等參數(shù)，用于綜合分析OFA燃燼風(fēng)配風(fēng)方式對鍋爐經(jīng)濟性以及環(huán)保指標(biāo)的影響。考慮到燃燒器上部燃燼風(fēng)的比例已經(jīng)較大，故只對上層OFA燃燼風(fēng)進行調(diào)整。當(dāng)上層OFA燃燼風(fēng)從10%開到75%時，爐膛煙溫偏差由122.5℃降低到90.2℃，相應(yīng)地，各級過熱器的汽溫偏差也得到有效改善，減溫水量有所降低。當(dāng)上層OFA燃燼風(fēng)4個角的開度分別為40%、40%、40%和42%時，煙溫偏差進一步降低，汽溫特性得到進一步的改善。上層OFA燃燼風(fēng)調(diào)整后，排煙熱損失和未燃碳損失在一定程度上有所增加，這是因為煤質(zhì)變差的緣故。改變OFA燃燼風(fēng)風(fēng)門開度對飛灰可燃物、底渣可燃物以及爐效的影響較小。

2.5 A、B層周界風(fēng)風(fēng)門開度調(diào)整試驗

周界風(fēng)開度對鍋爐燃燒及其運行性能的影響，試驗在保持總風(fēng)量不變的前提下，通過改變A、B層的周界風(fēng)風(fēng)門開度進行試驗，以監(jiān)測不同周界風(fēng)開度下相關(guān)參數(shù)的變化。

由于周界風(fēng)占整個二次風(fēng)的比例相對較小，所以改變SOFA風(fēng)配比周界風(fēng)的開度對飛灰可燃物、底渣可燃物、NOx排放濃度以及爐效的影響很小。當(dāng)A、B下周界風(fēng)的擋板開度從10%增加到50%時，鍋爐的蒸汽特性變化不大，飛灰和爐渣的可燃物含量也比較穩(wěn)定，但NOx的排放濃度卻增加較多，從調(diào)整前的259.3mg／Nm3增加到288.3mg／Nm3。

綜合考慮，在保證爐內(nèi)穩(wěn)燃的基礎(chǔ)上，A、B下周界風(fēng)的擋板開度應(yīng)在30%左右，從而使鍋爐能夠更加環(huán)保的運行。

2.6 組合工況優(yōu)化調(diào)整

通過變氧量和變SOFA風(fēng)風(fēng)門開度等單因素優(yōu)化調(diào)整試驗和其他一系列變輔助風(fēng)門開度調(diào)整試驗，在對鍋爐實際運行狀況有了較充分了解后，通過分析運行方式中存在的問題，在420t／h負荷下對鍋爐進行了最優(yōu)運行組合工況優(yōu)化調(diào)整。

3 燃燒優(yōu)化調(diào)整的效果

鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗前后經(jīng)濟指標(biāo)對比如表1所示。

（1）鍋爐效率得到大幅提高，由優(yōu)化前的90.98%提高到92.05%。

（2）通過輔助風(fēng)配風(fēng)的調(diào)整，爐膛煙溫偏差得到有效控制，左右側(cè)煙溫偏差由優(yōu)化前的80℃減小到20℃以內(nèi)。

（3）由于燃燒中心下移，加上爐膛煙溫偏差得到有效控制，汽水側(cè)偏差大為改善，減溫水量也大幅減少，由優(yōu)化前的8t／h左右，降低到2t／h左右。

（4）NOx的排放濃度降低，一般在220～280mg／m3范圍內(nèi)，通過降低運行氧量以及合理的配風(fēng)，進一步降低熱力型NOx的生成，優(yōu)化后工況將NOx排放濃度控制在270mg／m3左右，比優(yōu)化前306mg／m3有較大幅度降低。420t／h負荷工況下完全可以將NOx排放濃度控制在250mg／m3左右。

表1 鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗前后經(jīng)濟指標(biāo)對比

（5）＃2爐調(diào)整前存在著運行氧量過高、風(fēng)機出力大的問題，通過優(yōu)化調(diào)整，將運行氧量控制在3.0%～3.5%，大幅降低了風(fēng)機電耗。優(yōu)化后的工況，在鍋爐出力比優(yōu)化前工況大約13t／h的情況下，送、引、一次風(fēng)機總電流仍然降低了約40A，若按照年5000h上網(wǎng)電價0.45元／kW·h計算，僅1臺機組風(fēng)機電耗此項下降便可獲得約40萬元的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

＃2爐的技術(shù)改造達到了設(shè)計要求，通過優(yōu)化燃燒組合工況調(diào)整摸索出鍋爐及其輔機安全、高效、低電耗，同時兼顧NOx排放特性的最優(yōu)運行方式，確定了鍋爐在420t／h負荷左右能夠達到最優(yōu)運行水平的燃燒工況。

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