超超臨界鍋爐運(yùn)行氧量?jī)?yōu)化調(diào)整

劉培紅，張曉東

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州　261400)

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超超臨界鍋爐運(yùn)行氧量?jī)?yōu)化調(diào)整

劉培紅，張曉東

(華電萊州發(fā)電有限公司，山東 萊州261400)

摘要：華電萊州發(fā)電有限公司#1超超臨界鍋爐實(shí)際運(yùn)行中存在兩側(cè)氧量偏差大、再熱器減溫水量偏高、過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕等問題，為解決該問題，對(duì)該鍋爐的氧量進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。進(jìn)行了鍋爐氧量均勻性調(diào)整試驗(yàn)及950，800 MW工況變氧量試驗(yàn)，得出了不同工況下的最佳運(yùn)行氧量及氧量臨界值。優(yōu)化后，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及CO體積分?jǐn)?shù)有效降低，過熱器管壁超溫及受熱面高溫腐蝕問題得到緩解，大幅度提高了鍋爐的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：超超臨界鍋爐；氧量；均勻性；變氧量；調(diào)整試驗(yàn)

0引言

對(duì)于超超臨界百萬機(jī)組的燃煤鍋爐，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)有較強(qiáng)的相關(guān)性[1]。華電萊州發(fā)電有限公司#1超超臨界鍋爐實(shí)際運(yùn)行中存在兩側(cè)氧量偏差大、再熱器減溫水量偏高、過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕等問題，為了解決該問題，對(duì)鍋爐的氧量進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)。

1機(jī)組概況

華電萊州發(fā)電有限公司2×1 050 MW機(jī)組的鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，前后墻對(duì)沖燃燒方式，尾部雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫，固態(tài)排渣，全鋼構(gòu)架，全懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，島式布置(運(yùn)轉(zhuǎn)層以下封閉布置)。制粉系統(tǒng)為正壓直吹式，配6臺(tái)中速輥式磨煤機(jī)。設(shè)計(jì)煤種采用神華煤，校核煤種采用神府和晉北混煤，燃用煤種為煙煤。鍋爐點(diǎn)火及助燃采用#0輕柴油。

2氧量?jī)?yōu)化調(diào)整試驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作

機(jī)組在1 000 MW負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行4 h以后，在運(yùn)行人員日常習(xí)慣運(yùn)行工況下，試驗(yàn)人員進(jìn)行空氣預(yù)熱器入口氧量場(chǎng)的標(biāo)定，確定表盤排煙溫度、分散控制系統(tǒng)(DCS)表盤顯示氧量值與就地氧量測(cè)量值的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)鍋爐目前的運(yùn)行狀況進(jìn)行摸底，采集原煤、飛灰、大渣、煤粉樣品，以此為后續(xù)優(yōu)化試驗(yàn)的比較基準(zhǔn)。

2.1鍋爐膛出口氧量場(chǎng)標(biāo)定試驗(yàn)

#1鍋爐負(fù)荷1 000 MW，在常規(guī)運(yùn)行工況下，對(duì)空氣預(yù)熱器入口氧量場(chǎng)分布情況進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量標(biāo)定結(jié)果見表1。對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的氧量數(shù)據(jù)與DCS表盤顯示的氧量，2組數(shù)據(jù)基本吻合，只有B側(cè)煙道外側(cè)DCS表盤氧量與實(shí)測(cè)值相比偏低。

表1　氧量場(chǎng)標(biāo)定　%

注： A1～A8，B1～B8分別為A，B側(cè)煙道內(nèi)側(cè)至煙道外側(cè)的

測(cè)點(diǎn)。

2.2鍋爐氧量均勻性調(diào)整試驗(yàn)

(1)調(diào)整前鍋爐運(yùn)行情況。運(yùn)行A，B，D，E，F(xiàn) 5套制粉系統(tǒng)，進(jìn)行氧量均勻性調(diào)整試驗(yàn)。調(diào)整前，A，B側(cè)二次風(fēng)門總開度為100%，兩側(cè)燃盡風(fēng)門開度為50%，5層燃燒器對(duì)應(yīng)的#1，#2，#7，#8外二次風(fēng)門開度分別為60%，70%，70%，60%，中間的#3，#4，#5，#6風(fēng)門開度為40%，A側(cè)氧的體積分?jǐn)?shù)分別為1.0%，2.2%和3.6%，B側(cè)氧的體積分?jǐn)?shù)分別為1.4%，2.6%和3.5%。

(2)外二次風(fēng)門開度調(diào)整。將#3，#4，#5，#6

表2　氧量調(diào)平試驗(yàn)鍋爐效率計(jì)算結(jié)果

表3　調(diào)整后內(nèi)、外二次風(fēng)門開度　%

外二次風(fēng)門開度由40%關(guān)至35%，#1，#2，#7，#8外二次風(fēng)門開度保持60%，70%，70%，60%不變。調(diào)整后A側(cè)氧的體積分?jǐn)?shù)分別為1.6%，3.5%和3.0%，B側(cè)氧的體積分?jǐn)?shù)分別為2.6%，2.9%和3.2%。

(3)燃盡風(fēng)門調(diào)整。用燃盡風(fēng)進(jìn)行微調(diào)，A側(cè)開度保持50%不變，將B側(cè)開度關(guān)至45%，A側(cè)氧的體積分?jǐn)?shù)分別為2.2%，3.2%和3.0%，B側(cè)氧的體積分?jǐn)?shù)分別為2.9%，2.6%和3.2%。調(diào)整后，兩側(cè)氧量場(chǎng)達(dá)到了平衡且均勻的狀態(tài)。為防止中間噴燃器煤粉飛邊，將#3，#4，#5，#6內(nèi)二次風(fēng)門開度調(diào)整至40%(2格)。

通過調(diào)整試驗(yàn)，表盤和就地風(fēng)門開度趨于合理，兩側(cè)煙道氧量基本達(dá)到平衡。氧量調(diào)平后鍋爐效率變化見表2，風(fēng)門開度見表3。

由計(jì)算結(jié)果可以看出，氧量調(diào)平后，鍋爐效率比摸底試驗(yàn)升高0.59百分點(diǎn)，主要原因是氧量調(diào)平后，煙道外側(cè)氧量正常，其對(duì)應(yīng)的飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、CO體積分?jǐn)?shù)降低，鍋爐效率升高。

3氧量?jī)?yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

在保證機(jī)組安全運(yùn)行、其他運(yùn)行參數(shù)不變的條件下，以空氣預(yù)熱器進(jìn)口氧量為變化參數(shù)，改變鍋爐運(yùn)行氧量，測(cè)取鍋爐特性數(shù)據(jù)，并采集原煤和飛灰樣品，觀察不同氧量對(duì)主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、受熱面壁溫、減溫水量、結(jié)焦的影響[2]。測(cè)量煙氣中NOx的質(zhì)量濃度及鍋爐熱效率等數(shù)據(jù)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，確定鍋爐最佳運(yùn)行氧量以及脫硝設(shè)備入口的最佳NOx質(zhì)量濃度。試驗(yàn)在950 MW和800 MW負(fù)荷下進(jìn)行。

機(jī)組在950 MW負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行8 h以上，進(jìn)行變氧量試驗(yàn)，鍋爐運(yùn)行的具體氧量設(shè)置為2.5%，3.0%和3.5%。機(jī)組在800 MW負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行8 h以上，進(jìn)行變氧量試驗(yàn)，鍋爐運(yùn)行的具體氧量設(shè)置為2.7%，3.2%和3.7%。

3.1950 MW工況氧量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

3.1.1試驗(yàn)情況

機(jī)組負(fù)荷950 MW，運(yùn)行A，B，D，E，F(xiàn) 5套制粉系統(tǒng)，氧量試驗(yàn)分3個(gè)工況進(jìn)行。第1個(gè)工況氧的體積分?jǐn)?shù)設(shè)定3.5%，再熱器減溫水量為95 t/h，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.26%，0.52%，0.58%和1.40%；第2個(gè)工況氧的體積分?jǐn)?shù)設(shè)定3.0%，再熱器減溫水量為89 t/h，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.15%，0.52%，0.33%和1.16%；第3個(gè)工況氧的體積分?jǐn)?shù)設(shè)定2.5%，再熱器減溫水量為80t/h，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.36%，0.78%，0.50%和1.86%。其他參數(shù)無明顯變化。

3.1.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

氧的體積分?jǐn)?shù)由3.5%降至3.0%，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差0.15百分點(diǎn)，再熱器減溫水量下降6 t/h；氧的體積分?jǐn)?shù)由3.0%降至2.5%，爐膛出口氧量場(chǎng)分布均勻性變差，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由0.790%升至1.125%，升高了0.335百分點(diǎn)，再熱器減溫水量下降9 t/h；第3個(gè)工況下，A，B煙道外側(cè)兩端氧量偏低，CO體積分?jǐn)?shù)比前2個(gè)工況升高；排煙溫度等其他參數(shù)無明顯變化。

3.1.3最佳氧量確定

鍋爐效率與運(yùn)行氧量的關(guān)系曲線如圖1所示，950 MW負(fù)荷工況下，氧的體積分?jǐn)?shù)為2.5%，3.0%和3.5%時(shí)，鍋爐效率變化不大，其中氧的體積分?jǐn)?shù)為3.0%時(shí)鍋爐效率最高?？紤]高氧量運(yùn)行后引、送風(fēng)機(jī)電耗升高，低氧量運(yùn)行爐膛氧量分布不均勻、高溫腐蝕加劇等的影響，建議運(yùn)行中在950 MW負(fù)荷工況下氧的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)保持在3.0%。

圖1　950 MW負(fù)荷下鍋爐效率與運(yùn)行氧量的關(guān)系

3.2800 MW工況氧量?jī)?yōu)化試驗(yàn)

3.2.1試驗(yàn)情況

機(jī)組負(fù)荷800 MW，運(yùn)行A，B，C，D，F(xiàn) 5套制粉系統(tǒng)，氧量試驗(yàn)分3個(gè)工況進(jìn)行。第1個(gè)工況氧的體積分?jǐn)?shù)設(shè)定3.2%，再熱器減溫水量為100 t/h，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%；第2個(gè)工況氧的體積分?jǐn)?shù)設(shè)定3.7%，再熱器減溫水量為100 t/h，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%；第3個(gè)工況氧的體積分?jǐn)?shù)設(shè)定2.6%，再熱器減溫水量為90.2 t/h，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%。

3.2.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

氧的體積分?jǐn)?shù)由3.7%降至3.2%，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)相差0.1百分點(diǎn)，基本持平，再熱器減溫水量持平；氧的體積分?jǐn)?shù)由3.2%降至2.7%，爐膛出口氧量場(chǎng)分布均勻性變差；第3 個(gè)工況下，A，B煙道外側(cè)兩端氧量偏低，CO體積分?jǐn)?shù)比前2個(gè)工況升高；排煙溫度等其他參數(shù)無明顯變化。

3.2.3最佳氧量確定

鍋爐效率與運(yùn)行氧量的關(guān)系曲線如圖2所示，800 MW負(fù)荷工況下，氧的體積分?jǐn)?shù)為3.6%時(shí)鍋爐效率最高?？紤]高氧量運(yùn)行后引、送風(fēng)機(jī)電耗升高，低氧量運(yùn)行爐膛氧量分布不均勻、高溫腐蝕加劇等的影響，建議800 MW負(fù)荷工況下氧的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)保持在3.5%。

圖2　800 MW負(fù)荷下鍋爐效率與運(yùn)行氧量的關(guān)系

4CO檢測(cè)試驗(yàn)

在1 000 MW工況下，對(duì)#1鍋爐進(jìn)行CO檢測(cè)試驗(yàn)，改變氧量尋找CO與O2的關(guān)系曲線，尋找燃燒最佳氧量，試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3　CO與O2關(guān)系曲線

入爐總風(fēng)量不足或爐內(nèi)氧量分布不均，局部燃燒缺氧，不僅使煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)增加，而且會(huì)導(dǎo)致飛灰可燃物含量增加,反之亦然[3]。如果煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)較高，說明爐內(nèi)局部缺氧。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，#1鍋爐沿?zé)煹澜孛娴臒煔夥謱蝇F(xiàn)象嚴(yán)重：鍋爐B 側(cè)煙道外部缺氧，煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)很高；鍋爐煙道內(nèi)側(cè)氧富集，煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)低。

由試驗(yàn)結(jié)果看，煙氣中CO的體積分?jǐn)?shù)對(duì)氧量變化反應(yīng)敏感，臨界點(diǎn)附近氧量的微小變化就會(huì)導(dǎo)致CO體積分?jǐn)?shù)急劇變化，該公司#1鍋爐運(yùn)行氧量的臨界點(diǎn)在2%左右。建議運(yùn)行中控制各DCS氧量測(cè)點(diǎn)顯示不要低于2.0%,避免水冷壁高溫腐蝕加劇。

5結(jié)論

通過調(diào)整外二次風(fēng)、燃盡風(fēng)，使#1鍋爐的配風(fēng)方式得到全面優(yōu)化，爐膛出口氧量場(chǎng)基本調(diào)整均勻，局部缺氧問題明顯改善，煙道中CO的體積分?jǐn)?shù)平均值由0.95%降至0.12%，飛灰中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)由摸底試驗(yàn)的1.87%降至0.79%，鍋爐效率提高0.59百分點(diǎn)。調(diào)整后，過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕問題得到了有效緩解，運(yùn)行方式達(dá)到全面優(yōu)化，為鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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[3]裘立春,張建華.基于CO的燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化[J].浙江電力，2005(3)：10-12.

(本文責(zé)編：劉芳)

收稿日期：2015-12-21；修回日期：2016-02-25

中圖分類號(hào)：TK 229.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)03-0044-04

作者簡(jiǎn)介：

劉培紅(1975—)，女，山東濰坊人，助理工程師，從事火力發(fā)電廠節(jié)能工作(E-mail:1409031800@qq.com)。

張曉東(1977—)，男，福建仙游人，工程師，工程碩士，從事火力發(fā)電廠集控運(yùn)行工作(E-mail:zxd7139@163.com)。