某電廠350 MW鍋爐燃燒試驗調整和防結焦試驗研究

白洪森，郭金城，胡楨

(華中科技大學 能源與動力工程學院，武漢 430070)

某電廠350 MW鍋爐燃燒試驗調整和防結焦試驗研究

白洪森，郭金城，胡楨

(華中科技大學 能源與動力工程學院，武漢 430070)

為了解決某電廠鍋爐結焦和NOx排放超標問題，通過一系列針對性試驗，精準掌握了該鍋爐的運行狀態(tài)，找出了鍋爐嚴重結焦的原因。經優(yōu)化調整，得到了鍋爐的最佳運行狀態(tài)，持續(xù)性的鍋爐垮焦問題得到解決，NOx排放值也降低到鍋爐所能達到的最佳水平，鍋爐的燃燒試驗調整和防結焦試驗達到了預期效果。

燃燒試驗；配煤；結焦；效率

某電廠位于湖北省，該廠有多組大型燃煤鍋爐，為達到環(huán)保部低氮排放的要求，該廠對鍋爐進行了低氮改造，改造后鍋爐的燃燒器換成了哈爾濱鍋爐廠生產的LNASB型低NOx軸向旋流燃燒器。改造后的鍋爐出現持續(xù)性垮焦問題，且NOx排放不達標，對鍋爐的安全運行產生極大影響。為解決上述問題，本文對鍋爐進行各種性能試驗，以期找到解決問題的辦法。

1 設備概況

某電廠機組鍋爐為350 MW超臨界參數變壓運行直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼懸吊結構型鍋爐。改造方案：取消原來的16個燃盡風(OFA)噴口，原下OFA噴口封堵后，在上OFA噴口位置重新開8個OFA噴口，新OFA噴口和原OFA噴口相比略微增大，相當于OFA中心上移了一定距離。對原OFA風箱、風道進行改造，并在OFA風道上布置新的熱補償器和調節(jié)風門，改造后OFA風量最大可達總風量30%，將主燃燒器區(qū)域內的過量空氣系數控制在0.9以下，實現空氣深度分級。

鍋爐的燃燒器布置如圖1所示，前墻布置3層，后墻布置2層。

圖1 改造后鍋爐縱剖圖

鍋爐主要設計參數見表1(BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量；TMCR為汽輪機最大連續(xù)功率)。

表1 鍋爐主要設計參數

鍋爐的燃料特性參數見表2。從元素分析可以看出，鍋爐的燃料含碳量在49.83%～59.67%之間，揮發(fā)分在17.10%～30.66%之間，入爐煤成分復雜，增加了燃燒實驗調整的難度。

2 鍋爐出現的問題

近年來隨著國內煤炭市場變化，電廠主要燃用灰熔點較高(>1 400 ℃)的晉北煤和山煤，其中混有部分灰熔點較低的煙煤。由于配煤不合理、改造后調整試驗不盡完善等原因[2-3]，鍋爐在運行過程中主要出現了以下問題。

(1)結焦。在高負荷時，鍋爐燃用目前煤種時，在前后墻中上層燃燒器噴口周圍出現嚴重結焦，燃燒器區(qū)上部和折焰角之間的鍋爐水冷壁上也有部分結焦。鍋爐結焦較多，渣量較大，經常有大渣塊掉落，引起較大的負壓波動；不但造成鍋爐屏超溫和鍋爐減溫水量偏大，而且需要人工除焦，在渣塊嚴重偏多時還曾出現鍋爐掉焦滅火，嚴重威脅鍋爐安全運行。

表2 鍋爐燃料特性參數

(2)NOx排放質量濃度高。在低氮燃燒器改造后，鍋爐NOx生成質量濃度達500 mg/m3(標態(tài)，下同)以上，嚴重影響了鍋爐的排放達標[4]。

(3)爐膛溫度高?；鹧孀罡邷囟仍? 500 ℃以上，爐膛溫度從燃燒器至鍋爐屏式過熱器底部的降低梯度不正常，爐膛整體溫度偏高。

3 問題分析及研究

結合煤質分析、鍋爐設備和現場燃燒優(yōu)化調整試驗結果，分析鍋爐結焦嚴重及其他問題的原因，為運行調整和設備改進提供參考。鍋爐內壁的大面積結焦，和鍋爐低氮改造后的燃燒調整不合適及鍋爐配煤不合理有很大關系。鍋爐低氮改造后，鍋爐燃燒所使用的煤由于摻燒比例不確定的關系，原先的灰熔點較高的煙煤(平煤、山煤等)摻混了揮發(fā)分較高的煙煤，新混煤雖然易于燃燒，利于降低NOx排放，但也更易結焦；鍋爐結焦后，爐膛吸熱減少，爐膛內溫度上升，使得鍋爐更易結焦；爐膛整體溫度上升極大地影響了NOx的生成，致使熱力型NOx生成大量增加，原本應該在還原區(qū)被還原的一部分NOx無法還原，還導致選擇性非催化還原反應(SNCR)的溫度區(qū)間和鍋爐的合適的溫度區(qū)間不在最佳范圍內，增加了調整難度。試驗期間，對因鍋爐掉大渣引起爐膛負壓波動現象時的吹灰器吹灰情況進行了統(tǒng)計，發(fā)現負壓波動時并未出現壓力先變小后變大的過程，由此推測渣塊較小，引起較大負壓波動的渣主要分布在OFA與主燃燒器之間區(qū)域、OFA上部(上數第1層吹灰器)。為了解決這一系列的問題，有必要進行鍋爐制粉系統(tǒng)設備診斷、混煤摻燒試驗及運行優(yōu)化調整試驗，以準確掌握該鍋爐的運行狀態(tài)，并通過優(yōu)化調整措施，減輕鍋爐結焦、降低NOx質量濃度，保證機組的安全、經濟、環(huán)保運行[5]。

根據觀察鍋爐所發(fā)現的問題，本文主要進行了以下試驗研究。

(1)燃燒調整試驗。調整的主要目標是減輕鍋爐爐膛結焦、降低NOx質量濃度、降低爐膛整體溫度。

(2)制粉系統(tǒng)試驗。在每臺磨煤機的風管做風速調平試驗和煤粉細度R90調平試驗，確保進入鍋爐的每層一次風粉速度均勻，顆粒大小合適，以便于下一步試驗得到更精確的數據。

(3)鍋爐熱效率試驗。通過燃燒試驗調整，盡量保證鍋爐的效率不下降。

(4)混煤摻燒試驗。對混煤摻燒進行分析，確定鍋爐結焦是否和混煤摻燒有較大關系。

4 燃燒調整試驗

摸底階段試驗，主要在210 MW和290 MW負荷段對爐膛溫度進行測試，測試結果顯示2個負荷段下爐膛溫度相差不大，最高溫度均在1 500 ℃以上，選擇性催化還原技術(SCR)裝置入口NOx質量濃度在500 mg/m3以上，經鍋爐看火孔觀察水冷壁結渣情況，除A，E層燃燒器區(qū)域鍋爐水冷壁外，其余部位均布滿一層渣塊。摸底結束后，鍋爐進行制粉系統(tǒng)試驗。

4.1 制粉系統(tǒng)試驗

在進行鍋爐的燃燒調整試驗前，須保證該鍋爐的一次風噴口風速均勻，煤粉粗細偏差較小，故對制粉系統(tǒng)進行了磨煤機出口一次風粉管風速調平、R90調整試驗。調平結果見表3。

表3 風速調平結果

續(xù)表

經過調平試驗后，A，E磨煤機各風管風速偏差值均較小，故而可以進行R90調平試驗。首先對各磨煤機R90進行了摸底，結果見表4。

表4 R90摸底結果

從表4可以看出，其中，B，D磨煤機R90偏粗，B磨煤機R90達到33.8%，D磨煤機R90達到34.2%，在進一步進行燃燒調整試驗前，需要對B，D磨煤機進行R90調整。調整過程及結果如表5、表6。

表5 B磨煤機R90調整結果

調整過程中，D磨通過增加磨煤機加載力，可以將R90降到25%左右，但B磨受限于磨煤機加載力，始終無法將R90降低。盡量將B磨R90調到最佳能達到的程度，進行下一步實驗。

4.2 鍋爐燃燒調整試驗

鍋爐的調整思路主要為推遲燃燒器區(qū)域煤粉著火，防止由于煤粉過早著火引起的燃燒器噴口結焦、

表6 D磨煤機R90調整結果

燃燒器區(qū)域熱負荷過高、煤粉氣流貼墻等問題，調整的手段也圍繞這個思路展開，具體包括減小A，B，D，E燃燒器外二次風旋流強度，提高D，E層燃火，防止由于煤粉過早著火引起的燃燒器噴口結焦、燃燒器區(qū)域熱負荷過高、煤粉氣流貼墻等問題，調整的手段也圍繞這個思路展開，具體包括減小A，B，D，E燃燒器外二次風旋流強度，提高D，E層燃燒器一次風速，降低運行氧量和減小B，D層燃燒器風箱開度等措施。試驗一共進行了14個工況，具體見表7。

表7 鍋爐燃燒調整工況

經過14個工況的調整，得到了鍋爐各工況下爐膛溫度的變化情況。根據試驗情況，爐膛溫度在各工況變化不大，這是由于在爐膛已經嚴重結渣的情況下，燃燒狀態(tài)的調整對爐膛溫度的變化是個漫長過程，試驗結果無法立即顯現。隨著工況試驗的進行，鍋爐負荷從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸升高，鍋爐負荷越高，氧量越低，NOx質量濃度相應增加；當停E磨煤機、啟C磨煤機時，鍋爐的NOx質量濃度突然升高到800 mg/m3以上，說明燃燒中心上移對NOx的排放值有較大影響。

4.3 鍋爐熱效率試驗

鍋爐的低氮燃燒可能會降低鍋爐熱效率，故本次試驗挑選了具有代表性的4組鍋爐負荷(350 MW，263 MW，240 MW，185 MW)，測定了各個負荷段的鍋爐熱效率。

在350，263，240，185 MW工況下，實測鍋爐熱效率為93.56%，93.82%，94.01%，94.03%，除350 MW工況外，均高于相應負荷下的鍋爐熱效率設計值。爐膛出口氧量分別為3.20%，3.49%，3.25%，5.35%，飛灰含碳量分別為3.21%，2.35%，2.23%，2.02%。隨著機組出力增加，爐膛出口氧量逐步降低，鍋爐飛灰含碳量逐步上升，在當前煤質下，鍋爐爐膛出口氧量控制比較合理，飛灰含碳量除350 MW工況下偏高，其余工況下均較好[6]。

4.4 混煤摻燒試驗

為了提高經濟性及降低NOx排放，鍋爐長期使用的煤種開始摻燒一定比例印尼煤，印尼煤的特性是高水分、低灰分、低硫分、高揮發(fā)分、灰熔點較低[7]。在火電廠中,每臺鍋爐及其輔助設備都是依據一定的煤質特性設計的,鍋爐只有燃用與設計煤質接近的煤,才具有最好的經濟性。因此有必要制定合理的切實可行的配煤方案,使鍋爐在燃用與設計煤質相接近的條件下運行，以達到最佳的經濟性和安全性[8]。

對鍋爐機組進行混煤摻燒試驗，試驗統(tǒng)計數據見表8。

表8 混煤摻燒試驗統(tǒng)計數據

在混煤摻燒試驗中發(fā)現了如下幾個問題：因印尼煤揮發(fā)分高，發(fā)生摻燒印尼煤層燃燒器噴口處結焦現象；摻燒印尼煤磨煤機運行時，因印尼煤水分大，磨煤機出力下降很多，增加了其他磨煤機的負擔[9]。

混煤摻燒試驗證實了少量摻燒印尼煤可降低飛灰可燃物含量，鍋爐熱效率上升?；烀簱綗哪康氖窃黾尤霠t煤的易燃性，降低NOx排放值，合適的摻燒可以達到很好的效果，但是混煤摻燒的比例需要繁瑣的長期試驗來確定；試驗過程中，混煤摻燒比例不完美可能也是導致鍋爐結焦的另一個重要原因。

5 結論

通過以上各個試驗，得到以下結論。

(1)鍋爐經過燃燒調整試驗，對比結果，在95% BMCR工況時，NOx質量濃度穩(wěn)定在300 mg/m3左右，調整結果和鍋爐調整前相比已經有較大的降低，限于鍋爐的結焦問題尚未完全解決，這個結果已經是目前能達到的最佳水平。

(2)鍋爐經過磨煤機R90調平試驗，每臺磨煤機出口的4根風管風速偏差較小，所有磨煤機R90平均偏差在合理范圍內。

(3)鍋爐經過燃燒調整試驗，鍋爐的持續(xù)性垮焦問題得到解決，鍋爐的結焦問題得到控制，限于鍋爐的混煤摻燒等原因，目前通過技術性手段無法完全避免。

(4)考慮到鍋爐目前較高爐膛溫度及較高的NOx質量濃度，運行氧量在2.5%～2.8%之間是比較好的選擇。

(5)中高負荷時，鍋爐一次風量不應低于70 t/h，A，B，D層二次風箱開度50%，E層二次風箱開度75%為比較理想的方案。

(6)經過一系列的試驗，發(fā)現鍋爐的內部仍缺少部分相應的吹灰器，建議標高為37.25，25.05 m處兩側前各加裝1只吹灰器，標高37.00～46.00 m四面墻之間的合適位置，加裝16只吹灰器(同一層)。

(7)考慮到爐膛目前實際最高溫度仍在1 500 ℃以上，電廠應加強對入爐煤監(jiān)控，降低低灰熔點煤比例，確保入爐煤灰熔點在1 400 ℃以上。

[1]火電廠大氣污染排放標準：GB 13223—2011[S].

[2]楊忠燦,姚偉.電廠鍋爐變煤種摻燒問題研究[J].中國電力,2010,43(11):42-45.

[3]李寒旭.配煤降低高灰熔融性淮南煤灰熔點的研究[J].煤炭學報,2002,27(5):529-533.

[4]王學棟.燃煤鍋爐氮氧化物排放特性研究及煙氣脫硝催化劑研制[D].山東:山東大學，2009.

[5]候昭毅.基于“MBEL”W火焰鍋爐結焦現象原因分析及其對策[J].鍋爐技術,2010,41(6):37-41.

[6]周新剛.燃煤電站鍋爐飛灰含碳量預測模型研究[D].山東:山東大學,2006.

[7]馬巧春,周力慶,沈琦.華能南通電廠350 MW機組鍋爐摻燒印尼煤試驗及分析[J].熱力發(fā)電,2003,32(11):10-12.

[8]林介團.電廠燃煤混配模型的建立及分析[J].廣東電力,2008,21(4):25-27,31.

[9]王靜.某電廠褐煤和印尼煤摻燒經驗介紹[J].制冷空調與電力機械,2011,32(6):79-81.

(本文責編：劉炳鋒)

2017-05-11；

2017-06-28

TK 16

A

1674-1951(2017)07-0028-04

白洪森(1990—)，男，河北滄州人，在讀碩士研究生，主要研究方向為熱能工程、鍋爐脫硝脫汞及鍋爐燃燒性能優(yōu)化(E-mail:469066430@qq.com)。