600 MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)研究

初泰青，王鈺森 ，蒲建業(yè) ，王東旭，馮兆興

（1.沈陽工程學(xué)院a.研究生部；b.能源與動(dòng)力學(xué)院，遼寧沈陽110136；2.遼寧中電投電站燃燒工程技術(shù)研究中心有限公司，遼寧沈陽110179）

鍋爐是火力發(fā)電廠的重要設(shè)備，是火電廠的動(dòng)力源頭。其燃燒狀態(tài)的好壞關(guān)系到鍋爐的生產(chǎn)能力、運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，眾多學(xué)者對300 MW、600 MW機(jī)組鍋爐進(jìn)行了燃燒調(diào)整試驗(yàn)，對鍋爐的燃燒情況進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，保證鍋爐在最佳參數(shù)下運(yùn)行是十分必要的。某電廠600 MW機(jī)組鍋爐存在調(diào)峰時(shí)省煤器出口氧量表和CO表顯示不準(zhǔn)、爐內(nèi)火焰傾斜、飛灰爐渣含碳量偏高、尾部兩煙道NOx含量不同等問題，對此進(jìn)行了不同運(yùn)行工況下的氧量標(biāo)定、一次風(fēng)速測量、煤粉細(xì)度測定、SCR脫硝系統(tǒng)B側(cè)入口NOx調(diào)整試驗(yàn)。

1 設(shè)備概況

某電廠采用HG-1900/25.4-HM2型鍋爐，該鍋爐為一次中間再熱、超臨界壓力變壓運(yùn)行帶內(nèi)置式再循環(huán)泵啟動(dòng)系統(tǒng)的本生直流鍋爐，以最大連續(xù)出力工況為設(shè)計(jì)參數(shù)。鍋爐為全封閉布置，單爐膛、固態(tài)排渣、全鋼架、π型布置、尾部雙煙道。爐膛寬為22.187 m，深度為16.839 m，水平煙道深度為5.322 m，尾部前煙道深度為6.555 m，尾部后煙道深度為10.235 m，水冷壁下集箱標(biāo)高為8.0 m，頂棚管標(biāo)高為70.525 m。爐內(nèi)有35只低NOx軸向旋流燃燒器，采用前后墻布置、對沖燃燒方式。7臺HP1103中速磨煤機(jī)配正壓直吹制粉系統(tǒng)。鍋爐系統(tǒng)先后進(jìn)行過低氮燃燒器改造和超低排放改造，增加煙水復(fù)合系統(tǒng)和低低溫省煤器系統(tǒng)。

過熱器采用兩級噴水減溫器，一級減溫器布置在低溫過熱器和屏式過熱器之間，另一級減溫器布置在屏式過熱器和末級過熱器之間。再熱蒸汽采用尾部煙氣擋板調(diào)溫，并在再熱器入口管道備有事故噴水減溫器。再熱器采用低溫再熱器和高溫再熱器兩段布置，中間無集箱連接，低溫再熱器布置于尾部雙煙道中的前部煙道，高溫再熱器布置于水平煙道中部。

制粉系統(tǒng)采用中速磨正壓直吹系統(tǒng)，每爐配7臺磨煤機(jī)，在6臺磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)能帶滿負(fù)荷（BMCR工況）。每臺磨煤機(jī)為布置于前墻或后墻同一層的LNASB燃燒器供煤，前墻4層，后墻3層，每層布置5只燃燒器。在煤粉燃燒器上方的前、后墻各布置1層燃燼風(fēng)，每層有5個(gè)一次風(fēng)口。

鍋爐內(nèi)共有74只爐膛吹灰器，其中60只為長伸縮式吹灰器，12只為半伸縮式吹灰器，2只為空氣預(yù)熱器吹灰器。爐膛出口兩側(cè)各裝設(shè)一只煙氣溫度探針，同時(shí)設(shè)置爐膛監(jiān)視閉路電視系統(tǒng)的攝像頭用于監(jiān)視爐膛燃燒狀況。鍋爐除渣采用一臺刮板式撈渣機(jī)，裝于爐膛冷灰斗下部。

2 燃燒調(diào)整試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 運(yùn)行氧量標(biāo)定

氧量是鍋爐運(yùn)行的重要數(shù)據(jù)，運(yùn)行人員通過煙氣中氧氣含量的高低來調(diào)節(jié)送風(fēng)量。通常煙氣中的氧含量在3%～6%。當(dāng)煙氣中氧量過大，意味著送入爐膛的空氣過多，過剩的空氣會(huì)吸收燃料的熱量而降低燃料的有效利用率，同時(shí)還會(huì)增加送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)的耗電量；當(dāng)氧量偏低時(shí)，燃料不能充分燃燒，造成不完全燃燒損失。如果氧量不能準(zhǔn)確地反應(yīng)爐內(nèi)空氣的含量，將影響運(yùn)行人員的判斷，進(jìn)行錯(cuò)誤的操作，嚴(yán)重影響鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。因此，對省煤器出口氧量進(jìn)行多個(gè)工況的標(biāo)定對比試驗(yàn)是十分必要的。試驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)如表1所示。其中，表盤偏差=實(shí)測氧量-表盤顯示氧量（運(yùn)行氧量）。

表1 氧量標(biāo)定結(jié)果

氧量標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果表明，受到負(fù)荷波動(dòng)和測試誤差的影響，大多數(shù)負(fù)荷工況下，A側(cè)省煤器出口氧量表盤顯示值比實(shí)測值低0.2%～0.7%，B側(cè)省煤器出口氧量表顯示值比實(shí)測值低0.5%～1.0%。但在深度調(diào)峰工況下，B側(cè)省煤器出口氧量表顯示值比實(shí)測值高0.8%～1.2%。

測試中發(fā)現(xiàn)，在高負(fù)荷工況下，當(dāng)表盤氧量為2.5%左右，實(shí)測氧量在2.8%～3.2%時(shí)，升負(fù)荷階段有CO排放量超過200 ppm的情況，而穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)CO排放量都小于200 ppm，表盤顯示的CO濃度基本不變，建議對CO表進(jìn)行校準(zhǔn)。當(dāng)實(shí)測氧量低于2.2%時(shí)，實(shí)測CO含量超過400 ppm，數(shù)值偏高，建議實(shí)測氧量不要長時(shí)間低于2.2%。

2.2 一次風(fēng)速測量

一次風(fēng)攜帶煤粉進(jìn)入爐膛，如果風(fēng)速過大則剛性太強(qiáng)，使火焰長度增加，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成結(jié)焦；當(dāng)風(fēng)速過小時(shí)可能會(huì)燒壞噴嘴；一次風(fēng)速的偏差會(huì)造成爐內(nèi)火焰傾斜，進(jìn)而導(dǎo)致熱偏差的產(chǎn)生。通常認(rèn)為一次風(fēng)速偏差在±5%范圍內(nèi)，同層粉管風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平可以避免爐膛火焰中心偏斜，減小對爐膛出口及煙道煙氣流場的影響，有效防止鍋爐偏燒和結(jié)焦情況的發(fā)生。一次風(fēng)管風(fēng)速的測量結(jié)果如表2所示。

采用經(jīng)過校驗(yàn)的測速管測量每根一次風(fēng)管內(nèi)的動(dòng)壓及靜壓，并用經(jīng)過校驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)T型熱電偶測量一測風(fēng)的溫度。通過查閱相關(guān)資料，由以下公式計(jì)算一次風(fēng)風(fēng)速和風(fēng)量：

式中，k為測速管系數(shù)；A為風(fēng)道截面積；pd為氣流平均動(dòng)壓；ρql為氣流密度。

式中，ρ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體密度；t為氣體溫度；pact為當(dāng)?shù)卮髿鈮?；ps為管內(nèi)氣體靜壓。

管道風(fēng)速偏差計(jì)算方法如下：

式中，Δ?max為管道風(fēng)速的偏差；ωi,max為風(fēng)速最高（或最低）的第1根管風(fēng)速；?為各管風(fēng)速的平均值。

根據(jù)測量數(shù)據(jù)及公式計(jì)算得到：C磨煤機(jī)通風(fēng)量為130.15 t/h，D磨通風(fēng)量為161.13 t/h，E磨煤機(jī)通風(fēng)量為127.8 t/h，F(xiàn)磨通風(fēng)量為158.76 t/h，而A磨煤機(jī)側(cè)孔位置不合理，計(jì)算結(jié)果沒有參考價(jià)值，B磨煤機(jī)僅有一根出粉管能測量數(shù)據(jù)。將計(jì)算結(jié)果繪制成如圖1所示的折線圖，可以清晰地看出C磨煤機(jī)出口粉管的一測風(fēng)速波動(dòng)最大，整條曲線存在兩個(gè)峰值，與其他磨煤機(jī)出口粉管一次風(fēng)速偏差曲線存在明顯差別，其他幾臺磨煤機(jī)波動(dòng)不大。

圖1 一次風(fēng)速偏差

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：C磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速偏差較大，其余磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速偏差基本符合偏差在±5%范圍內(nèi)的要求。

通過測量發(fā)現(xiàn)，一次風(fēng)速存在偏差，但偏差不大，需要及時(shí)作出調(diào)整。建議更改A磨煤機(jī)出口粉管取樣孔位置，B磨出口粉管開孔處進(jìn)行打磨處理，保證開孔大小與管座內(nèi)徑一致。對C磨進(jìn)行風(fēng)速調(diào)整，使風(fēng)速偏差在允許范圍內(nèi)，避免因一次風(fēng)速偏差引起的熱偏差、偏燒等現(xiàn)象發(fā)生，進(jìn)而影響鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

表2 一次風(fēng)管風(fēng)速測量結(jié)果 m/s

2.3 煤粉細(xì)度調(diào)整

煤粉越細(xì)，煤粉顆粒的表面積總和越大，與空氣接觸面積越大，燃燒效果越好。當(dāng)煤粉較粗時(shí)，在一次風(fēng)管中的預(yù)熱效果差，進(jìn)入爐膛與空氣接觸的總面積小，燃燒效果不好，使著火時(shí)間延長，造成不完全燃燒損失，低負(fù)荷時(shí)會(huì)導(dǎo)致爐膛滅火。為了提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，在不影響制粉系統(tǒng)出力的情況下，需要降低煤粉細(xì)度，從而提高煤粉著火特性，降低飛灰、爐渣中的含碳量。試驗(yàn)前記錄制粉系統(tǒng)中每臺磨煤機(jī)出口的粗粉分離器擋板開度。煤粉取樣在細(xì)粉分離器煤粉取樣孔取樣，分別稱重、篩分。通過調(diào)整每臺磨煤機(jī)出口粗粉分離器擋板角度來調(diào)整煤粉細(xì)度，每次調(diào)整后進(jìn)行煤粉取樣，做好記錄。試驗(yàn)期間保持磨煤機(jī)出力和熱一次風(fēng)風(fēng)壓不變。煤粉取樣測試結(jié)果如表3所示。

表3 煤粉細(xì)度測試結(jié)果 %

由表3可以看出：A磨煤機(jī)出口粉管測點(diǎn)位置不符合要求，取粉細(xì)度偏低，煤粉細(xì)度不具有代表性，但是A3號管道煤粉R90相對大些；B磨煤機(jī)出口粉管測得的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確；C磨煤機(jī)出口粉管煤粉細(xì)度相差較大，C3號粉管煤粉最粗，R90達(dá)到56.4%，C1粉管煤粉最細(xì)，R90為12.5%，C磨平均煤粉細(xì)度為34.76%，與設(shè)計(jì)值相差不大；D磨的D1、D2粉管煤粉細(xì)度R90%分別是49.2%和36.6%；E磨的E3粉管煤粉細(xì)度R90%是40.4%；F磨的F3粉管煤粉細(xì)度R90%是54.6%；G磨的G3粉管煤粉細(xì)度R90%是53.4%。計(jì)算每臺磨煤機(jī)出口粉管所取粉樣的R90%平均值在29%～35%，都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，分離器擋板可以不做調(diào)整。D磨煤粉細(xì)度偏大，如果出現(xiàn)灰渣含碳量升高的問題，建議先將D磨煤機(jī)分離擋板調(diào)整到40%～45%。

每臺磨煤機(jī)的5根粉管的煤粉細(xì)度相差很大，說明磨煤機(jī)分離器出口分配效果很差?？傮w上看，中間粉管的煤粉細(xì)度最大，這樣使得不同的磨煤機(jī)組合會(huì)出現(xiàn)不同的燃燒特性，汽溫分布、煙溫分布、壁溫分布都會(huì)出現(xiàn)較大的差別。建議在磨煤機(jī)分離器出口安裝均粉裝置，使得各個(gè)粉管煤粉細(xì)度均衡。

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)在某些負(fù)荷工況下，C層燃燒器部分火檢閃爍，燃燒變差，通過調(diào)整分離器擋板，由35%開大到42.5%，火檢閃爍情況變好。測試煤粉細(xì)度發(fā)現(xiàn)，分離器擋板開大后，平均煤粉細(xì)度R90%雖然沒有顯著變化，但是3號管煤粉細(xì)度R90%由56.6%降低到39.8%，顯著變低，1號管煤粉細(xì)度R90%由12.4%升高到21.2%，各管分配均勻性變好。

2.4 SCR脫硝系統(tǒng)B側(cè)入口NOx調(diào)整

NOx排放量一直是電廠監(jiān)測的重要指標(biāo)，對脫硝系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，有利于提高脫硝效率、延長系統(tǒng)使用壽命并保證系統(tǒng)安全運(yùn)行。由于受到煤粉分配的影響，即使進(jìn)風(fēng)量相同，燃燒產(chǎn)物中的NOx也會(huì)有很大偏差，這就要根據(jù)實(shí)際情況重新調(diào)整燃盡風(fēng)門開度，以保證兩側(cè)煙道的NOx值接近。

通過查看（表盤）A、B側(cè)煙道SCR系統(tǒng)入口的NOx值，計(jì)算兩側(cè)偏差，實(shí)測A、B側(cè)煙道SCR入口的NOx值，計(jì)算兩側(cè)NOx偏差。檢查就地燃盡風(fēng)中心直流風(fēng)開度和外環(huán)旋流風(fēng)開度，對于NOx偏高的一側(cè)，開大中心直流風(fēng)開度，在外環(huán)旋流風(fēng)旋流強(qiáng)度不變的情況下，增大通風(fēng)量，再測試A、B側(cè)煙道SCR入口的NOx值，計(jì)算兩側(cè)偏差。如果偏差依然很大，嘗試關(guān)小NOx偏低的一側(cè)的中心直流風(fēng)開度和外環(huán)旋流風(fēng)開度，直到兩側(cè)NOx值相差不大。

根據(jù)表4數(shù)據(jù)，B側(cè)SCR入口的NOx排放值比A側(cè)高40 mg/Nm3左右。燃盡風(fēng)就地風(fēng)門1#、2#外環(huán)風(fēng)開度為90°，與A側(cè)對應(yīng)；4#、5#外環(huán)風(fēng)開度分別是45和60，與B側(cè)對應(yīng)。調(diào)整4#、5#號外環(huán)風(fēng)開度到90，與1#、2#外環(huán)風(fēng)開度相同。調(diào)整完成后觀察運(yùn)行參數(shù)變化，發(fā)現(xiàn)A、B側(cè)SCR入口的NOx排放值接近，實(shí)測顯示B側(cè)SCR入口的NOx排放值比A側(cè)低10 mg/Nm3左右。在沒有產(chǎn)生其他不良結(jié)果的時(shí)候，先保持這個(gè)開度運(yùn)行。調(diào)整后如果出現(xiàn)垂直水冷壁超溫現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)回調(diào)。調(diào)整前后的測量結(jié)果如表4所示。

表4 相同負(fù)荷工況NOx值對比

3 試驗(yàn)結(jié)論

1）氧量標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果表明：滿負(fù)荷工況運(yùn)行下的氧量（表盤）為2.3%～2.7%，省煤器出口實(shí)測氧量在2.8%～3.2%，CO小于200 ppm。建議按配風(fēng)方式及氧量表運(yùn)行，利用冷態(tài)啟爐機(jī)會(huì)重新標(biāo)定一次風(fēng)量和二次風(fēng)量，低負(fù)荷工況表盤顯示總風(fēng)量偏低，表盤CO顯示值與實(shí)測CO值變化規(guī)律相差很大，需校準(zhǔn)。

2）一次風(fēng)速測試表明：C磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速偏差較大，建議調(diào)整C磨煤機(jī)出口粉管風(fēng)速，B磨煤機(jī)出口粉管開孔處進(jìn)行打磨處理。

3）煤粉細(xì)度測試表明：D磨煤機(jī)煤粉細(xì)度平均值偏大。每臺磨煤機(jī)5根粉管的出粉細(xì)度相差很大，建議在磨煤機(jī)分離器出口安裝均粉裝置，使得各個(gè)粉管煤粉細(xì)度均衡。

4）SCR系統(tǒng)入口的NOx值調(diào)整表明：燃盡風(fēng)4#、5#燃燒器外環(huán)風(fēng)開度調(diào)整到90，兩側(cè)SCR入口的NOx排放值接近。在無其他不良結(jié)果時(shí)，先保持這個(gè)開度，如果出現(xiàn)超溫現(xiàn)象，應(yīng)及時(shí)回調(diào)。

4結(jié) 論

作出相應(yīng)的調(diào)整后，深度調(diào)峰工況下B側(cè)省煤器出口氧量實(shí)測值，CO表校核后接近實(shí)測值；C磨出口粉管風(fēng)速調(diào)整后，觀察到火焰傾斜現(xiàn)象減弱，甚至消失；安裝均粉裝置后，各粉管的煤粉細(xì)度均勻，灰檢發(fā)現(xiàn)煤灰中碳含量降低，燃燒效果提高；重新調(diào)整燃盡風(fēng)門開度后，兩側(cè)SCR入口的NOx排放值接近。通過對不同運(yùn)行工況下的氧量標(biāo)定、煤粉細(xì)度測定、一次風(fēng)速測量等方面進(jìn)行試驗(yàn)，對存在的問題提出相應(yīng)的調(diào)整建議，對實(shí)際的鍋爐運(yùn)行有一定的指導(dǎo)意義。