提高燃煤鍋爐低負荷下熱效率技術(shù)探討

張強

摘 要：目前我國電力的供求關(guān)系和可再生能源的快速發(fā)展，以及各地電力輔助調(diào)峰市場的逐步完善，為提高機組經(jīng)濟性和網(wǎng)上競爭力，越來越多的火電機組參與深度調(diào)峰，火電機組長時間低負荷運行將成為一種常態(tài)。因此，如果能通過運行優(yōu)化的手段提高現(xiàn)役機組低負荷下鍋爐熱效率，無疑將有效降低燃煤機組低負荷運行對機組煤耗的影響。本文對提高燃煤鍋爐低負荷下熱效率的主要運行技術(shù)進行分析。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；低負荷；熱效率；運行技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型以及可再生能源的大力發(fā)展，燃煤火電機組長時間低負荷運行已成為一種常態(tài)。鍋爐是供熱系統(tǒng)的主要組成部分之一，也可以將其成為供熱系統(tǒng)的核心層，而鍋爐的熱效率不僅對供熱系統(tǒng)的運行效率有著直接的影響，同時也關(guān)系到能源的節(jié)約。鍋爐供熱系統(tǒng)在實際運營過程中，會消耗大量的燃料，而燃料燃燒的好壞將會對鍋爐的熱效率帶來直接的影響。因此，如果能通過運行優(yōu)化的手段提高現(xiàn)役機組低負荷下鍋爐熱效率，無疑將有效降低燃煤機組低負荷運行對機組煤耗的影響。

一、鍋爐低負荷運行經(jīng)濟性分析

與高、中負荷相比，低負荷下鍋爐運行具有以下特點：爐膛熱負荷減小，導致爐膛溫度降低，排煙溫度降低；為保證低負荷下的汽溫和煤粉的燃盡程度，低負荷下鍋爐運行氧量通常較大；CO 濃度降低，化學不完全燃燒熱損失減??；輻射對流熱損失增加。影響鍋爐熱效率的兩大主要熱損失為干煙氣熱損失和未燃碳熱損失。一般來講，干煙氣損失占到鍋爐熱損失的4.0%-8.0%，未燃碳熱損失則占到鍋爐熱損失的0.5%-3.0%。在入爐煤質(zhì)一定的情況下，干煙氣熱損失主要受排煙溫度和運行氧量影響，而未燃碳熱損失則主要由飛灰含碳量和爐渣含碳量決定。要提高低負荷下鍋爐熱效率，就必須在保持合適運行氧量的基礎(chǔ)上，降低排煙溫度、飛灰含碳量和爐渣含碳量。

二、鍋爐設(shè)備熱效率的影響因素

1、排煙過程中的能量損失。鍋爐設(shè)備在燃煤期間會排放出大量氣體，在這些煙氣被排出的過程中，會從鍋爐設(shè)備中帶走很多的熱量，造成很大的能量損失。此外，鍋爐設(shè)備本身在燃煤過程中出現(xiàn)漏風的異常情況，導致燃煤期間大量空氣進入鍋爐內(nèi)部，極大的提高了煙氣的排量，而且在長期的使用過程中，鍋爐內(nèi)部會積累下很多的煤渣和爐灰，如果不能夠及時清理掉，那么在燃煤時就會加大煤炭的消耗，熱能量轉(zhuǎn)化的效率就會下降，并且煙氣的排量會顯著上升，不利于合理利用煤炭資源，會造成很大的資源浪費。

2、燃煤的不充分燃燒。鍋爐設(shè)備所需要的能量源是依靠燃煤產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化而來的，但是因為煤粉本身的細度較高，并且在燃煤期間所配給的風速較低的情況下，煤粉在燃燒時就不能達到充分的標準，燃燒不充分所產(chǎn)生的飛灰之中就會含有很多可燃物質(zhì)，機械式的不完全燃燒就是這種情況下造成的，而且會造成熱量的大量損耗和浪費，但是如果所選用的煤炭煤粉的細度太小的話，盡管能夠達到充分的目標，可是會造成燃燒面積也就是受熱面之上出現(xiàn)結(jié)焦的問題，很快會形成一層飛灰，如果不能及時的清理排除，那么就會加大熱量傳遞和轉(zhuǎn)換的阻礙，使得熱轉(zhuǎn)化的效率迅速降低，同時這些細度很小的煤粉也會對鍋爐內(nèi)部的制粉裝置造成很大的電能損耗，而且會加劇鍋爐內(nèi)關(guān)鍵裝置的老化速度。

三、提高燃煤鍋爐低負荷下熱效率技術(shù)措施

1、適當降低運行氧量。運行氧量是鍋爐運行最重要的參考指標之一。運行氧量過低，會導致爐內(nèi)嚴重缺氧，造成未燃碳損失和化學不完全燃燒損失增加，在運行安全性方面，還會導致爐內(nèi)結(jié)焦、高溫腐蝕等發(fā)生。運行氧量過高，會導致排煙熱損失增加，送、引風機電耗增加，NOx 排放增加。特定煤質(zhì)在不同負荷下均存在一個最佳運行氧量，使得干煙氣熱損失與未燃碳損失之和最小。一般來說，揮發(fā)分越高、煤粉細度越細，最佳運行氧量越低。根據(jù)經(jīng)驗，50%-60% 額定負荷下，燃用無煙煤鍋爐推薦運行氧量控制在5.5%-6.0%；燃用貧煤鍋爐，推薦運行氧量控制在5.0%-5.5%；燃用煙煤鍋爐，推薦運行氧量控制在4.5%-5.0%；燃用褐煤鍋爐，推薦運行氧量控制在4.0%-4.5%。

2、適當降低煤粉細度。煤粉細度是煤粉的重要特征參數(shù)之一，直接影響著煤粉在爐內(nèi)的著火、燃燒和燃盡。煤粉顆粒過粗會導致煤粉著火困難，影響燃燒的穩(wěn)定性，同時也會導致飛灰、爐渣含碳量增加，影響鍋爐熱效率，還會帶來鍋爐結(jié)焦、受熱面磨損等一系列問題。機組低負荷運行時，適當降低煤粉細度，可以使煤粉著火提前，起到穩(wěn)定爐內(nèi)燃燒的作用，同時也會降低飛灰和爐渣含碳量，減少未燃碳熱損失，提高鍋爐熱效率。

3、適當降低一次風速。機組在低負荷下運行時，一次風速控制在較低水平對爐內(nèi)燃燒尤為關(guān)鍵。一次風速過高，將導致風粉氣流著火所需熱量增加，煤粉著火推遲，火焰中心升高，排煙溫度增加，煤粉在爐內(nèi)燃燒時間縮短，未燃碳損失增加。當燃用揮發(fā)分較低的煤種時，一次風速過高還可能導致脫火，影響爐內(nèi)燃燒的穩(wěn)定性，甚至導致滅火事件發(fā)生。因此，在保證不堵塞磨煤機和粉管的前提下，適當降低一次風速，有利于提高低負荷下鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。

4、適當提高磨煤機出口風粉溫度。磨煤機出口風粉溫度的控制，對鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性有重要影響。對于直吹式制粉系統(tǒng)，磨煤機出口風粉溫度的控制直接影響煤粉的著火，在一次風速一定的前提下，磨煤機出口風粉溫度越高，煤粉著火越容易，對低負荷穩(wěn)燃越有利。此外，在不改變一次風速的前提下，提高磨煤機出口風粉溫度，磨煤機進口冷風量會減少，如運行氧量維持不變，通過空氣預(yù)熱器的風量會增加，空氣預(yù)熱器換熱量增加，排煙溫度將有所降低。

低負荷下采取適當降低運行氧量、適當降低煤粉細度、適當降低一次風速、適當提高直吹式磨煤機出口風粉溫度、采取合適的配風方式、投運下層燃料、下擺燃燒器噴嘴等運行技術(shù)，可有效提高鍋爐熱效率，減少機組低負荷運行對煤耗的影響。

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