1050MW超超臨界鍋爐燃燒優(yōu)化調整研究

摘要：某廠1050MW超超臨界機組于2015年4月投入商業(yè)運行，投運以來存在排煙溫度偏高、爐內熱偏差偏大、一次風率及鍋爐氧量控制不合適等問題影響鍋爐安全經濟運行。本文通過調整鍋爐燃燒器的一次風速、內二次風量、外二次風量和旋流強度、燃盡風門開度、運行氧量、煤粉細度、磨運行方式等，掌握了鍋爐的運行狀況，降低了排煙溫度、減少了爐內熱偏差、優(yōu)化了一次風率和運行氧量。

關鍵詞：超超臨界;排煙溫度;爐內偏差;優(yōu)化調整

1 引言

某廠1050MW超超臨界機組目前運行存在著排煙溫度偏高、爐內熱偏差偏大、一次風率及鍋爐氧量控制不合適等問題。因此進行鍋爐燃燒調整試驗，以進一步掌握鍋爐運行特性，優(yōu)化鍋爐運行方式，考察并改善鍋爐存在的問題，在兼顧鍋爐汽水參數(shù)、結渣、 經濟性、NOx 排放等因素的基礎上，確定鍋爐最佳運行參數(shù)。

試驗期間通過制粉系統(tǒng)調整、燃燒調整和摻燒優(yōu)化試驗等大量細致的工作，綜合考慮鍋爐運行的安全性、經濟性以及環(huán)保性，優(yōu)化了制粉系統(tǒng)運行參數(shù)，確定了1050MW超超臨界鍋爐合適的運行參數(shù)和運行方式;大幅提高了鍋爐運行效率，降低了排煙溫度、減小了爐內熱偏差，優(yōu)化了一次風風率和鍋爐運行氧量，并將排煙中CO濃度控制在較低水平;同時，在全部調整過程中鍋爐汽水參數(shù)和NOx排放等均處于正常水平。

2 鍋爐設備概述

1050MW超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機組，鍋爐為東方鍋爐股份有限公司設計制造的超超臨界參數(shù)、對沖燃燒方式、單爐膛、 一次再熱、固態(tài)排渣、平衡通風、全鋼構架、全懸吊π型結構、露天布置變壓直流鍋爐。型號為 DG3130/27.46-π2。

目前有兩臺三分倉空預器，一次風機以及送風機將空氣送往不同的空預器中，通過相應的煙氣加熱過程中把一次風以及部分冷一次風進行混合，并且將其融入磨煤機，同時將前后墻的煤粉燃燒器布置好。二次風在進入燃燒器的風箱之后借助不同的調節(jié)擋板進入不同的通道，與此同時有些二次風在進入到燃燒器之后，燃燒器上方出現(xiàn)的燃燼，此外還有少量的二次風也進入其中，這部分二次風則是通過專門的中心通道進入到其中的。主要采用的設備是中速磨冷一次風機屬于直吹式制粉末系統(tǒng)，另外還有六臺中速磨煤機，在使用設計的煤種的過程中，其中有五臺是運行的，還有一臺主要是用來備用的。燃用校核煤種時，6臺運行。要求鍋爐燃用設計煤種煤粉細度R90=21%，校核煤粉細度R90=18%，n值暫按1.0。磨煤機出口采用變頻旋轉分離器控制磨煤機出口煤粉細度。

3 制粉系統(tǒng)試驗

3.1 磨煤機出口一次風速測試和調平

墻式燃燒方式每個燃燒器為相對獨立的燃燒單元，同層燃燒器風粉分配不均對燃燒效果、爐內傳熱與單只燃燒器的運行狀況具有顯著影響。一方面，風速較低的一次風管易于積粉，并容易導致燃燒器噴口燒損;另一方面，風速較高的一次風管則磨損嚴重，且由于燃燒器粉量分配較多，會形成局部富燃料燃燒高溫區(qū)，加劇噴口的結渣與高溫腐蝕，并會造成燃燒推遲和飛灰含碳量升高。

磨煤機正常運行情況下，在磨出口的六根一次風管上利用已標定的靠背管測量一次風動壓和靜壓，計算出各管風速和風速偏差，通過調整六臺磨煤機可調縮孔將風速偏差控制在±5%以內。

（1）調整前，各磨一次粉管風速存在較大風速偏差，普遍在±10%以上，配風均勻性較差。

（2）經調整煤粉管道縮孔后，所有磨一次風管風速偏差基本調整至±5%以內，配風均勻性得到改善。

（3）在磨機通常運行的風量160t/h時，各磨一次風管風速普遍處于較高水平，基本在 29m/s以上，粉管磨損的風險較高;一次風量偏高說明一次風機電耗也較高，影響廠用電率;另外，一次風速過高影響煤粉著火和磨煤機出口煤粉細度和均勻性。

（4）建議磨煤機出力在 80-85t/h時，通風量為150t/h。

3.2 磨煤機分離器轉速調整試驗

對沖燃燒方式每個燃燒器為相對獨立的燃燒單元，為了得到煤粉細度與磨煤機旋轉分離器轉速之間的關系，對各臺磨煤機進行了變旋轉分離器轉速的試驗，按等速取樣法在磨出口一次風管采集煤粉樣，分析煤粉細度。

磨煤機旋轉分離器轉速體現(xiàn)在表盤上是反饋轉速，在磨煤機滿負荷正常出力約80t/h情況下，磨一次風量按風煤比曲線設置，通過改變反饋轉速來改變分離器轉速，分別考察了A～F磨的分離器轉速對煤粉細度的影響，進一步掌握了當前狀態(tài)下的煤粉細度情況。

通過在相同磨機出力和一次風風量、不同的分離器轉速下的磨機試驗可知：

（1）分離器反饋轉速在40%時，6臺磨R90在 22.75%～28.55%之間，均達不到設計值 R90=21%;反饋轉速提高到55%后，除D磨為21.7%，E磨為22.7%，其他磨均能達到設計值 R90=21%，說明能夠通過提高轉速達到降低煤粉細度的目的。

（2）6臺磨煤機的制粉單耗都較低，在所進行的工況試驗下，均低于設計值10.8kWh/t。隨著轉速的提高，制粉單耗增加，各臺磨的規(guī)律基本相同。反饋轉速為40%工況下，制粉單耗在7.56～8.17kWh/t之間，均低于設計值10.8kWh/t。 反饋轉速在55%工況下，制粉單耗在8.23～8.49之間，也均低于設計值 10.8kWh/t。

（3）提高分離器轉速一方面能夠達到降低煤粉細度的目的，但另一方面也增加了制粉系統(tǒng)電耗，在運行中要綜合考慮。鑒于鍋爐運行飛灰、大渣含碳量均小于1%的情況，煤粉燃盡率較高，因此可以將磨煤機反饋轉速控制在40～45%之間。

3.3 磨煤機出力特性試驗

試驗過程中保持磨煤機煤粉分離器轉速、風量按習慣值進行設置，試驗在B磨和F磨上進行，改變B磨煤機出力為60t/h、80 t/h 和93t/h，改變F磨煤機出力分別為60t/h、80 t/h，測量制粉系統(tǒng)各參數(shù)，其目的為掌握磨煤機在不同出力時的運行性能。

在磨煤機習慣運行工況下，不同出力下煤粉細度普遍處于較高水平，隨著磨煤機出力的提高，煤粉細度變小，均勻性變好，因此，在磨煤機出力升高的情況下，可以維持較低的分離器反饋轉速;在磨煤機出力較低的情況下，因為要保證煤粉的攜帶，一次風量降低幅度有限，可以通過提高分離器轉速來改善煤粉細度和均勻性。調整前B磨最大出力只能達到 85t/h，調整后B磨最大出力能夠達到93t/h，在不堵磨得情況下，提高了B磨的最大出力。

3.4 磨煤機風量特性試驗

試驗過程中保持磨煤機出力在額定出力下運行，試驗在B、E磨上進行，保持磨煤粉分離器轉動反饋為40%不變，將磨煤機通風量分別設置為140t/h、160t/h、180t/h運行，測量制粉系統(tǒng)相關參數(shù)。

試驗結果表明，隨著一次風量的減少，B、E 磨得煤粉細度和均勻性得到改善，而隨著一次風量的增加，煤粉細度和均勻性變差，制粉電耗也有一定程度的增加。

3.5 制粉系統(tǒng)試驗結論及建議

通過對磨煤機一次風管風速、分離器轉速、出力特性、風量特性等相關測試和分析，得到以下結論和建議：

（1）對各磨出口8根一次風管風速進行了測量，并通過調節(jié)各臺磨煤機出口一次風管的可調縮孔，使各臺磨煤機一次風管速度偏差均在±5%范圍內。同時，建議電廠定期對各磨煤機出口一次風管風速進行調平。

（2）在習慣性運行工況下，各磨粉管細度嚴重偏粗，特別是分離器轉速在40%時，R200 值在2～7之間，R90在22～29之間，超過設計值R90=21，且隨著磨煤機出力的下降，煤粉細度有變粗的趨勢。

（3）通過制粉系統(tǒng)的調整能夠使得各磨R90控制在設計值R90=21以內，B磨煤機的最大出力從調整前的85t/h提高到93t/h。

（4）可以通過提高分離器轉速和適當降低一次風量來提高煤粉的均勻性和細度。當磨煤機在低出力工況下，可適當提高分離器轉速、減小一次風量來提高煤粉細度;當磨煤機在高出力工況下，可適當降低分離器轉速，保證磨煤機的穩(wěn)定運行。

4 燃燒優(yōu)化調整

燃燒調整試驗是為了解鍋爐的運行特性，確定鍋爐較佳的運行方式，保證鍋爐的安全、經濟運行，主要包括以下幾個調整試驗：

4.1 總風量調整試驗

氧量的確定主要取決于鍋爐燃燒的經濟性，氧量過大，使排煙熱損失增加;若過小，又會使未燃碳熱損失增加;排煙熱損失與未燃碳熱損失之和為最小時且鍋爐蒸汽參數(shù)達到額定值的安全運行氧量是鍋爐運行最合適的數(shù)值。變氧量試驗在1000MW、850MW和600MW負荷下進行。

（1）1050MW負荷運行氧量分別為2.48%、2.23%、2.06%，修正后鍋爐效率分別為94.02%、94.15%、92.24%，通常情況下氧量對鍋爐效率的影響主要體現(xiàn)在對灰渣可燃物含量的影響和排煙熱損失的影響，從100%額定負荷變氧量試驗結果看，降低運行氧量能夠大幅度降低排煙熱損失，降低氧量后，初期生成的NOx量也有所降低，但兼顧可燃氣體氣體未完全燃燒熱損失及爐內還原性氣氛的控制，推介運行氧量為 2.1-2.3%。

（2）850MW負荷運行氧量分別為3.03%、2.77%、2.52%，修正后鍋爐效率分別為94.02%、94.15%、94.24%，SCR入口NOx分別為270mg/Nm3、251mg/Nm3、239mg/Nm3，850MW負荷下適當?shù)慕档瓦\行氧量，有助于減小排煙熱損失，CO 濃度保持在較低的水平，但繼續(xù)降低氧量排煙溫度升高較多，排煙熱損失降低幅度有限，因此綜合考慮風量降低后對鍋爐效率和廠用電率的影響，推薦850MW負荷下運行氧量在2.5-2.7之間。

4.2 一次風量調整試驗

一次風速的大小，對燃燒著火影響較大。一次風速過高，推遲煤粉著火，引起燃燒效率下降;一次風速過低，一次風剛性變差，容易引起燃燒器噴嘴燒損和結焦。試驗進行時，保持爐膛出口氧量穩(wěn)定，調整一次風機擋板開度，改變一次風速，觀察一次風速對鍋爐主要參數(shù)及鍋爐熱效率的影響。該項試驗在100M 負荷下進行，共2個工況，鑒于制粉系統(tǒng)試驗一次風量偏高的情況，一次風量調整均為降低一次風量。

1050MW負荷運行一次風量分別為155t/h和150t/h，修正后鍋爐效率分別為94.30%、94.40%，SCR 入口NOx分別為231mg/Nm3、232mg/Nm3，CO濃度分別為258ppm、201ppm，說明適當一次風量（即風煤比）能夠減小燃燒器出口一次風的動量，提高煤粉的燃盡率和鍋爐效率，另外，降低一次風速對降低廠用電率也有明顯的效果。滿負荷工況下，推薦一次風速維持在145-155t/h，風煤比控制在1.78左右。

4.3 內外二次風量調整試驗

內二次風與一次風一起提供著火初期的氧氣，外二次風用來補充煤粉燃盡所需的空氣，使之完全燃燒。適當增加內二次風可以及時提供燃燒所需的氧氣，促進燃燒的進行、有利于 CO 濃度的降低，但是會造成排煙 NOx 增加，內二次風率過大且過早混入一次風中時，會影響到正常的著火和燃燒，會造成飛灰含碳量升高。

增加外二次風同時意味著降低其旋流強度，使得燃燒器回流區(qū)變窄、變長，并使得外二次風與煤粉氣流較早混合，這樣會造成著火燃燒位置距噴口的距離增加、噴口結焦減輕但燃燒推遲，但另一方面也會造成NOx生成濃度增加。降低外二次風量則會使其旋流強度增加、著火提前，但對控制噴口結焦不利。通過調節(jié)各個燃燒器的內外二次風旋流強度來調整各個燃燒器的火焰長度，從而來調整爐膛內著火位置和燃燒效率、NOx 生成濃度。

4.4 燃盡風調整試驗

燃盡風的設計是為降低 NOx 的生成、消除爐膛出口燃燒偏差以及保證燃燒后期的燃盡。燃盡風風量不宜過高，過高會影響主燃區(qū)域煤粉的燃盡率。變燃盡風試驗在100%額定負荷下進行。

1050MW負荷下進行2個變燃盡風量工況，燃盡風風門開度分別為100%、70%，修正后鍋爐效率分別為94.32%、94.45%，SCR入口NOx分別為218mg/Nm3、212mg/Nm3，CO濃度分別為378ppm、259ppm，排煙溫度分別為127.5℃、126.0℃。試驗結果表明，減小燃盡風風門開度后煤粉的燃盡率提高，鍋爐效率升高，排煙溫度有一定程度的降低，SCR入口NOx未增加，燃盡風風量降低后，提高了主燃區(qū)的風量，保證了主燃區(qū)煤粉的燃盡率，對降低排煙溫度也是有利的，因此建議在滿負荷運行中，在SCR入口NOx量在可控范圍內，可以將燃盡風風門的開度減小到 70%左右。

4.5 煤粉細度調整試驗

對于發(fā)電廠煤粉鍋爐來講，煤粉細度不但對運行經濟性影響較大，而且對鍋爐安全運行也是重要的影響因素，煤粉細度視煤種和具體的鍋爐結構而定，通過1050MW負荷下試驗來確定。1050MW負荷下進行2個變細度工況，分離器反饋轉速分別為40%、45%，修正后鍋爐效率分別為94.31%、94.43%，CO濃度分別為234ppm、129ppm，排煙溫度分別為128.2℃、126.7℃。試驗結果表明，滿負荷下提高煤粉細度能夠提高煤粉燃盡率，降低排煙溫度，提高鍋爐效率。

4.6 投磨方式調整試驗

不同的磨煤機組合方式對燃燒區(qū)域空氣分級效果、鍋爐效率、NOx 排放、熱負荷分布等都有一定影響，試驗在1000MW負荷進行，分別投運最上層的F和C 磨1050MW 負荷上層投運磨分別為 F 磨和C磨，修正后鍋爐效率分別為94.46%、94.40%，CO 濃度分別為74ppm、61ppm，SCR入口NOx分別為212mg/Nm3、195mg/Nm3，排煙溫度分別為 126.3℃、126.7℃。試驗結果表明，滿負荷下提高煤粉細度能夠提高煤粉燃盡率，降低排 煙溫度，提高鍋爐效率。

4.7 最佳運行方式調整試驗

試驗表明，習慣運行工況運行氧量在2.48%左右，一次風風量160t/h 以上，分離器轉速40%，經過調整后將氧量控制在2.30%左右，一次風量控制在150t/h左右，分離器轉速在40～45%，鍋爐效率從94.02%，提高到94.625%（兩個工況均值），效率提高0.605個百分點，折合供電煤耗降低約1.81g/kWh。同時，排煙溫度從132.5℃降低到126.6℃（兩個工況均值），降低5.9℃。 SCR入口NOx從247.0mg/Nm3降低到217.5mg/Nm3（兩個工況均值），降低29.5mg/Nm3。

5 調整前后成果

5.1 廠用電量變化情況

調整后，2臺一次風機電流減小27.65A，2臺送風機電流減小17.61A，5臺磨煤機電流增加18.84A，一次風機、送風機、磨煤機耗電功率降低245.9kW，總常用電量按32MW計，調整后廠用電率降低0.768%，折合供電煤耗降低約2.53g/kWh。

5.2 爐膛溫度偏差情況

調整后，前墻螺旋水冷壁壁溫偏差從24℃降低到19℃，降低5℃;后墻螺旋水冷壁壁溫偏差從32℃降低到24℃，降低8℃;前墻上部水冷壁壁溫偏差從27℃降低到21℃，降低6℃。調整后，前右屏過第9屏管間偏差從 30℃降低到22℃，降低8℃;前右屏過第11屏管間偏差從18℃降低到9℃，降低 9℃;后右屏過第10屏管間偏差57.9℃降低到 52℃，降低 5.9℃。

6、結語

1050MW超超臨界機組在保證鍋爐安全穩(wěn)定運行、CO生成濃度達標的基礎上，經過鍋爐燃燒調整優(yōu)化后，鍋爐的整體效率得到了很大提升，節(jié)能效果顯著，其中額定負荷時的鍋爐效率由94.020%提高至94.625%，效率提高0.605個百分點，折合供電煤耗降低約 1.81g/kWh;排煙溫度從132.5℃降低到126.6℃，降低5.9℃;SCR入口NOx由247.0mg/Nm3降至217.5mg/Nm3;一次風機、送風機、磨煤機總耗電功率降低245.9kW，廠用電率降低約0.768%，折合供電煤耗降低約2.53g/kWh;前后水冷壁溫度偏差降低6-8℃，屏間熱偏差降低8-21℃，同屏熱偏差降低5-9℃。通過鍋爐燃燒調整的不斷優(yōu)化，解決了1050MW超超臨界機組出現(xiàn)了諸多調試遺留問題，進一步提升了機組的安全效益與經濟效益。

7、參 考 文獻

[1]黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整[M].北京：中國電力出版社，2003

[2]王政允，孫保民，郭永紅，肖海平，劉欣，白濤. 330MW前墻燃燒煤粉鍋爐爐內溫度場的數(shù)值模擬及優(yōu)化[J]. 中國電機工程學報，2009，20：18-24.

作者簡介：常銀虎（1981.11—），男，工程碩士，從事發(fā)電廠運行技術管理工作，E-mail：xx100830@163.com