600 MW燃煤機(jī)組燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究

(中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司大唐華中電力試驗(yàn)研究院,鄭州 450000)

0 引 言

隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷提高，燃煤電站需對(duì)燃燒器進(jìn)行低氮改造滿足環(huán)保要求，改造后往往會(huì)導(dǎo)致鍋爐燃燒上存在一定問題。旋流對(duì)沖鍋爐由于燃燒器結(jié)構(gòu)和布置方式的局限性，低氮燃燒器改造后，容易出現(xiàn)燃燒擾動(dòng)差，尾部CO濃度高的問題。由于燃燒滯后導(dǎo)致高負(fù)荷下爐膛氧量分布不均，減溫水量大，影響機(jī)組升降負(fù)荷的問題[1-2]。電廠為了控制成本，采購(gòu)低成本的煤進(jìn)行摻燒，偏離設(shè)計(jì)煤質(zhì)范圍，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定，超溫等問題[3]。由于配風(fēng)方式的不合理，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性差，易引起鍋爐滅火的風(fēng)險(xiǎn)[4]。通過數(shù)值模擬技術(shù)手段，對(duì)不同爐型燃燒器布置進(jìn)行模擬分析，得到煤質(zhì)燃燒時(shí)爐內(nèi)流場(chǎng)及顆粒場(chǎng)的分布[5]。針對(duì)爐膛燃燒時(shí)，爐內(nèi)氧量分布不均，飛灰含碳量高，壁溫超溫和高溫腐蝕等問題，通過優(yōu)化配風(fēng)可有效解決[6-10]。文中結(jié)合600 MW對(duì)沖燃燒鍋爐目前存在的問題，通過煤粉細(xì)度、配風(fēng)方式、運(yùn)行氧量等方面進(jìn)行了有效調(diào)整，對(duì)同類型的機(jī)組具有一定的參考意義。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

某電廠鍋爐為超臨界壓力燃煤變壓直流鍋爐，一次再熱，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)、露天布置，鍋爐型號(hào)為HG-1900/25.4-YM4。爐膛為單爐膛，斷面尺寸22.18 m×15.63 m，最大連續(xù)蒸發(fā)量1 890 t/h，過熱器蒸汽出口溫度571 ℃，再熱器蒸汽出口溫度569 ℃，給水溫度283.4 ℃。燃燒器上排一次風(fēng)噴嘴中心線到屏式過熱器底部(為19.374 m)、下排一次風(fēng)噴嘴中心線到冷灰斗彎管處(為3.007 m)。采用水冷壁讓管加強(qiáng)喉口冷卻，并采用高導(dǎo)熱性的、光滑的碳化硅磚敷設(shè)喉口表面，以降低燃燒器喉部耐火層表面溫度，抑制燃燒器區(qū)域的結(jié)焦。

制粉系統(tǒng)采用中速磨煤機(jī)正壓直吹冷一次風(fēng)方式，每爐配6臺(tái)HP1003型磨煤機(jī)，設(shè)計(jì)5臺(tái)運(yùn)行可滿足BMCR工況出力。每臺(tái)磨煤機(jī)出口5根輸粉管對(duì)應(yīng)一層煤粉燃燒器，6臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)前后墻各3層燃燒器(前墻：上-D，中-C，下-E；后墻：上-A，中-F，下-B)。

2 運(yùn)行中存在的問題

在600 MW和480 MW下進(jìn)行了原始工況試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1-2所示。

圖1 不同工況下空預(yù)器進(jìn)口氧量分布

圖2 不同工況下空預(yù)器進(jìn)口一氧化碳分布

由圖1和2可知，在600 MW負(fù)荷工況下，空預(yù)器入口A側(cè)氧量分布由A1測(cè)點(diǎn)到A8測(cè)點(diǎn)呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，CO濃度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)。與B側(cè)分布相比，A側(cè)氧量分布存在嚴(yán)重偏差，導(dǎo)致A側(cè)飛灰可燃物含量明顯高于B側(cè)。在480 MW負(fù)荷工況下，空預(yù)器入口A、B側(cè)氧量分布相對(duì)一致，呈現(xiàn)“兩頭高，中間低”的現(xiàn)象，空預(yù)器入口A、B側(cè)CO濃度分布都較低，A側(cè)相比B側(cè)而言相對(duì)偏高。

通過原始工況試驗(yàn)和機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，目前該機(jī)組主要存在以下問題：(1)在高負(fù)荷工況下，存在燃燒偏差。A側(cè)氧量偏差尤其明顯，導(dǎo)致A側(cè)CO濃度、飛灰可燃物含量明顯偏高，A/B側(cè)屏過出口過熱蒸汽的汽溫偏差較大。在低負(fù)荷工況下，由于配風(fēng)方式和煤質(zhì)原因，導(dǎo)致A/B側(cè)屏過出口過熱蒸汽的汽溫均較高。(2)配煤摻燒方式不固定，導(dǎo)致灰渣可燃物含量在不同時(shí)段，偏差較大。在中負(fù)荷原始工況下，空預(yù)器出口CO濃度較小的情況下，灰渣可燃物含量比高負(fù)荷時(shí)偏高。針對(duì)以上問題必須進(jìn)行燃燒優(yōu)化調(diào)整。

3 燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

3.1 煤質(zhì)分析

3.1.1 與設(shè)計(jì)煤質(zhì)對(duì)比

在燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)期間，對(duì)入爐煤質(zhì)和設(shè)計(jì)煤質(zhì)進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 入爐煤和設(shè)計(jì)煤質(zhì)對(duì)比結(jié)果

實(shí)際入爐煤質(zhì)具有高揮發(fā)分、高水分和低熱值的屬性，傾向于褐煤特性，與設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性相差較大。

3.1.2 摻配方式

該爐在配煤方式中摻混了高熱值、不易磨的同友煤，同友煤一般通過中上層燃燒器進(jìn)入爐膛。在高負(fù)荷工況下，不同摻配方式下飛灰爐渣含碳量的變化見表2。

表2 不同摻配方式下飛灰爐渣含碳量變化

在高負(fù)荷下，同友煤通過前后墻上層燃燒器進(jìn)入爐膛，在配風(fēng)方式基本一致的情況下，與方式1相比，飛灰可燃物含量較大。該現(xiàn)象的原因與磨煤機(jī)粉管中粉量的分布、配風(fēng)方式有一定關(guān)系，但主要原因是由于電廠來煤中不同煤種的煤質(zhì)特性存在較大差別，不能保證煤質(zhì)特性差別大的煤種固定在某臺(tái)磨煤機(jī)，導(dǎo)致煤粉細(xì)度不能維持在合理的范圍內(nèi)。

3.2 煤粉細(xì)度調(diào)整

3.2.1 煤粉細(xì)度及粉量偏差測(cè)試

在磨煤機(jī)常用出力下，對(duì)各臺(tái)磨煤機(jī)進(jìn)行了煤粉細(xì)度和粉量偏差測(cè)試，粉量偏差測(cè)試結(jié)果如圖3-4所示，煤粉細(xì)度測(cè)試結(jié)果見表3。

圖3 前墻各磨煤機(jī)粉量偏差分布

圖4 后墻各磨煤機(jī)粉量偏差分布

表3 各臺(tái)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度

A/D/E磨煤機(jī)粉管總體上呈現(xiàn)1號(hào)粉管和5號(hào)粉管粉量較其他粉管粉量偏大，且1號(hào)粉管粉量在各粉管中粉量最大；C磨煤機(jī)中2號(hào)粉管和4號(hào)粉管中粉量較其他粉管的粉量偏大，且2/4號(hào)粉管中粉量基本相當(dāng)；F磨煤機(jī)中1/3號(hào)粉管粉量較其他粉管粉量明顯偏大，且1號(hào)粉管中粉量最大；B磨煤機(jī)中2號(hào)粉管粉量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他粉管粉量。

3.2.2 煤粉細(xì)度調(diào)整

針對(duì)B磨煤機(jī)出現(xiàn)的粉量偏差大及煤粉細(xì)度偏粗的情況，對(duì)B磨煤機(jī)分離器擋板進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后的B磨煤機(jī)煤粉細(xì)度測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 B磨煤機(jī)調(diào)整前后煤粉細(xì)度R90對(duì)比

通過調(diào)整B磨煤機(jī)分離器擋板開度后，B磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度R90由22%降到了14.58%，B磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度的均勻性明顯改善。

3.3 配風(fēng)方式調(diào)整

3.3.1 屏過汽溫偏差調(diào)整

由于該機(jī)組在高負(fù)荷工況下，A/B側(cè)屏過出口過熱蒸汽的汽溫偏差較大，因此根據(jù)該爐磨煤機(jī)粉管粉量的分布情況，進(jìn)行了主燃區(qū)二次風(fēng)、燃盡風(fēng)配風(fēng)及燃燒器噴口各手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的優(yōu)化調(diào)整，在高負(fù)荷工況下，由于A/B側(cè)氧量偏差較大，通過調(diào)整主燃區(qū)和燃盡風(fēng)的手動(dòng)風(fēng)門，逐漸改變A側(cè)氧量，并觀察工況1、工況2、工況3和工況4穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)A/B側(cè)屏過出入口的汽溫變化，屏過汽溫偏差調(diào)整結(jié)果見表5。

表5 屏過汽溫偏差調(diào)整結(jié)果對(duì)比

在高負(fù)荷工況下，通過逐漸提高A側(cè)氧量，在工況3下A側(cè)氧量大于B側(cè)氧量低過出口A/B側(cè)汽溫偏差為14.1 ℃，屏過出口A/B側(cè)汽溫偏差已得到明顯改善，當(dāng)逐漸增加A側(cè)氧量時(shí)，屏過出口A/B側(cè)的汽溫偏差已明顯減小，在工況3下A側(cè)屏過出口汽溫已高于B側(cè)，但過熱器一級(jí)減溫水量卻是最高的，因此根據(jù)工況1、工況2、工況3調(diào)整后的特點(diǎn)，對(duì)前后墻燃盡風(fēng)進(jìn)行了進(jìn)一步調(diào)整，得到優(yōu)化工況4。在A/B側(cè)氧量基本一致下，低過出口A/B側(cè)汽溫偏差為3.7 ℃，屏過出口A/B側(cè)汽溫偏差為4.4 ℃。

3.3.2 CO濃度偏差調(diào)整

通過原始工況試驗(yàn)和屏過汽溫偏差調(diào)整，該現(xiàn)象在高負(fù)荷工況下發(fā)生，因此在調(diào)整屏過汽溫偏差的同時(shí)，對(duì)運(yùn)行氧量、一氧化碳濃度的偏差進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整、優(yōu)化調(diào)整前后空預(yù)器進(jìn)口氧量、CO濃度分布對(duì)比如圖5所示。

圖5 高負(fù)荷下調(diào)整前后O2、CO濃度分布對(duì)比

通過燃燒優(yōu)化調(diào)整后，有效地解決了鍋爐左右側(cè)燃燒偏燒及空預(yù)器進(jìn)口O2分布不均勻問題。有效地解決了鍋爐左右側(cè)燃燒偏燒的問題。

3.3 變氧量試驗(yàn)

運(yùn)行氧量的變化直接影響著爐膛燃燒狀態(tài)，氧量過大，使排煙熱損失增加，脫硝入口NOX濃度升高。若氧量過小，又會(huì)使不完全燃燒熱損失增加。同時(shí)，運(yùn)行氧量的降低可以顯著降低NOx的濃度。通過變氧量工況試驗(yàn)尋求合適的運(yùn)行氧量，兼顧鍋爐的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo)。

圖6 高負(fù)荷下運(yùn)行氧量對(duì)鍋爐效率的影響

由于氧量提高后，爐膛火焰中心上移，煙氣量增加，再熱器的吸熱量隨之增加，導(dǎo)致再熱器減溫水量增加。當(dāng)爐膛氧量提高后，飛灰可燃物含量會(huì)有所降低，但當(dāng)繼續(xù)提高氧量后，灰渣可燃物含量并沒有繼續(xù)降低，反而會(huì)升高，主要是因?yàn)楫?dāng)氧量繼續(xù)增加后，會(huì)導(dǎo)致煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間變短，影響燃料的完全燃燒。根據(jù)高負(fù)荷工況下變氧量試驗(yàn)結(jié)果，在試驗(yàn)煤種下，空預(yù)器進(jìn)口氧量建議維持在3.0%左右，即過量空氣系數(shù)為1.17。

4 結(jié)束語(yǔ)

在燃燒調(diào)整試驗(yàn)過程中，發(fā)現(xiàn)灰渣可燃物含量在同一負(fù)荷下，不同時(shí)間段內(nèi)忽高忽低，這是由于上煤方式具有一定的隨機(jī)性，導(dǎo)致磨煤機(jī)不能根據(jù)來煤煤質(zhì)特性的差異進(jìn)行有效調(diào)整。因此建議針對(duì)個(gè)別煤質(zhì)特性差異大的煤種，采用固定磨煤機(jī)的上煤方式，通過調(diào)整磨煤機(jī)的折向擋板開度等手段，使其維持合適的煤粉細(xì)度，可有效改善爐膛燃燒。

通過制粉系統(tǒng)粉量和煤粉細(xì)度測(cè)試，磨煤機(jī)粉管粉量偏差偏大，煤粉細(xì)度分布不均勻，尤其是B磨煤機(jī)。通過調(diào)整B磨煤機(jī)折向擋板開度，煤粉細(xì)度R90由22%降到了12.58%。

根據(jù)原始工況試驗(yàn)結(jié)果及磨煤機(jī)煤粉細(xì)度調(diào)整，進(jìn)行了主燃區(qū)二次風(fēng)、燃盡風(fēng)及燃燒器噴口各手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的調(diào)整，調(diào)整后高負(fù)荷工況屏過出口A/B側(cè)汽溫偏差由28.4℃降低為4.4 ℃，同時(shí)一級(jí)減溫水量降低72 t/h，對(duì)防止壁溫超溫和爐膛結(jié)渣起到積極作用。

根據(jù)屏過出口汽溫偏差調(diào)整結(jié)果，對(duì)鍋爐運(yùn)行氧量和CO濃度分布同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，優(yōu)化后空預(yù)器進(jìn)口氧量A側(cè)為3.03%，B側(cè)為3.04%，兩側(cè)基本一致，氧量分布比較均勻，空預(yù)器進(jìn)口CO濃度A側(cè)由1924.2 ppm降低到80.3 ppm，已有明顯的改善，有效地解決了鍋爐左右側(cè)燃燒偏燒和O2分布不均勻問題。

根據(jù)高負(fù)荷工況下變氧量試驗(yàn)結(jié)果，在試驗(yàn)煤種下，空預(yù)器進(jìn)口氧量建議維持在3.0%左右，即過量空氣系數(shù)為1.17。