爐內(nèi)CO測量在降低飛灰含碳量中的應(yīng)用

王曉華 黃 海 艾俊清

（1．湖北華電襄陽發(fā)電有限公司，湖北 襄陽 441141；2．湖北威斯玻爾電力技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430040）

0 前言

在電煤價格高企的情況下，火電廠的盈利能力越來越困難，因此向內(nèi)挖掘潛力的要求越來越高，影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性較大的1 個指標(biāo)就是飛灰含碳量，飛灰含碳量每上升1%，煤耗就上升1.33 g/kW·h[3]。因此，降低飛灰含碳量對鍋爐經(jīng)濟(jì)運(yùn)行來說，是重中之重。而在低氮改造后，較多鍋爐都存在飛灰含碳量增大的現(xiàn)象。在降低飛灰含碳量后，脫硝入口NOx 值又大幅度超標(biāo)，如何既能保證脫硝入口NOx 不超標(biāo)，又能保證飛灰含碳量不大幅度上升，是很多電廠亟待解決的問題。該文通過對四角切圓鍋爐爐內(nèi)水冷壁各區(qū)域煙氣中CO 含量的測量和煙氣中CO 濃度值與燃燒強(qiáng)度的對應(yīng)關(guān)系，來確定各燃燒層的燃燒狀況，并通過調(diào)整，達(dá)到鍋爐在保證脫硝入口NOx 值的前提下，最大限度地降低飛灰含碳量的目的。

1 飛灰含碳量對鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響

飛灰含碳量每上升1%，煤耗就上升1.33 g/kW·h。

2 影響飛灰含碳量的因素

飛灰含碳量上升一般包括3 個方面的原因。

2.1 設(shè)備的因素

爐膛高度越低，燃燒器高寬比越小，煤粉在爐內(nèi)停留的時間越短，燃燼率越低，飛灰含碳量越大[1]。

2.2 煤的因素

發(fā)熱量、揮發(fā)分越低，飛灰含碳量越高；灰分、水分、煤粉細(xì)度越高，飛灰含碳量越高。

2.3 運(yùn)行方式的因素

制粉系統(tǒng)或給粉機(jī)投運(yùn)方式、二次風(fēng)配風(fēng)方式、二次風(fēng)剛性、二次風(fēng)溫、一次風(fēng)粉溫度、一次風(fēng)速、氧量和爐膛漏風(fēng)等都與飛灰含碳量密切相關(guān)。

在進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整時，所有的降低飛灰含碳量的方法都是為了使火焰中心盡量下移，使煤粉在爐膛停留時間更長，使煤粉燃燒得更完全，然而爐內(nèi)每只燃燒器的燃燒、每層的燃燒狀況到底是什么樣的，當(dāng)前的運(yùn)行監(jiān)控手段卻是缺失的，沒有實時的數(shù)據(jù)可以作為燃燒調(diào)整的目標(biāo)值。

研究發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)燃燒在大多數(shù)情況下，并不是所有的燃燒器燃燒不好，燃燼率偏低，只是部分燃燒器存在燃燼率偏低的問題，尤其是在低氮改造后，爐內(nèi)燃燒必須分為欠氧燃燒區(qū)域和富氧燃燒2 個區(qū)域，而由于對爐內(nèi)燃燒器燃燒監(jiān)測手段的缺失，運(yùn)行人員的調(diào)整只能依靠燃燒的最終結(jié)果參數(shù)，例如氧量、主汽溫度和主汽壓力等來調(diào)整，往往出現(xiàn)的結(jié)果是在保證鍋爐脫硝入口NOx 值的前提下，要么只能通過增加燃料量來增強(qiáng)整體的燃燒出力，要么是通過風(fēng)粉的調(diào)整，增強(qiáng)了部分燃燒器的燃燒效果，同時又會影響部分燃燒器的燃燒效果，并不能有效地降低飛灰含碳量，或者降低飛灰含碳量后，脫硝入口NOx 大幅上升[2]。

隨著科技的發(fā)展，爐內(nèi)CO 在線監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)很好地解決了這個問題，研究表明，四角切圓鍋爐爐內(nèi)水冷壁各燃燒層附件區(qū)域煙氣中的CO 含量值是與燃燒強(qiáng)度具有對應(yīng)關(guān)系的，且沿爐膛高度，因為爐溫及燃燒程度的設(shè)計不同，各層的CO 也有較大的區(qū)別，根據(jù)這一原理，我們在鍋爐水冷壁每一層燃燒區(qū)域的燃燒器向火側(cè)特定位置裝設(shè)爐內(nèi)CO 在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測每一層各測點(diǎn)的CO 值，就可以得出該燃燒器的燃燒強(qiáng)度，并通過對單個燃燒器的精準(zhǔn)調(diào)整，使每個燃燒器在其燃燒設(shè)計范圍內(nèi)能充分燃燒，保證在鍋爐脫硝入口NOx 不超標(biāo)的前提下，最大限度地降低飛灰含碳量。

3 某電廠640 MW 鍋爐基于爐內(nèi)CO在線測量降低飛灰含碳量實例

某電廠#5機(jī)組640 MW超臨界機(jī)組鍋爐為上海鍋爐廠引進(jìn)技術(shù)制造的國產(chǎn)超臨界參數(shù)、變壓運(yùn)行、螺旋管圈直流鍋爐，單爐膛、一次中間再熱、四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊П 型結(jié)構(gòu)、露天布置的燃煤鍋爐。制粉系統(tǒng)為6 臺中速直吹磨，五運(yùn)一備。其煤粉細(xì)度、熱一、二次風(fēng)溫均在設(shè)計范圍內(nèi)，我們在鍋爐B/D/F 層各裝設(shè)了爐內(nèi)CO 在線監(jiān)測系統(tǒng)，由于經(jīng)濟(jì)預(yù)算的原因，在A/C/E/SOFAB層開了爐內(nèi)CO 在線測量孔以備后期測量，保證爐內(nèi)各層CO數(shù)據(jù)的完整。

在根據(jù)CO 值調(diào)整之前，測得的數(shù)據(jù)見表1。

表1 調(diào)整之前的各項參數(shù)

從表1 可以看出，C/D 層欠氧燃燒較大，燃燼率較低，火焰中心上移至E/F 層，在E/F 層燃燒劇烈，由于火焰中心上移到頂層，煤粉在爐內(nèi)停留時間過短，導(dǎo)致燃燼率偏低，飛灰含碳量偏大。

以CO 值為調(diào)整目標(biāo)，經(jīng)過對配風(fēng)、各層燃燒器出力進(jìn)行調(diào)整后，測得的數(shù)據(jù)見表2。

表2 調(diào)整之后的各項參數(shù)

從表2 可以看出，經(jīng)過有針對性的優(yōu)化調(diào)整后，在脫硝入口NOx 值不升高的前提下（由于數(shù)據(jù)波動的因素，我們不認(rèn)為Box 值下降了），下層的燃燒被有限加強(qiáng)了，火焰中心移到了D/E 層，且燃燒不再因為下層燃燼率偏低而集中劇烈，因此既保證了NOx 值，又有效地降低了飛灰含碳量。

4 結(jié)論

影響飛灰含碳量的因素較多，降低煤粉細(xì)度、提高熱風(fēng)溫度、強(qiáng)化燃燒、降低火焰中心高度等都是有效的手段，但是在低氮改造后，常規(guī)手段由于受脫硝入口NOx 值的限制，往往收不到較好的效果，飛灰含碳量偏高成為一些電廠影響鍋爐經(jīng)濟(jì)性的1 個痛點(diǎn)，究其原因，大多數(shù)都是因為基于低氮設(shè)計對爐內(nèi)燃燒分級的要求，而爐內(nèi)燃燒缺乏精準(zhǔn)的監(jiān)測手段，對分級燃燒中各層燃燒的把控不夠，對各層燃燒器的出力與配風(fēng)不能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，一些燃燒層燃燼率偏低、火焰中心上移，導(dǎo)致飛灰含碳量上升。對于四角切圓鍋爐，在使用了爐內(nèi)CO 在線監(jiān)測系統(tǒng)后，我們能根據(jù)爐膛燃燒器層水冷壁附近區(qū)域煙氣中CO的含量值，準(zhǔn)確地監(jiān)測到該燃燒器層的燃燒強(qiáng)度，從而能在保證脫硝入口NOx 值的前提下，對各層燃燒精準(zhǔn)調(diào)整，盡可能地提高各層的燃燼率，降低爐膛火焰中心，從而有效地降低飛灰含碳量，提高鍋爐效率，提升鍋爐經(jīng)濟(jì)性。