1036MW超超臨界機組鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化研究分析

華能臨沂發(fā)電有限有限公司 段傳洋

燃煤鍋爐運行階段會頻繁的調(diào)整煙氣氧量，波動幅度較大，適宜的氧量是鍋爐安全運行的重要基礎，在這樣的工況下煤粉著火過程才會更加穩(wěn)定，一方面確保了煤粉燃燒的充分性，另一方面也減少了飛灰與爐渣內(nèi)可燃物含量，對煙氣量的排放過程也能起到一定調(diào)控作用，降低鍋爐階段的熱損失，這是其獲得較高熱效率的重要基礎，還可能減少煙氣內(nèi)NOx 的排放量。怎樣在鍋爐設備運行階段為其配置最佳運行氧量，始終是業(yè)內(nèi)人員不斷研究的共同問題之一，過往主要采用兩種方法進程，一構(gòu)建數(shù)學模型，在遺傳算法等的協(xié)助下探尋到最優(yōu)解；二是對現(xiàn)場燃燒活動進行調(diào)整優(yōu)化試驗，經(jīng)縝密測算過程后確定最適宜運行氧量。

1 影響燃燒的主要因素

B 電廠4×1036MW 發(fā)電機組內(nèi)置超超臨界鍋爐為研究對象（G3000/26.15-111型），BHK 公司規(guī)劃設計本產(chǎn)品的性能。最大連續(xù)蒸發(fā)量3033t/h，燃燒器應用的是前后墻對沖分級式燃燒方法，整個鍋爐布置了48支燃燒器，68個燃盡風(SAP)噴口；在燃燒的不同時段中，燃燒起中的內(nèi)、外二次風被以此整合至爐膛內(nèi)，內(nèi)、次風分別是直流、旋流。

1.1 燃料的自身性質(zhì)

大部分工況下，燃料內(nèi)揮發(fā)分含量越高煤粉著火過程就越易發(fā)生，主要因為揮發(fā)組分為氣體可燃物，其著火溫度處于較低水平，故而當其在燃料內(nèi)所占比重較大時煤粉越容易燃燒、燃燒過程越穩(wěn)定，不完全燃燒的損失率也相應降低[1]。在燃燒過程中原煤灰分會吸熱，如果將高灰分的劣質(zhì)煤添加至鍋爐內(nèi)時，鑒于燃料自身發(fā)熱量較低，增加了燃料的耗用量，燃燒過程中存有較多灰分時會吸收掉更多熱量，造成爐膛中煙氣溫度下降，使煤粉氣流著火過程遲緩進行，也對著火穩(wěn)定性形成不良影響。

1.2 煤粉細度

這是影響煤粉氣流著火溫度的主要因素之一，煤粉越細著火過程就越容易進行。這主要是在煤粉濃度相同的工況下，煤粉越細參與燃燒過程的表面積就越大，煤粉自身的熱阻有不斷跌落趨勢，加熱工序推進時溫度快速上升誘導揮發(fā)分析出過程，燃燒活動快速推進，有助于短縮燃燒時間，提升燃料的完全燃燒率。

1.3 一次風的風量、風速、風溫

在正常工況下，若降低風粉混合物的一次風量則等同提升了煤粉自身的濃度，降低其著火熱；也能在等同的煙氣回流量條件下誘導煤粉快速抵達更高溫度，故而加快著火進程，對煤粉著火與燃燒過程均是有一定助益的。如果一次風量偏低，則可能造成煤粉著火早期不能獲得充足的氧氣，反應遲緩進行，對爐膛內(nèi)燃料著火范疇的拓展不能起到促進作用。故而，對于某個煤種而言，其擁有一次風率的最適值，一次風量具體大小應以符合揮發(fā)分的燃燒為基準。

一次風速也影響著火過程，偏高時會降低煤粉氣流的加熱速率、使著火點后移，不利于維持燃燒過程的平穩(wěn)性，且不能確保煤粉燃燒的完全性；過低時會增加一次風管被堵塞的概率且著火明顯前移，部分情境下可能會燒損燃燒器[2]。著火速度快慢和一次風溫高低之間存在正相關(guān)性，但鍋爐內(nèi)燃燒的是高揮發(fā)分煤種時，此時若提供過高的一次風溫，可能會因著火點和燃燒器噴口相距過近而引起較多結(jié)渣或?qū)娙计髟斐刹煌潭葻龘p等情況。

2 燃燒系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化試驗

2.1 燃盡風量

該試驗在1000MW 負荷下展開，試驗階段要維持制粉系統(tǒng)、燃燒器主要運行參數(shù)的穩(wěn)定性，只調(diào)整燃盡風風箱擋板的張開度，調(diào)整燃盡風、主燃燒區(qū)風量配置比例，觀測燃盡風風量大小。本試驗于1000MW 負荷工況下保持大概3.2%時分別進行了三種不同工況，各工況前/后墻燃盡風擋板開度(A/B)依次是48/47/49/46%、60/60/61/61%、79/78/79/78%。

統(tǒng)計實驗結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)在以上三種工況下主蒸汽溫度依次是60.1、599.9、599.6℃，過熱器減溫水流量204、102、182t/h；再熱蒸汽溫度598.2、600.1、601.1℃，再熱器總的減溫水流量17.3、17.5、17.2；經(jīng)修正后的排煙溫度依次是129.4、130.2、130.3℃，干煙氣熱損失率4.557、4.584、4.610；飛灰內(nèi)碳含量2.4、3.1、1.7%。

系統(tǒng)分析以上實驗所得數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，燃盡風量大小對汽溫特性會形成十分明顯的影響。在直流鍋爐運行階段，在煤水比恒定的工況下，火焰中心向上移位水冷壁加熱段相應延長，過熱段縮小過熱汽溫稍稍下降；反過來過熱汽會有所升高。而抬高火焰中心抬高時，爐膛出口溫度值隨即上升，再熱器吸收更多的熱量，再熱汽溫提高；反過來，再熱器對熱量的吸收量減少，再熱汽溫也有跌落。如果要維持過熱汽溫恒定，也需再度調(diào)整煤水比或減溫水量指標，利用煙氣擋板調(diào)整再熱汽溫。

縱觀本實驗研究過程，在燃盡風開大以后，因火焰中心上移，過熱汽溫短時間內(nèi)降低，壁溫同步下降，在確認煤水比、減溫水調(diào)整過程平穩(wěn)以后壁溫回升。把以上這種特性設定成暫時降低壁溫的可行方法之一，整改以后方可關(guān)小燃盡風擋板[3]。通過比較后發(fā)現(xiàn)，鍋爐運轉(zhuǎn)階段A、B 兩側(cè)屏過、高過管溫整體傾向于A 側(cè)較高，屏過形成的偏差相對較大，鑒于以上情況單獨調(diào)整了A、B 側(cè)燃盡風擋板，依次開到70%、40%以后管壁溫度趨于穩(wěn)定狀態(tài)。綜合以上實驗結(jié)果，推薦把1000W、750MW 負荷燃盡風擋板分別開到40%、25%左右，600MW 之下負荷要全關(guān)，若過熱器溫差過大，則建議適度調(diào)大壁溫高相對較高的那一側(cè)燃盡風。

2.2 磨煤機出口溫度

本試驗中保持磨煤機風量、燃燒系統(tǒng)主要參數(shù)恒定，只將磨煤機出口溫度作為變量，觀測該變量對鍋爐運行成本形成的影響。試驗階段具體是在1000MW 負荷下應用ABDEF 四臺磨煤機，將空預器進口氧量維持在2.9%上下，共計進行2個工況，2個工況中分別設定磨煤機出口溫度60、70℃。

在以上2種工況下，發(fā)現(xiàn)提升磨煤機出口溫度后火焰中心下移，過熱汽溫均有提升，再熱汽溫下降。建議指派人工去提升水煤比、減溫水量，保持適宜的過熱汽溫，適度降低過熱器壁溫。鍋爐設備在現(xiàn)實運轉(zhuǎn)時，通過控制、調(diào)節(jié)磨煤機出口溫度，其目的主要是規(guī)避發(fā)生制粉系統(tǒng)炸裂的情況。一定的氧量、高溫條件及濃度較高的揮發(fā)分可燃物是系統(tǒng)爆炸的基本條件，現(xiàn)實運轉(zhuǎn)階段煤粉始終處于流動狀態(tài)，只要無氣流死角造成較多的可燃物聚集時，爆炸事件的發(fā)生率會相應降低[4]。結(jié)合本調(diào)整優(yōu)化試驗中統(tǒng)計到的主蒸汽溫度、過熱器的減溫水流量、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、干煙氣熱損失率等，建議將磨煤機出口溫度調(diào)控在68～70℃范圍中，并確保風溫≤280℃。啟動、暫停磨煤機過程中要濕度延長吹掃時間并適時降低出口溫度。

2.3 煤粉細度

在本實驗中需維持磨煤機出力、風量等參數(shù)不變，只調(diào)整旋轉(zhuǎn)分離器的運轉(zhuǎn)速度，借此方式整改煤粉細度指標，主要觀測煤粉細度對飛灰內(nèi)碳含量形成的影響。在1000MW 負荷下進行，選擇處于運行狀態(tài)中4臺ABDEF 磨煤機，維持空預器進口氧量2.9%上下，分別進行了三個工況，三個工況磨煤機內(nèi)分離器轉(zhuǎn)速依次是700、800、900rpm。

統(tǒng)計本實驗中所得結(jié)果后不難發(fā)現(xiàn)，在分離器轉(zhuǎn)速調(diào)整區(qū)間中（700～900rpm），伴隨分離器轉(zhuǎn)速增加，飛灰內(nèi)碳含量有降低的趨勢、但減少幅度并不顯著。這主要是由于在以上轉(zhuǎn)速范疇中，采用增加分離器轉(zhuǎn)速的方法后煤粉細度降低幅度不大。鑒于膛容積熱負荷整體偏低的實際狀況，鍋爐正常運轉(zhuǎn)氧量下高負荷相比較，低負荷工況下飛灰內(nèi)碳含量相對較高，爐膛溫度對飛灰內(nèi)碳含量多少表現(xiàn)出較高的敏感性[5]。鍋爐爐膛運行氧量增多時，飛灰內(nèi)碳含量稍有降低，但當氧量增加至一定水平后其對飛灰內(nèi)碳含量基本不會再形成影響，故而減小煤粉細度是降低飛灰內(nèi)碳含量的有效方法之一。當下國產(chǎn)分離器皮帶轉(zhuǎn)速提升較大，故而應盡早更換運行更加安穩(wěn)、可靠的皮帶以降低煤粉細度。為確保煤粉細度長時間處于安穩(wěn)運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，綜合試驗結(jié)果，建議在各臺磨煤機出力達到80t/h 左右時將煤粉細度R90調(diào)控在26～30%范圍中。

綜上，采用調(diào)整優(yōu)化措施后經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)1000 MW 負荷鍋爐效率在94.0%以上，最高能達到95.1%，明顯超出了鍋爐的設計熱效率。通過比較調(diào)整優(yōu)化前后過熱器壁溫，不難發(fā)現(xiàn)經(jīng)調(diào)整以后鍋爐的運行狀態(tài)明顯改善。為進一步減少飛灰內(nèi)碳含量，提升鍋爐燃燒過程中的節(jié)能、減排效果，后續(xù)研究中相關(guān)人員應探究是否可基于運行調(diào)整過程進一步降低煤粉細度的問題，使鍋爐燃燒效率更上一層樓。