1000MW燃煤機組鍋爐燃燒優(yōu)化精準調整技術研究

華電萊州發(fā)電有限公司 張建立 曹子飛

華電萊州發(fā)電有限公司2號1000MW 機組為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG3000/26.15-II 1型高效超超臨界參數(shù)變壓直流鍋爐，采用單爐膛、一次中間再熱、平衡通風、運轉層以上露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊結構P 型鍋爐。設計煤種為活雞兔礦、補連塔煤礦煤，校核煤種為神府和晉北混煤。制粉系統(tǒng)采用冷一次風正壓直吹式，配有6臺中速輥式ZGM133G 型磨煤機。鍋爐設有兩臺50%容量的動葉可調軸流式一次風機，提供一次冷、熱輸送煤粉，采用兩臺動葉可調引風機和兩臺動葉可調送風機。為配套該機組某智能燃燒系統(tǒng)，為該系統(tǒng)提供真實的、可靠的鍋爐優(yōu)化參數(shù)樣本，開展鍋爐燃燒優(yōu)化精準調整試驗研究。

1 試驗內容及測試方法

1.1 試驗內容

制粉系統(tǒng)熱態(tài)試驗是在具有代表性的磨上進行分離器轉速特性、磨出力特性、風量特性、加載力特性和最大、最小處理試驗，根據(jù)代表磨的全特性結果對其他磨進行校核；鍋爐燃燒調整試驗是在電廠習慣運行工況基礎上進行送風量調整、一次風量調整、燃盡風調整、二次風配風調整等試驗，已提高鍋爐運行的安全性及經(jīng)濟性。

1.2 制粉系統(tǒng)試驗

煤粉取樣：采用多點等速煤粉取樣裝置，通過磨煤機出口每根粉管上安裝的取樣點，調節(jié)抽氣負壓以獲得具有代表性的煤粉樣品，并進行篩分獲得煤粉細度（R200、R90和R75）；煤粉均勻性指數(shù)（n）：反應煤粉顆粒度組成的指標，其值越大說明煤粉顆粒組成越均勻，越有利于煤粉顆粒在爐內燃燒，其可按照下式計算：。

粉管風量：用經(jīng)過標定的靠背管測量各粉管的風粉混合物動壓Phdi，可得到各粉管內風粉混合物的流速，按下式計算：，式中ρ 為氣流密度、kg/m3，khdi為冷態(tài)標定的該粉管靠背管系數(shù)；磨煤機功率：試驗中采用下式來估算磨煤機功率，僅用于工況間的相對比較。，式中P為磨煤機功率、kW，k 為磨煤機電機功率因數(shù)、由磨煤機電機銘牌查取，U 為磨煤機電機電壓、6kV，I 為磨煤機電流、A。其他參數(shù)如磨煤機進、出口溫度、熱風門開度、冷風門開度等直接由DCS 獲得。

1.3 燃燒系統(tǒng)試驗

煙氣成分測試：在空預器出、入口的左、右兩側煙道上采用網(wǎng)格法分別抽取煙氣樣品，經(jīng)過煙氣前處理箱進行除水、除灰處理，隨后進入煙氣分析儀中分析O2和NOx 濃度；原煤取樣：在給煤機上方落煤管上對原煤進行取樣并對其進行煤質分析，主要包括工業(yè)分析、元素分析和發(fā)熱量分析；灰渣取樣：采用飛灰取樣裝置采集飛灰樣品，在干渣機排放口處接取大渣樣品，采集的飛灰和大渣樣品進行可燃物含量分析；鍋爐熱效率：鍋爐熱效率計算按照國家標準《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》（GB 10184-2015）規(guī)定的反平衡法。

2 試驗結果

2.1 制粉系統(tǒng)試驗結果

分離器轉速特性試驗結果：分離器轉速特性試驗在某臺磨上進行，磨煤機出力為60t/h，表盤風量為120t/h，分離器轉速分別調整至65r/min、55r/min 和45r/min，在這3個工況下，分離器轉速（r/min）分別為63.6/55.0/44.6、煤粉細度R90（%）分別為12.16/15.96/25.68、磨煤機出入口差壓（kPa）分別為3.65/3.22/2.61、磨煤機單耗（kW·h/t）分別為10.47/9.94/8.98。由此可知，磨煤機出力在60t/h 左右時，分離器轉速在55r/min，煤粉細度在設計煤粉細度R90=18%左右。

加載力特性試驗結果：加載力特性試驗在某臺磨上進行，磨煤機出力為70t/h，表盤風量為130t/h，分離器轉速為56r/min，加載力分別調整至11.4MPa、10.8MPa 和9.9MPa。在這3個工況下，加載力（MPa）分別為11.39/10.83/9.87、煤粉細度R90（%）分別為18.04/18.08/21.52、磨煤機出入口差壓（kPa）分別為3.09/3.50/3.37、磨煤機單耗（kW·h/t）分別為8.84/8.32/8.57。由此可知，磨煤機出力為70t/h 時，加載力為10.8MPa 左右較合適，降低加載力會造成煤粉細度變粗，增加加載力會造成磨煤單耗上升。

風量特性試驗結果：風量特性試驗在某臺磨上進行，磨煤機出力為70t/h，分離器轉速為56r/min，表盤風量分別調整至130t/h、136t/h 和140t/h。在這3個工況下，表盤風量（t/h）分別為130.2/136.5/140.2、煤粉細度R90（%）分別為18.08/20.72/24.56、磨煤機出入口差壓（kPa）分別為3.50/3.66/3.74、磨煤機單耗（kW·h/t）分別為8.32/8.22/8.19。由此可知，風量增大時煤粉細度變粗、磨煤單耗下降，磨煤機出入口差壓上升。

磨煤機出力特性試驗結果：磨煤機出力特性試驗在某臺磨上進行，磨煤機出力分別為60t/h、70t/h 和75t/h，對應分離器轉速分別為55r/min、56r/min 和58r/min，表盤風量分別為102t/h、130t/h 和137t/h，加載力分別為8.2MPa、10.8MPa 和11.5MPa。在這3個工況下，給煤量（t/h）分別為60.1/70.5/75.48、煤粉細度R90（%）分別為15.96/18.08/17.12、磨煤機出入口差壓（kPa）分別為3.22/3.50/3.55、磨煤機單耗（kW·h/t）分別為9.94/8.32/8.28。

磨煤機最大出力、最小出力試驗結果：磨煤機最大出力試驗在某臺磨上進行，不斷增加磨煤機出力至85.4t/h，對應分離器轉速為60.4r/min，磨煤機熱風門全開為100%，冷風門全關為0%，雖然磨煤機表盤風量下降至115.2t/h 但并未持續(xù)下降，磨煤機出入口差壓也維持在3.59kPa 沒有持續(xù)上升，但此時磨煤機出口溫度卻已降至67.7℃。說明磨煤機最大出力受干燥出力限制為85.4t/h。鍋爐正常運行時，磨煤機不會在最小出力下運行，僅在啟停爐時投運或停運磨煤機時會在最小出力下運行且運行時間較短，因此最小出力是調取歷史數(shù)據(jù)進行分析得出的。磨煤機最小出力試驗在2A 磨上進行，啟爐時2A 磨煤機出力為29.7t/h，對應表盤風量為137.4t/h，分離器轉速為68.1r/min，加載力為0.8MPa。

2.2 燃燒調整試驗結果

氧量調整試驗結果：送入鍋爐空氣量的多少主要影響鍋爐燃燒的經(jīng)濟性、蒸汽溫度和NOx 排放量。空氣量過多、剩余氧量過大會增加排煙熱損失和NOx 排放量，過小又會增加未完全燃燒熱損失。因此送入爐內的空氣量有合理的范圍，當爐內空氣量在合理范圍內時，鍋爐燃燒經(jīng)濟性和環(huán)保性均較好。100%BRL 時氧量調整試驗結果顯示，空預器入口氧量從2.1%提高到2.7%時鍋爐排煙熱損失從4.81%增至4.97%，固體不完全燃燒熱損失從0.39%降至0.30%，鍋爐熱效率從94.52%降至94.44%，脫硝入口NOx 生成量從260.3mg/Nm3增至283.6mg/Nm3。

燃盡風風量調整試驗結果：100%BRL 時，維持空預器入口氧量不變，改變燃盡風風門開度，調整燃盡風風量大小，燃盡風風門開度分別在55%、45%和35%時進行，試驗結果顯示，燃盡風風門開度從55%降至45%時排煙熱損失從4.81%降至4.78%，固體不完全燃燒熱損失從0.39%升為0.49%，鍋爐熱效率從94.52%降至94.42%，NOx 生成量從260.3mg/Nm3升至293.0mg/Nm3。燃盡風風門開度從45%降至35%時，排煙熱損失從4.78%升至4.90%，固體不完全燃燒熱損失從0.49%降為0.30%，鍋爐熱效率從94.42%升至94.49%，NOx 生成量從293.0mg/Nm3升至 309.4mg/Nm3。

一次風量調整試驗結果：100%BRL 時，維持空預器入口氧量等參數(shù)不變，改變磨煤機一次風風量，調整一次風壓，一次風壓分別在8.3kPa、8.6kPa和9.0kPa 下進行，其中一次風壓為8.3kPa 時磨煤機風量約為風煤比試驗對應一次風量，試驗結果顯示，一次風壓從9.0kPa 降至8.6kPa 時，排煙熱損失從4.91%升至5.02%，固體不完全燃燒熱損失從0.28%升為0.32%，鍋爐熱效率從94.53%降至94.37%，NOx 生成量從313.8mg/Nm3降至299.2mg/Nm3。一次風壓從8.6kPa 降至8.3kPa 時，排煙熱損失從5.02%降至4.77%，固體不完全燃燒熱損失從0.32%降至0.26%，鍋爐熱效率從94.37%升至94.69%，NOx 生成量從299.2mg/Nm3降至281.3mg/Nm3。由此，100%BRL 時綜合鍋爐經(jīng)濟性和環(huán)保指標磨煤機一次風量按風煤比曲線運行較好。

二次風量調整試驗結果：75%BRL 時進行二次風量調整試驗，試驗中不投運燃燒器不調整。結果顯示二次風量調整對燃燒影響較小，鍋爐熱效率和NOx 排放量變化不大。

3 結論

制粉系統(tǒng)試驗結論：磨煤機出力在60t/h 左右時，分離器轉速在55r/min，煤粉細度在設計煤粉細度R90=18%左右；磨煤機出力為70t/h 時，加載力為10.8MPa 左右較合適，降低加載力會造成煤粉細度變粗，增加加載力會造成磨煤單耗上升；風量增大時，煤粉細度變粗、磨煤單耗下降，磨煤機出入口差壓上升；受干燥出力限制的磨煤機最大出力為85.4t/h。鍋爐正常運行時磨煤機不會在最小出力下運行，僅在啟停爐時投運或停運磨煤機時會在最小出力下運行，且運行時間較短。磨煤機最小出力為29.7t/h，對應表盤風量為137.4t/h，分離器轉速為68.1r/min，加載力為0.8MPa。

燃燒調整試驗結論：100%BRL 時，空預器入口氧量從2.1%提高到2.7%時鍋爐排煙熱損失增加，固體不完全燃燒熱損失降低，鍋爐熱效率降低，脫硝入口NOx 生成量增加；燃盡風風門開度從55%降至45%時排煙熱損失降低，固體不完全燃燒熱損失增加，鍋爐熱效率降低，NOx 生成量增加。燃盡風風門開度進一步從45%降至35%時排煙熱損失增加，固體不完全燃燒熱損失降低，鍋爐熱效率增加，NOx 生成量進一步增加；由一次風量調整試驗結果可知，綜合鍋爐經(jīng)濟性和環(huán)保指標，磨煤機一次風量按風煤比曲線運行較好；75%RBL 時二次風量調整對燃燒影響較小，鍋爐熱效率和NOx 排放量變化不大。