某1 000 MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)研究

陳 青

(潤電能源科學(xué)技術(shù)有限公司，鄭州 450016)

0 引 言

本次燃燒調(diào)整試驗(yàn)以某1 000 MW機(jī)組作為試驗(yàn)機(jī)組，該機(jī)組設(shè)計(jì)煤種為貧煤，實(shí)際燃用高揮發(fā)分煙煤，運(yùn)行中存在灰渣可燃物含量、CO含量偏高問題；為了提升可燃物的燃盡率和鍋爐效率，故進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，針對上述問題進(jìn)行一系列調(diào)整試驗(yàn)，以解決鍋爐運(yùn)行中存在的問題。

1 鍋爐設(shè)備基本概況

鍋爐為超超臨界參數(shù)變壓直流、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊П型鍋爐，鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐設(shè)計(jì)煤種為貧煤，煤種數(shù)據(jù)見表2。

表2 設(shè)計(jì)煤種數(shù)據(jù)

2 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

目前鍋爐存在的問題，鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)為貧煤，實(shí)際燃用高揮發(fā)分煙煤，鍋爐存在灰渣可燃物含量、煙氣CO含量偏高的問題，尤其是底層兩臺磨投運(yùn)時(shí)，上述現(xiàn)象較為明顯。針對上述問題，進(jìn)行一系列燃燒調(diào)整試驗(yàn)。本次試驗(yàn)進(jìn)行的調(diào)整試驗(yàn)主要工作見表3。

表3 調(diào)整試驗(yàn)內(nèi)容

(1)一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平

鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式的旋流煤粉燃燒器，總共48只燃燒器，分前墻3層后墻3層布置，每層8只；前墻由下往上依次布置C、D、B層燃燒器，后墻由下往上依次布置E、F、A層燃燒器。一次風(fēng)速熱態(tài)調(diào)平試驗(yàn)針對6層燃燒器各自對應(yīng)8根粉管進(jìn)行調(diào)平，使每層粉管內(nèi)一次風(fēng)速盡量達(dá)到平衡狀態(tài)。通過對各一次風(fēng)管風(fēng)速進(jìn)行測量，對部分一次風(fēng)管進(jìn)行可調(diào)縮孔調(diào)整，各磨煤機(jī)同層一次風(fēng)速偏差均在±10%范圍內(nèi)。根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)資料進(jìn)行計(jì)算，額定負(fù)荷下，粉管設(shè)計(jì)一次風(fēng)速為21 m/s左右，而一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，實(shí)際一次風(fēng)速接近30 m/s，明顯高于設(shè)計(jì)值，可能破壞爐膛內(nèi)部流場結(jié)構(gòu)，影響煤粉著火燃燒。

制粉系統(tǒng)磨制常用煤種，維持磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)量和給煤量穩(wěn)定，利用平頭煤粉取樣裝置在每臺磨各粉管上進(jìn)行等速取樣，測試各制粉系統(tǒng)煤粉細(xì)度；結(jié)合煤種特性，分析當(dāng)前煤粉細(xì)度的合理性，通過調(diào)整分離器折向擋板開度，對煤粉細(xì)度進(jìn)行調(diào)整。目前，燃用煤種為混合摻燒，其主要包括同友#5煤、神潔煤、伊泰煤和無煙煤，其主要煤質(zhì)特性見表4。

表4 燃用煤種煤質(zhì)特性

煤粉細(xì)度測試結(jié)果見表5。

表5 煤粉細(xì)度結(jié)果

由上表可知：A、B、C、D四臺磨煤機(jī)磨制同友#5煤，煤種揮發(fā)分為38.35%，R90推薦值為19.20%，煤粉細(xì)度整體合理，除C磨外，其他三臺磨煤機(jī)煤粉細(xì)度略低于推薦值，煤粉偏細(xì)，但考慮到鍋爐目前問題主要為灰渣可燃物含量偏高，增大煤粉粒度不利于煤粉燃盡率提升，因此維持當(dāng)前煤粉細(xì)度。E磨磨制神潔煤，煤種揮發(fā)分Vdaf=36.09%，對應(yīng)的煤粉細(xì)度R90 推薦值為18.00%，試驗(yàn)煤粉細(xì)度R90 為10.60%，具有一定提升空間，為了降低制粉系統(tǒng)電耗，可以適當(dāng)開大分離器折向擋板開度。F磨磨制無煙煤，煤種揮發(fā)分Vdaf=8.49%，對應(yīng)的煤粉細(xì)度R90 推薦值為4.20%，試驗(yàn)煤粉細(xì)度R90為10.20%，煤粉明顯偏粗，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減小分離器折向擋板開度。

根據(jù)上述煤粉細(xì)度結(jié)果，對E、F磨分離器折向擋板開度進(jìn)行調(diào)整，將E磨分離器擋板開度由40%調(diào)整至50%，將F磨分離器擋板開度由30%調(diào)整至25%。在磨煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)保持基本不變的情況下，E磨煤粉細(xì)度增大至12.50%，F(xiàn)磨煤粉細(xì)度增大至16.30%。更加偏離煤粉細(xì)度推薦值，與預(yù)期趨勢不一致，懷疑分離器內(nèi)部存在缺陷問題。根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際情況，對燃用煤種進(jìn)行調(diào)整，取消無煙煤摻燒，對C、E、F三臺磨煤機(jī)的磨制煤種進(jìn)行調(diào)整，C磨調(diào)整為神潔煤，E磨調(diào)整為同友#5煤，F(xiàn)磨調(diào)整為同友#5煤。調(diào)整后，C、E、F三臺磨煤粉細(xì)度結(jié)果見表6。

表6 C、E、F磨煤粉細(xì)度結(jié)果

由上表可知：C、E、F三臺磨煤粉細(xì)度R90實(shí)測值分別為18.40%、14.10%、12.60%，C、E磨煤粉細(xì)度較為合適，F(xiàn)磨煤粉細(xì)度略低，但因分離器擋板調(diào)節(jié)性能不佳，未進(jìn)行繼續(xù)調(diào)整。

我國最早的也是第一部以政府名義頒布的圖書館法規(guī)是《京師圖書館及各省圖書館通行章程》。宣統(tǒng)元年（1909年），京師圖書館（北京圖書館前身）奉旨籌建。宣統(tǒng)二年（1910年），清政府頒布《京師圖書館及各省圖書館通行章程》，在我國正式確立并普遍推廣使用圖書館名稱。

(3)鍋爐運(yùn)行氧量優(yōu)化調(diào)整

在機(jī)組負(fù)荷、入爐煤質(zhì)、配風(fēng)方式等一定的情況下，鍋爐運(yùn)行氧量存在一個(gè)最優(yōu)值；低于該值時(shí)，燃料得不到足夠的氧氣，不能充分燃燒，灰渣可燃物及排煙中CO 含量升高，引起燃料不完全燃燒熱損失增大，同時(shí)增加水冷壁高溫腐蝕及結(jié)渣的風(fēng)險(xiǎn)；超過該值時(shí)，繼續(xù)提升氧量不能顯著提高爐內(nèi)燃料的燃盡程度，反而增加煙氣量，引起排煙熱損失增大，同時(shí)也增加了NOx生成量。在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況、750 MW工況、500 MW工況下進(jìn)行，保持鍋爐其他運(yùn)行參數(shù)不變，改變鍋爐送風(fēng)量，在三種不同運(yùn)行氧量下測試鍋爐效率，確定最佳運(yùn)行氧量值，在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況、750 MW工況、500 MW工況下，最佳運(yùn)行氧量分別為2.50%、2.70%、3.00%。

(4)摸底試驗(yàn)工況

在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下，在不做其他調(diào)整狀況下，進(jìn)行鍋爐效率摸底測試，鍋爐效率試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 鍋爐效率(摸底)工況結(jié)果

由上表可知：在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下，空預(yù)器出口煙氣CO含量為1 337.68 ppm，排煙溫度(修正后)為123.60 ℃，鍋爐效率(修正后)93.120%?？疹A(yù)器進(jìn)口煙氣氧量控制相對較合理，但是燃料燃盡率較低，爐渣可燃物含量偏高，空預(yù)器出口煙氣CO含量相對較高。

(5)燃盡風(fēng)量調(diào)整

燃盡風(fēng)用于補(bǔ)充主燃燒區(qū)欠缺的氧量，保證燃料的燃盡，燃盡風(fēng)量對鍋爐效率及NOx生成有重要影響。在爐膛氧量一定的情況下，燃盡風(fēng)量越大，爐膛主燃燒區(qū)的欠氧情況就越嚴(yán)重，NOx生成相對減弱；同時(shí)，若爐內(nèi)存在燃燒不均衡，增大燃盡風(fēng)量可以促進(jìn)煙氣中可燃物的燃盡。通過改變?nèi)急M風(fēng)門層風(fēng)門擋板開度，觀察其對鍋爐效率、NOx 生成的影響，最終確定在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下，燃盡風(fēng)門處于全開狀態(tài)；在750 MW負(fù)荷工況下，燃盡風(fēng)門開度設(shè)在70%狀態(tài)；在500 MW負(fù)荷工況下，燃盡風(fēng)門開度設(shè)在50%狀態(tài)。

(6)二次風(fēng)配風(fēng)方式調(diào)整

二次風(fēng)是煤粉燃燒過程中主要的氧氣來源，二次風(fēng)與煤粉在爐內(nèi)的匹配程度對煤粉的高效燃燒有重要影響。通過改變主燃燒器區(qū)域各層二次風(fēng)風(fēng)門的擋板開度，改變二次風(fēng)進(jìn)入爐膛的方式，觀察其對鍋爐效率和NOx生成的影響規(guī)律。試驗(yàn)調(diào)整在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下進(jìn)行，盡量維持鍋爐其他運(yùn)行參數(shù)不變，二次風(fēng)配風(fēng)方式分別采用均等型、正寶塔型和縮腰型配風(fēng)方式。通過調(diào)整對鍋爐效率進(jìn)行測試，采用正寶塔型配風(fēng)方式時(shí)，鍋爐效率最高，NOx生成濃度及風(fēng)機(jī)電流均無明顯升高。

(7)外二次風(fēng)門開度調(diào)整

旋流燃燒器外二次風(fēng)門開度越小，對應(yīng)的外二次風(fēng)量越小，旋流強(qiáng)度越強(qiáng)，可以更高效的卷吸周圍高溫?zé)煔饧訜嵋淮物L(fēng)粉，有利于煤粉的點(diǎn)燃，但不利于燃燒前期的氧量供應(yīng)。試驗(yàn)通過改變?nèi)紵魍舛物L(fēng)門開度，調(diào)整各層燃燒器外二次風(fēng)的風(fēng)量和旋流強(qiáng)度，觀察其對鍋爐效率和NOx生成情況的影響。

在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下，采用“V型配風(fēng)”方式，增加靠近側(cè)墻的外二次風(fēng)量，可以減輕靠近側(cè)墻區(qū)域煙道中的CO濃度，減輕側(cè)墻區(qū)域發(fā)生高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)；增大低層燃燒器外二次風(fēng)門開度，可以增加底部外二次風(fēng)供給，同時(shí)，在一次風(fēng)速偏高的情況下，減輕底層外二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度，可以減輕底層一、二次風(fēng)的分離程度，增加底層燃料燃燒初期所需的氧量供給，因此對降低灰渣含碳量有一定作用。

在機(jī)組負(fù)荷750 MW工況下，通過開大底層燃燒器外二次風(fēng)門開度，采用“V型”配風(fēng)方式，爐渣可燃物含量和煙氣中CO含量均有明顯下降。

在機(jī)組負(fù)荷500 MW工況下，采用開大底層燃燒器外二次風(fēng)門開度，關(guān)小各層燃燒器外二次風(fēng)門開度，適當(dāng)提升二次風(fēng)箱壓力，鍋爐排煙溫度和CO含量均有所降低，灰渣可燃物含量有所降低，鍋爐效率有一定的提升。

(8)底層磨煤機(jī)旁路風(fēng)門開度調(diào)整

機(jī)組采用雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)，其一次風(fēng)分為容量風(fēng)和旁路風(fēng)，其中容量風(fēng)量與磨煤機(jī)出力直接相關(guān)，旁路風(fēng)起到燃料預(yù)干燥、維持一次風(fēng)速等作用，與磨煤機(jī)出力沒有直接關(guān)系。正常運(yùn)行中，底層磨煤機(jī)旁路風(fēng)門通常處于全關(guān)狀態(tài)。為了驗(yàn)證底層燃燒器一次風(fēng)速對鍋爐運(yùn)行的影響，在維持底層磨煤機(jī)出力不變的情況下，對底層磨煤機(jī)旁路風(fēng)門開度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而改變底層燃燒器的一次風(fēng)速。試驗(yàn)在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下進(jìn)行，底層磨煤機(jī)旁路風(fēng)門打開后，煙氣中CO含量明顯上升，灰渣含碳量及排煙溫度變化不明顯，鍋爐效率有所降低；同時(shí)NOx生成量也有一定上升，因此保持底層磨煤機(jī)旁路風(fēng)門通常處于全關(guān)狀態(tài)。

(9)底層磨煤機(jī)出力調(diào)整

雙進(jìn)雙出鋼球磨制粉系統(tǒng)的一次風(fēng)分為容量風(fēng)和旁路風(fēng)，其中容量風(fēng)量與磨煤機(jī)出力直接相關(guān)，通過改變底層磨煤機(jī)容量風(fēng)門開度，調(diào)節(jié)底層磨煤機(jī)容量風(fēng)量，從而改變底層磨煤機(jī)出力，觀察其對鍋爐運(yùn)行的影響。試驗(yàn)在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下進(jìn)行，通過降低底層磨煤機(jī)出力并優(yōu)化相應(yīng)配風(fēng)，煙氣中CO 含量及爐渣含碳量明顯降低，其中爐渣可燃物含量達(dá)到1 000 MW工況試驗(yàn)的最低值，鍋爐效率有較大提升；雖然降低底層磨出力帶來了一次風(fēng)機(jī)電流的明顯上升，但綜合考慮，降低底層磨煤機(jī)出力，對提升機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性仍有幫助。

(10)最佳運(yùn)行工況調(diào)整

試驗(yàn)在機(jī)組負(fù)荷1 000 MW工況下進(jìn)行，選擇合適的運(yùn)行氧量，燃盡風(fēng)門處于全開狀態(tài)，采用正寶塔配風(fēng)方式及開大底層燃燒器外二次風(fēng)門開度，采用“V型”配風(fēng)方式，增大靠近側(cè)墻的燃燒器外二次風(fēng)門開度，減小底層磨煤機(jī)出力，根據(jù)以上措施，開展兩組最佳調(diào)整工況試驗(yàn)，其結(jié)果見表8。

表8 最佳工況調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

由以上數(shù)據(jù)可知：爐渣可燃物含量與原始工況相比降低6.13個(gè)百分點(diǎn)，空預(yù)器出口CO含量與原始工況相比降低871.35 ppm，鍋爐效率與原始工況相比提高0.717個(gè)百分點(diǎn)。爐內(nèi)燃燒均衡提升，NOX生成濃度、氨耗量及風(fēng)機(jī)電耗均有所降低。

(11)配風(fēng)組合方式推薦

機(jī)組不同負(fù)荷工況下，配風(fēng)組合方式推薦見表9。

表9 配風(fēng)組合方式推薦

3 結(jié)束語

通過一系列調(diào)整試驗(yàn)工作，鍋爐燃燒存在的問題在一定程度上得到改善，爐渣可燃物含量及空預(yù)器出口煙氣CO含量相比于調(diào)整前降低幅度較大，并且鍋爐效率得到一定程度提高，使機(jī)組各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)得到一定提升。