330 MW鍋爐燃燒試驗(yàn)及優(yōu)化調(diào)整

(廣州中電荔新熱電有限公司，廣東 廣州 511340)

在火電廠中，鍋爐的運(yùn)行對火力發(fā)電的效率有決定性作用，對鍋爐運(yùn)行方案的調(diào)整與優(yōu)化不僅是火力發(fā)電的要求，同時(shí)也符合我們對可持續(xù)發(fā)展理念的貫徹[1]。運(yùn)行實(shí)踐表明，掌握鍋爐燃燒的最佳運(yùn)行方式和各種影響因素變化的規(guī)律，對于鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要意義。

1 設(shè)備概況

某電廠1#鍋爐型式為亞臨界參數(shù)，汽包自然循環(huán)，四角切圓燃燒，直吹式制粉系統(tǒng)，一次中間再熱擺動燃燒器調(diào)溫，平衡通風(fēng)，單爐膛“π”型布置，全鋼架全懸吊結(jié)構(gòu)，緊身封閉，爐頂帶金屬防雨罩，固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐型號為DG1080/17.4-II6型。

鍋爐爐膛采用百葉窗式水平濃淡噴嘴擺動式直流燃燒器，四角布置，切圓燃燒方式，四角燃燒器噴口中心線分別與爐膛中心的兩假想圓相切，1#、3#角反向切小圓，2#、4#角正向切大圓，兩假想切圓的直徑分別為372 mm和856 mm。每角共裝設(shè)14層噴嘴：5層煤粉燃燒器(一次風(fēng)A、B、C、D、E噴口)、5層輔助風(fēng)(二次風(fēng)AA、AB、BC、CD、DE噴口)、4層燃燼風(fēng)(SOFA1、SOFA2、SOFA3、SOFA4噴口)。每層煤粉燃燒器周圍配有周界風(fēng)，在7層輔助風(fēng)之中配有3層輕油燃燒器，在A、B兩層煤粉燃燒器之中配有等離子體點(diǎn)火設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)鍋爐的無油啟動和低負(fù)荷無油穩(wěn)燃。燃燒器噴嘴為擺動式，燃燒器上組4個(gè)燃燼風(fēng)噴口可上下擺動±20°，中組噴口能上下擺動±30°，下組噴口能上下擺動±30°(安裝等離子的A、B層將解列，不參與擺動)，燃燒器上、中、下組噴口的擺動由氣動執(zhí)行器帶動完成，每角每組燃燒器配1個(gè)氣動執(zhí)行器，每角共3個(gè)，全爐共12個(gè)，為組控。周界風(fēng)風(fēng)室和二次風(fēng)(輔助風(fēng))風(fēng)室的風(fēng)門的每角每層各1個(gè)氣動執(zhí)行器控制，為層控。鍋爐設(shè)計(jì)煤種是山西大同煙煤，校核煤種是山西大同煙煤。

2 燃燒試驗(yàn)方案

在100%負(fù)荷和75%負(fù)荷工況下，調(diào)整鍋爐運(yùn)行氧量、鍋爐配風(fēng)方式和一次風(fēng)壓，可獲得鍋爐經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

高負(fù)荷燃燒調(diào)整試驗(yàn)包括以下步驟。

1)氧量調(diào)整試驗(yàn)：分別在1.8%、2.3%、2.9%、3.2%這4個(gè)氧量條件下進(jìn)行試驗(yàn)；

2)配風(fēng)方式調(diào)整試驗(yàn)：分別在常規(guī)配風(fēng)、均勻配風(fēng)和細(xì)腰型配風(fēng)這3個(gè)配風(fēng)條件下進(jìn)行試驗(yàn)；

3)一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)：分別在熱一次風(fēng)母管壓力為7.5 kPa、8.5 kPa、9.5 kPa的條件下進(jìn)行試驗(yàn)。

75%負(fù)荷燃燒調(diào)整試驗(yàn)包括以下步驟。

1)氧量調(diào)整試驗(yàn)：分別在3%、3.5%、3.8%這3個(gè)氧量條件下進(jìn)行試驗(yàn)；

2)配風(fēng)方式調(diào)整試驗(yàn)：分別在常規(guī)配風(fēng)、均勻配風(fēng)和細(xì)腰型配風(fēng)這3個(gè)配風(fēng)條件下進(jìn)行試驗(yàn)；

3)一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)：分別在熱一次風(fēng)母管壓力為7 kPa、7.8 kPa、8.8 kPa、9.4 kPa進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果

3.1 氧量調(diào)整試驗(yàn)

運(yùn)行氧量的調(diào)整試驗(yàn)分別在高負(fù)荷和中負(fù)荷條件下進(jìn)行。在同一負(fù)荷條件下，調(diào)整鍋爐的運(yùn)行氧量，研究運(yùn)行氧量對鍋爐燃燒狀況的影響[2]。

3.1.1 高負(fù)荷工況運(yùn)行氧量調(diào)整試驗(yàn)

高負(fù)荷工況變氧量運(yùn)行試驗(yàn)分別在1.8%、2.3%、2.9%、3.2%這4個(gè)氧量下進(jìn)行。氧量調(diào)整試驗(yàn)在習(xí)慣配風(fēng)工況下進(jìn)行，即一層燃燼風(fēng)50%開度而其他燃燼風(fēng)全開，底層二次風(fēng)全開而其他二次風(fēng)50%開度，周界風(fēng)50%開度。另外，氧量代表鍋爐二次風(fēng)配風(fēng)乃至爐膛整體配風(fēng)的水平[3]，為了減少飛灰爐渣可燃物，嘗試在氧量設(shè)定值為3.5%且提高運(yùn)行燃燒器周界風(fēng)的情況下，觀察飛灰爐渣可燃物、脫硝入口NOx濃度等指標(biāo)的變化。記錄這5個(gè)試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)，見表1。

表1 高(工況5/2/3/7/6)、中(工況11/10/9)負(fù)荷氧量調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：

1)運(yùn)行氧量從1.8%提高到2.9%，機(jī)械不完全燃燒熱損失明顯下降，氧量提高至2.9%以后，進(jìn)一步提高運(yùn)行氧量，機(jī)械不完全燃燒熱損失沒有明顯變化，因此高負(fù)荷工況下建議運(yùn)行氧量控制在2.9%以下；

2)提高運(yùn)行氧量后，CO濃度明顯下降，化學(xué)不完全燃燒熱損失減少；

3)提高運(yùn)行氧量后，排煙熱損失明顯增加；

4)綜合各方面的影響因素，2.3%氧量工況的熱效率最高為94.375%；

5)在3.5%的運(yùn)行氧量工況中，同時(shí)提高運(yùn)行煤層周界風(fēng)開度，即從50%提高到70% ，但飛灰爐渣可燃物并沒有明顯下降；

6)運(yùn)行氧量提高到2.9%后，省煤器出口 NOx濃度明顯增加。

綜上所述，高負(fù)荷工況下建議運(yùn)行氧量控制在2.9%以下，最佳運(yùn)行氧量為2.3%左右，2.3%運(yùn)行氧量工況的熱效率最高為94.375%。

3.1.2 中負(fù)荷工況運(yùn)行氧量調(diào)整試驗(yàn)

中負(fù)荷工況變氧量運(yùn)行試驗(yàn)分別在3%、3.5%、3.8% 3個(gè)氧量下進(jìn)行。氧量調(diào)整試驗(yàn)在細(xì)腰型配風(fēng)工況下(詳見配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn))進(jìn)行，即一層燃燼風(fēng)75%開度而其他燃燼風(fēng)全開，底層二次風(fēng)全開，AB層二次風(fēng)80%開度，A層周界風(fēng)80%開度。記錄這3個(gè)試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行主要數(shù)據(jù)，見表1。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：

1)采用細(xì)腰型配風(fēng)后，3個(gè)工況中的飛灰爐渣可燃物均可控制在2.58%以下，3.5%氧量以下工況省煤器出口的NOx濃度也可控制在200 mg/m3以下?？梢?，細(xì)腰型配風(fēng)在控制飛灰爐渣可燃物的同時(shí)，可兼顧控制NOx生成濃度；

2)提高運(yùn)行氧量后，CO濃度明顯下降，化學(xué)不完全燃燒熱損失減少；

3)提高運(yùn)行氧量后，排煙熱損失明顯增加；

4)綜合各方面的影響因素，3%運(yùn)行氧量工況下的熱效率最高為94.444%；

綜上所述，中負(fù)荷工況下建議運(yùn)行氧量控制在3%左右，3%氧量工況的熱效率最高為94.444%。

3.2 配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

在同一負(fù)荷和運(yùn)行氧量條件下，調(diào)整配風(fēng)方式進(jìn)行試驗(yàn)，觀察配風(fēng)調(diào)整對NOx生成量、飛灰爐渣可燃物及一氧化碳排放量的影響[4]配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)在高負(fù)荷和中負(fù)荷工況下進(jìn)行。在前面試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，考慮到控制NOx生成濃度和爐渣可燃物的需求，高負(fù)荷配風(fēng)方式調(diào)整試驗(yàn)在常規(guī)配風(fēng)(倒三角)、均勻配風(fēng)和細(xì)腰型配風(fēng)這3個(gè)配風(fēng)條件下進(jìn)行。

3.2.1 高負(fù)荷配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

高負(fù)荷工況配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)在3%氧量下進(jìn)行。配風(fēng)方式調(diào)整試驗(yàn)在常規(guī)配風(fēng)、均勻配風(fēng)和細(xì)腰型配風(fēng)這3個(gè)配風(fēng)條件下進(jìn)行。記錄這3個(gè)試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行主要數(shù)據(jù)，見表2。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知：細(xì)腰型配風(fēng)的爐渣可燃物最低為2.47%，細(xì)腰型配風(fēng)增加了底層二次風(fēng)量，可以有效降低爐渣可燃物含量，同時(shí)不會增加省煤器出口NOx濃度。另外，細(xì)腰型配風(fēng)方式的鍋爐熱效率最高為94.351%。

表2 高(工況3/6/8)、中(工況4/15)負(fù)荷配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)及燃燼風(fēng)開度調(diào)整試驗(yàn)(工況16/17/18)結(jié)果

綜上所述，結(jié)合本鍋爐特性，建議采用細(xì)腰型配風(fēng)方式。

3.2.2 中負(fù)荷配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)

中負(fù)荷工況的配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)在3.5%運(yùn)行氧量下進(jìn)行。配風(fēng)方式調(diào)整試驗(yàn)在常規(guī)配風(fēng)和細(xì)腰型配風(fēng)這兩個(gè)配風(fēng)條件下進(jìn)行，另外為了研究燃燼風(fēng)開度對燃燒影響，進(jìn)行燃燼風(fēng)開度分別為100%、80%和60%的試驗(yàn)。記錄常規(guī)配風(fēng)和細(xì)腰型配風(fēng)兩個(gè)試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行主要數(shù)據(jù)，見表2。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知其與高負(fù)荷配風(fēng)試驗(yàn)結(jié)果相似。細(xì)腰型配風(fēng)的爐渣可燃物含量為2.93%，相對常規(guī)配風(fēng)工況大幅下降。細(xì)腰型配風(fēng)方式的鍋爐熱效率為94.45%，高于常規(guī)型配風(fēng)。同時(shí)細(xì)腰型配風(fēng)的省煤器出口NOx濃度小幅升高，但仍然小于200 mg/m3。

綜上所述，中負(fù)荷工況也建議采用細(xì)腰型配風(fēng)方式。

記錄3個(gè)燃燼風(fēng)開度試驗(yàn)工況下鍋爐運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)，見表2。不同燃燼風(fēng)開度試驗(yàn)只改變第2至4層燃燼風(fēng)開度。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，燃燼風(fēng)開度關(guān)小，飛灰爐渣可燃物含量隨之下降，且鍋爐熱效率提高，但省煤器出口NOx濃度也隨之升髙。燃燼風(fēng)開度從100%關(guān)至80%的過程中，省煤器出口NOx濃度只有小幅升高，但鍋爐效率可以有效提高。

綜上所述，建議在中負(fù)荷工況可以視省煤器出口NOx的濃度適當(dāng)關(guān)小燃燼風(fēng)開度。

3.3 一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)

在同一負(fù)荷、運(yùn)行氧量和配風(fēng)方式的條件下，調(diào)整一次風(fēng)壓力進(jìn)行試驗(yàn)，觀察其對降低能耗、提高電廠的效率[5]，以及鍋爐燃燒的影響。一次風(fēng)壓力調(diào)整試驗(yàn)在高負(fù)荷和中負(fù)荷工況下進(jìn)行。高負(fù)荷工況下的試驗(yàn)一次風(fēng)壓力設(shè)定為7.5 kPa、8.5 kPa、9.5 kPa；中負(fù)荷工況下的試驗(yàn)一次風(fēng)壓力設(shè)定為7 kPa、7.8 kPa、8.8 kPa、9.4 kPa。

3.3.1 高負(fù)荷一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)

記錄高負(fù)荷一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)3個(gè)工況下鍋爐運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)，見表3。

表3 高(工況24/22/23)、中(工況21/15/19/20)負(fù)荷一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，一次風(fēng)壓的提高會大幅增加一次風(fēng)機(jī)電流，但是對鍋爐燃燒的影響不明顯，而降低一次風(fēng)壓力會增加粉管積粉的風(fēng)險(xiǎn)。習(xí)慣運(yùn)行一次風(fēng)壓力8.5 kPa的工況熱效率最高為94.355%。

綜上所述，建議維持當(dāng)前一次風(fēng)壓力(8.5 kPa)運(yùn)行。

3.3.2 中負(fù)荷一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)

記錄中負(fù)荷一次風(fēng)壓調(diào)整試驗(yàn)4個(gè)工況下鍋爐運(yùn)行的主要數(shù)據(jù)，見表3。

分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，中負(fù)荷一次風(fēng)壓力試驗(yàn)與高負(fù)荷工況有相似規(guī)律。

綜上所述，建議維持當(dāng)前一次風(fēng)壓力(7.8 kPa)運(yùn)行。

4 結(jié)語

本次鍋爐燃燒試驗(yàn)，通過調(diào)整鍋爐運(yùn)行氧量、鍋爐配風(fēng)方式和一次風(fēng)壓，得到了相關(guān)數(shù)據(jù)，獲得了某電廠1#鍋爐經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，掌握了鍋爐燃燒各種影響因素變化的規(guī)律[6]，使得鍋爐燃燒調(diào)整得到優(yōu)化，鍋爐效率得到提高。