燃燒調(diào)整與鍋爐經(jīng)濟性運行的應(yīng)用與分析

黃 岳 王 珊 李 煜

（1.湖南華電平江發(fā)電有限公司，湖南岳陽 414513；2.中國大唐集團有限公司江西分公司，江西南昌 330000；3.北京京能清潔能源電力股份有限公司華南分公司，廣東湛江 524000）

0 引言

當前我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵時期，工業(yè)化和城市化水平顯著提高，原來的粗放型能源利用方式已經(jīng)不適用當前的發(fā)展模式，綠色發(fā)展是高質(zhì)量、可持續(xù)的發(fā)展，已經(jīng)成為各國共識。要不斷開拓新能源市場，優(yōu)化現(xiàn)有的燃煤技術(shù)。我國火電廠主要通過煤炭燃燒的方式運行，如何有效提高煤炭的使用效率，提高能源轉(zhuǎn)換率，降低供電煤耗率，成為當前火力發(fā)電廠考慮的重點問題[1]。基于此，重點介紹鍋爐燃燒調(diào)整在電廠鍋爐經(jīng)濟性運行與安全運行中的有效利用與分析，為電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 燃燒調(diào)整的作用與意義

燃燒調(diào)整是利用不同的調(diào)整方式，盡量減少各種潛在的損失，提高鍋爐的熱效率。根據(jù)不同工況下的風(fēng)、煤、水的配比，優(yōu)化燃煤技術(shù)才能做到效率最大化。在鍋爐所有損失中，排煙熱損失和機械未完全燃燒熱損失所占比例最大，燃燒調(diào)整可以有效減少這些損失，最大限度地提高鍋爐效率。燃燒調(diào)整配合新技術(shù)的應(yīng)用，使發(fā)電煤耗率與供電煤耗率不斷降低，可以有效延長煤炭資源的可用周期[2]。

2 影響鍋爐經(jīng)濟性運行的因素

鍋爐是火力發(fā)電廠的心臟，使用周期較長。有些鍋爐本身存在設(shè)計缺陷，再經(jīng)過長時間的使用，設(shè)備逐漸老化、劣化，難免存在一些經(jīng)濟性運行方面的問題，分析影響鍋爐經(jīng)濟性運行的因素至關(guān)重要[3]。

煤粉經(jīng)過制粉系統(tǒng)研磨后進入鍋爐，在燃燒過程中會產(chǎn)生較多的飛灰和揮發(fā)性物質(zhì)，隨著受熱面減少、煙道溫度降低，熔融性物質(zhì)溫度點降低，吸附在受熱面上逐漸冷卻，從而使鍋爐受熱面結(jié)焦，鍋爐結(jié)焦又阻止了高溫?zé)煔夂褪軣崦娴膿Q熱，大量煙氣無法完成熱量交換，從煙囪排入大氣。排煙溫度升高，不利于降低煤耗，也不利于環(huán)境保護。

煤粉燃燒過程中，由于煤粉過粗、煤粉在爐內(nèi)停留時間過短、配風(fēng)不合理等因素，導(dǎo)致機械不完全燃燒、化學(xué)不完全燃燒[4]。爐底間隙過大和空預(yù)器阻力過大，導(dǎo)致各項漏風(fēng)系數(shù)的增加，進而導(dǎo)致能量的損失。

鍋爐設(shè)備老化，閥門在高溫高壓蒸汽的沖刷下不斷磨損，出現(xiàn)嚴重內(nèi)漏，汽水損失量增加，鍋爐的給水品質(zhì)缺乏必要的監(jiān)督，導(dǎo)致爐管結(jié)垢嚴重，不能有效地吸收煤炭燃料釋放的能量。

配合調(diào)峰，鍋爐頻繁啟動和停機，大量高溫爐水向外排出，高溫?zé)崴畬崃繋ё?，無法實現(xiàn)有效利用。為了控制住再熱蒸汽的穩(wěn)定性，需要大量使用減溫水[5]。

鍋爐本體及其附件長期裸露在空氣中，未進行有效的保溫、保冷措施，又或者保溫缺失，長時間得不到修繕，導(dǎo)致散熱量增加。

3 基于燃燒調(diào)整對火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能降耗措施分析

3.1 合理安排吹灰，減少受熱面結(jié)焦

目前，多數(shù)電廠存在結(jié)焦嚴重的問題。合理安排吹灰，減少受熱面結(jié)焦是火力發(fā)電廠鍋爐節(jié)能降耗的重要措施，以1000MW 前后墻對沖鍋爐防止鍋爐結(jié)焦措施為例。

首先，定期進行鍋爐燃燒調(diào)整試驗，通過試驗獲得燃燒調(diào)整的第一手資料。選擇鍋爐最佳氧量運行，避免爐膛內(nèi)出現(xiàn)影響結(jié)焦現(xiàn)象[6]。合理安排爐膛各受熱面的吹灰工作，結(jié)焦嚴重的區(qū)域要適當增加吹灰次數(shù)，防止吹灰對管壁的頻繁沖刷，造成四管泄露，影響鍋爐的安全運行。

其次，磨煤機各風(fēng)管煤粉濃度和各燃燒器一、二次風(fēng)門的配風(fēng)應(yīng)盡量均勻。燃燒器噴口風(fēng)粉分配不均勻，必然會造成爐膛局部燃燒氧量、熱負荷分配不均勻，若放任爐膛在缺氧情況下燃燒而不進行調(diào)整，會進一步加劇爐膛受熱面的結(jié)焦。

最后，保持合適的一次風(fēng)速，一次風(fēng)速過高會加大廠用電率；一次風(fēng)速過低會使煤粉聚集在燃燒器周圍，使燃燒器結(jié)焦，甚至損壞燃燒器[7]。改變?nèi)紵餍鹘嵌群蛣傂酝瑯涌梢詼p輕燃燒器附近的結(jié)焦。

3.2 強化爐膛燃燒，減少排煙熱損失

首先，選擇合適的煤粉細度。煤粉越細，燃燒越充分。盲目增加煤粉細度會增加磨煤機的功耗與損耗，在廠用電和煤粉細度之間選擇一個最經(jīng)濟性的運行方式，兼顧二者的平衡，減少不必要的機械不完全燃燒，節(jié)約廠用電率[8]。

其次，選擇合適的一次風(fēng)溫和風(fēng)壓，增加爐膛溫度和煤粉在爐膛內(nèi)的停留時間，煤粉燃燒最長的階段是燃盡階段，要充分利用這一部分的燃燒熱量。一次風(fēng)溫能很好地蒸發(fā)掉煤粉中的水汽，但風(fēng)溫過高會造成煤粉在磨煤機或者粉管內(nèi)的爆燃，不利于鍋爐安全運行。綜合安全運行、熱量交換、廠用電率等多個方面，選擇一個合適的運行工況，減少不必要的損失[9]。

再次，減少鍋爐各項漏風(fēng)量。例如，加強空預(yù)器吹灰和空預(yù)器在線水沖洗，對脫硝參數(shù)進行調(diào)整時，注意供氨量的調(diào)整，防止大量硫酸氫氨的產(chǎn)生，避免空預(yù)器堵塞，減少爐底漏風(fēng)。

另外，改變空氣動力場，延長煤粉在爐內(nèi)停留的時間。例如改變?nèi)紵齼A角、改變火焰中心等措施。若火焰中心燃燒位置發(fā)生偏斜，會使爐膛形成較大的溫度偏差，使水冷壁吸熱不均勻，可能會破壞鍋爐的水循環(huán)與水動力，不利于鍋爐的安全運行[10]。

最后，燃燒調(diào)整時，及時關(guān)注著火情況。觀察火焰顏色及爐膛結(jié)焦情況，若發(fā)現(xiàn)火焰變暗或者燃燒不穩(wěn)，應(yīng)及時投入等離子或者油槍進行引燃。

3.3 減少汽水損失，加強汽水品質(zhì)監(jiān)督

機組啟停過程中存在著各種沖洗活動，例如凝汽器沖洗、凝結(jié)水沖洗、低加管道沖洗、除氧器沖洗、給水管道沖洗、鍋爐冷態(tài)開式?jīng)_洗、鍋爐冷態(tài)循環(huán)沖洗、鍋爐熱態(tài)沖洗等，沖洗活動伴隨著大量熱水外排。因此，要及時化驗水質(zhì)，水質(zhì)合格后，立即安排回收，減少不必要的熱損失，同時縮短啟停機時間，降低燃料的使用量。各階段汽水達到相應(yīng)參數(shù)后，立即關(guān)閉各路疏水與爐頂排空，加強各疏水門與排汽門門后的測溫與監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)漏，立即聯(lián)系處理。實時掌握補水率這一重要參數(shù)，若發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時進行排查。

另一方面，增加凝結(jié)水、給水加藥的用量，加強汽水品質(zhì)的在線監(jiān)督，防止鍋爐爐管及各受熱面管內(nèi)結(jié)垢。鍋爐結(jié)垢不僅僅影響了換熱效果，而且隨著換熱系數(shù)的不斷減小，管壁溫度逐漸升高，會造成受熱面爆管、爐管泄露，甚至?xí)斐慑仩t爆炸。一旦發(fā)現(xiàn)汽水品質(zhì)超標，應(yīng)及時調(diào)整、排查，嚴格按照汽水國標四級控制標準執(zhí)行[11]，以保證鍋爐各項運行參數(shù)穩(wěn)定。合理使用減溫水，輔助減溫水調(diào)整，過熱器一級減溫水、二級減溫水要適量。通過擋板調(diào)整再熱汽溫參數(shù)，及時投入高加系統(tǒng)，通過抽汽實現(xiàn)加熱給水，提高給水溫度，降低煤耗量。

3.4 加強保溫保冷，減少鍋爐散熱損失

鍋爐本體及其附屬設(shè)備、各熱力系統(tǒng)管道的溫度比周圍環(huán)境溫度高，部分熱量會以對流和輻射的方式向周圍空氣擴散，成為鍋爐的散熱損失。因此，保溫或者保冷層在發(fā)生破損或跑冒滴漏的現(xiàn)象時，要及時進行修復(fù)。鍋爐在建設(shè)初期，一定要選擇合適的保溫材料，隨著保溫技術(shù)的迭代更新，及時對保溫保冷材料進行優(yōu)化[12]。此外，采用煙氣余熱回收技術(shù)，進一步減少鍋爐的排煙熱損失。例如應(yīng)用MGGH 技術(shù)，通過煙氣再熱器提高凝結(jié)水溫度，充分發(fā)揮省煤器和調(diào)溫省煤器的作用，對尾部煙道余熱進一步加熱給水。

3.5 完善小指標運行管理

鍋爐日常運行中，有必要應(yīng)用新一套行之有效的小指標監(jiān)督與管理辦法，促使運行人員對機組耗差進行調(diào)整。耗差的好壞直接反映了鍋爐的燃燒與調(diào)整水平的高低。鍋爐小指標包括主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、再熱汽溫度、再熱器壓力、排煙溫度、氧量、飛灰含碳量、減溫水用量、爐膛負壓、制粉單耗、煤粉細度、給水溫度、一氧化碳含量、環(huán)保參數(shù)、廠用電率等。通過制定年度總體控制目標、開展月度考核評比、綜合日常每班得分等方式，對各主要運行參數(shù)進行過程控制管理，細分每一項參數(shù)信息，在保證機組安全運行的前提下，尋求最大化利益，全面激發(fā)運行人員的調(diào)整積極性與潛力，建立“指標異常即缺陷”的生產(chǎn)成本管理意識。

3.6 維持水位及氣壓穩(wěn)定

直流鍋爐最大的特點就是缺少汽包的蓄熱，給水流量和蒸汽流量互相匹配，給水流量的變化會直接導(dǎo)致氣壓的變化，燃燒調(diào)整的核心是維持水煤比穩(wěn)定，若水煤比失衡，會導(dǎo)致燃燒參數(shù)的不穩(wěn)定，嚴重時會發(fā)生滿水或缺水事故，直接影響鍋爐的安全性與經(jīng)濟性運行。因此，鍋爐在運行時必須時刻監(jiān)視給水量和蒸汽量的匹配程度。若給水流量過低，應(yīng)采取措施保護水動力，防止鍋爐受熱面爆管，設(shè)置給水流量低保護；若給水流量過高，即給水流量大于蒸汽流量時，很可能造成蒸汽帶水、主再熱汽溫驟降，如果主蒸汽溫度10 分鐘內(nèi)降低50℃，應(yīng)立即打閘停機[13]。

另一方面，鍋爐設(shè)計時，為了防止受熱偏差，在各個受熱面出口增加了聯(lián)箱，以混合不同溫度的汽水，消除熱偏差的疊加。實時掌握主再熱蒸汽壓力和主再熱蒸汽溫度的，使之與當前負荷及汽輪機調(diào)節(jié)氣門的開度匹配，盡量減少調(diào)門的節(jié)流損失。調(diào)整好高、低壓加熱器的水位，既要利用抽汽熱加熱給水及凝結(jié)水，也要防止加熱器銅管被水淹沒。

4 結(jié)語

火電廠的原理是煤燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成熱能對給水進行加熱，給水通過吸熱狀態(tài)變成過熱蒸汽，過熱蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能，推動汽輪機做功，汽輪機帶動發(fā)電機切割磁感線，產(chǎn)生電能。在電能生產(chǎn)過程中，必須消耗大量的能量，才能完成能量轉(zhuǎn)換[14]。一方面研究新技術(shù)、新方法從本質(zhì)上提高能量轉(zhuǎn)換效率，減少煤炭燃料的使用量。另一方面，作為運行人員，應(yīng)通過燃燒調(diào)整提高鍋爐的經(jīng)濟性與安全性。不斷地進行燃燒調(diào)整實驗，制定合理的燃燒方案與技術(shù)措施，采用有效的節(jié)能方法，改善技術(shù)條件，提高燃燒效率的同時，也強化節(jié)能，使每一個環(huán)節(jié)的能量利用做到最大化、最優(yōu)化，讓節(jié)能降耗發(fā)揮實質(zhì)性的作用。