330MW神華煤鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究.doc

330MW神華煤鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)研究 張丙剛張大興 （神華國華惠州熱電分公司，廣東惠州516082） 摘要：神華煤鍋爐在運(yùn)行過程中雖然摻燒了25%的高灰熔點(diǎn)煤，但仍普遍存在著排煙溫度偏高、爐膛結(jié)焦等問題，鍋爐經(jīng)濟(jì)性也有進(jìn)一步提高的潛力。現(xiàn)針對某電站330MW鍋爐進(jìn)行了優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗(yàn)，分析了運(yùn)行氧量、負(fù)荷、煤粉細(xì)度、磨運(yùn)行方式、一次風(fēng)量（溫）、周界風(fēng)開度、燃盡風(fēng)開度、配風(fēng)方式、燃燒器擺角等參數(shù)對鍋爐效率、結(jié)焦和NOx排放等的影響。在兼顧鍋爐防結(jié)焦、高效和低NOx排放的基礎(chǔ)上，推薦了鍋爐運(yùn)行方式，達(dá)到了優(yōu)化鍋爐運(yùn)行的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞：鍋爐效率；結(jié)焦；nox；燃燒優(yōu)化 0引言 國華惠州熱電廠一期工程新建的2臺330MW機(jī)組2號鍋爐系武漢鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架的型汽包爐，設(shè)計燃用神混煤。制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式， 配備5臺HP863型碗式中速磨煤機(jī)，設(shè)計煤粉細(xì)度R90=18%。煤粉燃燒器采用20只帶偏置周界風(fēng)的水平濃淡燃燒器，四角布置，大小雙切圓燃燒，切圓直徑分別為 723mm和928mm，共5層一次風(fēng)噴口，一、二次風(fēng)間隔布置，同時在燃燒器區(qū)上方布置3層分離式燃 盡風(fēng)（SOFA），以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)空氣的深度分級、進(jìn)一步降低NOx排放。鍋爐排渣系統(tǒng)采用鏈條式干式除渣機(jī)。 為控制單燒神華煤時鍋爐的結(jié)焦，2號鍋爐摻燒了25%的高灰熔點(diǎn)準(zhǔn)格爾煤。但在實(shí)際運(yùn)行過程中，仍存在爐內(nèi)受熱 面結(jié)焦較重的問題；在夏季運(yùn)行期間，由于爐內(nèi)結(jié)焦和環(huán)境溫度升高，鍋爐的實(shí)際排煙溫度一直在155以上，比設(shè)計值125.6高約30，嚴(yán)重影響了鍋爐設(shè)備的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文針對這些問題進(jìn)行了優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗(yàn)，并提出了合理的鍋爐運(yùn)行方式。 1測試方法及內(nèi)容 鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗(yàn)根據(jù)電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程（ASMEPTC4.1）按反平衡法計算鍋爐熱效率，熱值取低位發(fā)熱量。試驗(yàn)過程中主要測試方法如下1： （1）煙氣溫度測量：空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙道煙溫按代表點(diǎn)法用特制的K型熱電偶測量，1015min測一次，其代表點(diǎn)根據(jù)輔助試驗(yàn)測量面的溫度場確定，每一代表點(diǎn)孔上縱深方向按網(wǎng)格法裝有3個鎧裝熱電偶，以提高測量精度。送風(fēng)溫度用玻璃管溫度計測量。 （2）煙氣成分測量：空氣預(yù)熱器進(jìn)、出口煙氣中氧量和NOx濃度采用德國產(chǎn)的Testo350型煙氣分析儀按照網(wǎng)格法測量，每1015min測量一次。 （3）原煤取樣：試驗(yàn)開始前在給煤機(jī)處取樣，裝入磨口瓶內(nèi)密封，每一試驗(yàn)工況取樣兩次，混合后進(jìn)行分析。 （4）煤粉取樣：煤粉取樣在一次風(fēng)管上按照等速取樣采取，裝入塑料袋內(nèi)，進(jìn)行混合篩分。 （5）飛灰取樣：采用等速取樣法采集。 （6）爐膛煙溫測量：采用紅外高溫儀通過鍋爐燃燒器區(qū)上部看火孔和屏區(qū)看火孔測量，作為結(jié)焦監(jiān)測手段之一。同時，人工觀察燃燒器區(qū)、屏區(qū)、爐底干渣機(jī)處結(jié)渣。 （7）運(yùn)行參數(shù)記錄：采用2號機(jī)組配套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄與試驗(yàn)有關(guān)的運(yùn)行參數(shù)，每10min記錄一次。 2試驗(yàn)結(jié)果分析 2.1運(yùn)行氧量的影響 在維持其他運(yùn)行參數(shù)不變的條件下，以空預(yù)器出口氧量為變化參數(shù)，通過改變送風(fēng)機(jī)入口門來控制該參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。 從表中可以看出，鍋爐在80%及以上負(fù)荷時，隨著氧量的增加，未燃碳熱損失基本不變或略有下降，但干煙氣熱損失卻隨之增加，鍋爐效率在80%左右負(fù)荷時呈遞減趨勢，在滿負(fù)荷時基本不變。這說明，神華煤的燃燒特性優(yōu)良，氧量控制在較低水平即可，氧量過度升高只會造成排煙損失增加而對降低飛灰含碳量無益。 另一方面，由于神華煤燃燒速度快，氧量升高對燃燒器區(qū)爐溫和屏區(qū)煙溫的影響均較小，從而說明氧量變化對鍋爐結(jié)焦的影響也較小。但需要注意的是，氧量升高可以增強(qiáng)燃燒器區(qū)的氧化性氣氛，對于高鐵型的神華煤防止結(jié)焦來說也是有利的2。在其他運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，氧量對NOx的影響呈正相關(guān)性，即隨著氧量增加，NOx呈上升趨勢。 綜合考慮低氮、高效和防結(jié)焦的需要，在鍋爐負(fù)荷為80%ECR以上時的運(yùn)行氧量控制在3.3%左右。 2.2鍋爐負(fù)荷的影響 從表1還可以看出，對于神華煤鍋爐來說，由于其優(yōu)良的燃燒特性，在80%ECR以上負(fù)荷時，鍋爐效率均能保證較高水平，在保證值93.5%以上。在負(fù)荷下降時，由于運(yùn)行氧量會適當(dāng)提高，燃燒器區(qū)過量空氣系數(shù)增加，NOx排放濃度呈升高趨勢，由220mg/Nm3升高至250mg/Nm3左右。鍋爐負(fù)荷在80%100%ECR范圍內(nèi)波動時，爐溫水平基本保持不變，若需要通過降負(fù)荷來減輕爐內(nèi)結(jié)焦，則將負(fù)荷降低至80%ECR以下。 2.3煤粉細(xì)度的影響 通過調(diào)整磨煤機(jī)分離器擋板開度，將煤粉細(xì)度R90值由25%調(diào)低至20%，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示?？梢钥闯?，隨著煤粉細(xì)度下降，爐內(nèi)火焰中心下移明顯，不但屏區(qū)溫度出現(xiàn)了42的下降，而且煤粉燃盡程度大幅提高，飛灰含碳量由2.12%下降至1.32%，使未燃碳熱損失下降0.12%。從上述表述可以看出，細(xì)煤粉有利于提高鍋爐經(jīng)濟(jì)性、降低屏區(qū)受熱面結(jié)焦風(fēng)險。由于燃燒速度加快，放熱強(qiáng)度增加，燃燒器區(qū)溫度有所上升，使該區(qū)結(jié)焦傾向增加；但較細(xì)的煤粉顆粒慣性小，可以減少大顆粒偏轉(zhuǎn)刷墻的風(fēng)險，也可以減輕水冷壁結(jié)焦3。另外，煤粉細(xì)度變化對NOx排放濃度的影響較小。因此，運(yùn)行過程中建議選取較低的煤粉細(xì)度，至少維持在設(shè)計值18%附近。 2.4磨煤機(jī)運(yùn)行方式的影響 本項試驗(yàn)進(jìn)行了停運(yùn)不同位置磨的影響試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示?？梢钥闯?，磨停運(yùn)方式變化對鍋爐效率的影響較小，對NOx排放濃度的影響也不大（因測點(diǎn)位于SCR脫硝裝置后）。從對鍋爐結(jié)焦的影響來看，停運(yùn)不同磨對主燃燒器區(qū)的溫度水平影響不大，但停上層磨時的屏區(qū)煙溫下降較為明顯，說明對屏區(qū)結(jié)焦控制較為有利。一般來講，停中層磨有利于分散熱負(fù)荷、改善爐內(nèi)氣流運(yùn)動狀況，減少煤粉氣流偏轉(zhuǎn)刷墻結(jié)焦。 從試驗(yàn)結(jié)果來看，為減輕結(jié)焦，運(yùn)行過程中建議優(yōu)先選擇停上層磨，這樣可以降低NOx排放，減輕屏區(qū)結(jié)焦和提高燃燒效率；為防止結(jié)焦，宜實(shí)行中間層和上層磨煤機(jī)定期倒磨制度，利用倒磨時的擾動進(jìn)行掉焦，利用中間磨運(yùn)行來分散熱負(fù)荷、改善爐內(nèi)氣流運(yùn)動狀況。 2.5一次風(fēng)量（溫）的影響 在其他運(yùn)行參數(shù)不變的情況下，通過調(diào)整磨出口溫度，磨的通風(fēng)量和入口風(fēng)溫隨之發(fā)生改變，進(jìn)而改變通過空預(yù)器的一次風(fēng)量和排煙溫度，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。在一次風(fēng)溫從65提高至70后，磨煤機(jī)摻入的冷風(fēng)量減少，從110t/h下降至85t/h，則通過空預(yù)器的有組織的風(fēng)量增加，排煙溫度從142.1下降至137.2，鍋爐的干煙氣熱損失下降0.23%。由于一次風(fēng)量增加，燃燒初期補(bǔ)入的氧量增加，煤粉燃燒過程提前，燃盡率提高，未燃碳熱損失也呈下降趨勢，鍋爐的效率升高0.29%。 一次風(fēng)量升高后，由于燃燒提前，反而造成燃燒器區(qū)煙溫升高、屏區(qū)煙溫下降，這樣會增加燃燒器區(qū)結(jié)焦風(fēng)險降低屏區(qū)結(jié)焦風(fēng)險，但一次風(fēng)速提高也會減少煤粉氣流偏轉(zhuǎn)刷墻結(jié)焦的可能性，對減輕結(jié)焦有利。同時，一次風(fēng)量提高會使NOx生成濃度小幅提高。 總體來看，由于神華煤優(yōu)良的燃燒特性，一次風(fēng)量（溫）提高鍋爐的經(jīng)濟(jì)性是提高的，尤其對排煙溫度控制有利。因此，在保證制粉系統(tǒng)安全的情況下，應(yīng)適當(dāng)提高磨出口風(fēng)溫至70以上，以減少制粉系統(tǒng)摻入冷風(fēng)量。 2.6周界風(fēng)開度的影響 從表5可以看出，隨著周界風(fēng)門開度變大，煤粉氣流著火、燃盡出現(xiàn)了提前的現(xiàn)象，爐內(nèi)燃燒充分，煤粉燃盡度提高，說明在著火初期就補(bǔ)入較多的風(fēng)量可以促進(jìn)煤粉燃盡。鍋爐的干煙氣熱損失基本不變，鍋爐效率提高。為保證鍋爐經(jīng)濟(jì)性，周界風(fēng)開度宜保持在70%左右，較高的周界風(fēng)速還可以增強(qiáng)一次風(fēng)剛性，防止一次風(fēng)氣流偏轉(zhuǎn)刷墻引起結(jié)焦。周界風(fēng)開度對NOx排放濃度的影響也較小。 2.7燃盡風(fēng)開度的影響 由于2號爐在設(shè)計時較多地采用了爐內(nèi)低氮燃燒技術(shù)，如采用低氮燃燒器和緊湊、分離燃盡風(fēng)技術(shù)，較好地達(dá)到了控制氮氧化物排放的目的，NOx排放控制不成問題，但這需要一個前提，即在神混煤低氧燃燒的背景下，應(yīng)是在不影響鍋爐燃燒效率和安全性（結(jié)焦）的基礎(chǔ)上，盡可能降低NOx排放4。對于配置了空氣深度分級系統(tǒng)的鍋爐，應(yīng)結(jié)合水冷壁貼壁氣氛情況，盡可能對燃盡風(fēng)開度進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，以避免出現(xiàn)高溫腐蝕現(xiàn)象。 從2號爐的運(yùn)行操作來看，運(yùn)行人員習(xí)慣將緊湊、燃盡風(fēng)門都開得較大，即緊湊燃盡風(fēng)門開度為20%30%，同時還將三層分離燃盡風(fēng)門開度也設(shè)定為20%30%，這樣可使2號爐的NOx濃度一般控制在250mg/Nm3以下。試驗(yàn)結(jié)果表明，這樣設(shè)置燃盡風(fēng)門開度，雖有利于降低NOx濃度，也沒有對爐內(nèi)結(jié)焦產(chǎn)生多大影響，但容易引起風(fēng)箱壓力偏低、爐溫水平下降和煤粉燃盡程度下降。因此，適當(dāng)關(guān)小燃盡風(fēng)門開度，對于提高風(fēng)箱壓力和煤粉燃盡程度比較有利。 2.8二次風(fēng)配風(fēng)方式的影響 從表6可以看出，與運(yùn)行人員習(xí)慣采用的均等配風(fēng)相比，正塔配風(fēng)更有利于促進(jìn)煤粉燃盡，鍋爐效率也處于較高水平。同時，配風(fēng)形狀的改變對爐內(nèi)氣流運(yùn)動也有較大影響，在對NOx排放影響不大的情況下，正塔配風(fēng)有利于減小燃燒器區(qū)上部的切圓并防止在溫度較高的該區(qū)域的結(jié)焦；倒塔配風(fēng)降低了二次風(fēng)的使用效率，但增強(qiáng)了分級配風(fēng)效果，一般有利于NOx排放的降低；縮腰配風(fēng)將燃燒器“分為”兩段布置，改善了上、下兩組燃燒器的配風(fēng)條件，有利于防止氣流偏轉(zhuǎn)刷墻。 各種配風(fēng)方式對屏區(qū)和燃燒器區(qū)溫度的影響均較小，為了防止結(jié)焦，從煤粉氣流流動等方面考慮，縮腰配風(fēng)最佳，其次是正塔、均等配風(fēng)。若考慮經(jīng)濟(jì)性，應(yīng)優(yōu)先考慮正塔配風(fēng)方式。 2.9燃燒器擺角的影響 從表7可以看出，燃燒器擺角變化對煤粉燃盡的影響較小，對排煙溫度的影響也不大，約在2左右，鍋爐效率略有下降。隨著燃燒器擺角從15下擺至-15，火焰中心位置大幅下降，燃燒器區(qū)溫度變化不大，屏區(qū)煙溫從1045下降至973，擺角對屏區(qū)煙溫的影響較大，屏區(qū)結(jié)焦傾向減輕。從對NOx的影響來看，燃燒器下擺導(dǎo)致煤粉氣流在爐內(nèi)高溫區(qū)停留時間延長，NOx排放增加。 3結(jié)論 隨著鍋爐技術(shù)的進(jìn)步和對節(jié)能、環(huán)保、安全要求的提高，目前的大型電站鍋爐燃燒優(yōu)化試驗(yàn)已不再局限于提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。神華煤鍋爐雖然具有較高的燃燒效率、較高的環(huán)保性能，但具有先天性的結(jié)焦較重、排煙溫度較高的問題。因此，目前的神華煤鍋爐燃燒調(diào)整的思路應(yīng)是在重點(diǎn)研究防治鍋爐結(jié)焦、降低排煙溫度的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)鍋爐低氮、高效、安全燃燒的綜合平衡。本文通過調(diào)整試驗(yàn)，主要得到以下結(jié)論： （1）從鍋爐的經(jīng)濟(jì)性角度來看，目前影響鍋爐效率的主要因素是排煙溫度偏高，鍋爐修正后的排煙溫度普遍比設(shè)計值偏高1015，約影響鍋爐效率1.0個百分點(diǎn)，這主要由制粉系統(tǒng)摻入過多冷風(fēng)引起，并與空預(yù)器面積不足有關(guān)； （2）鍋爐各主要運(yùn)行參數(shù)變化對燃燒器區(qū)溫度水平的影響較小，只需盡量避免擺角過度下傾即可，在溫度水平較高的前提下，運(yùn)行調(diào)整控制該區(qū)域結(jié)焦應(yīng)主要從控制燃燒器區(qū)過量空氣系數(shù)、避免一次風(fēng)氣流偏轉(zhuǎn)刷墻兩個方面著手； （3）火焰中心位置對屏區(qū)煙溫及其結(jié)焦的影響較大，采用細(xì)煤粉、合適的周界風(fēng)開度和氧量水平、中等偏低的一次風(fēng)量、水平或略下傾的燃燒器擺角、開大COFA風(fēng)以及避免上大下小的倒塔配風(fēng)方式等可起到控制屏區(qū)結(jié)焦的作用； （4）鍋爐的NOx水平可以比較容易地通過燃盡風(fēng)門開度的調(diào)整得到控制，建議將NOx排放濃度設(shè)定在250300mg/Nm3附近運(yùn)行，這樣即使是在氧量較低的情況下（3.3%左右），仍可以避免鍋爐結(jié)大的焦塊，即可同時滿足安全和環(huán)保要求； （5）在兼顧鍋爐安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保方面的要求的前提下，建議煤粉細(xì)度R90=20%左右、鍋爐負(fù)荷在80%ECR以上時氧量在3.3%附近（70%負(fù)荷時為3.5%）、擺角水平位并適當(dāng)上仰（可降低燃燒器區(qū)溫度）、一次風(fēng)溫70、燃盡風(fēng)采用COFA=50%和SOFA=15%的開度、周界風(fēng)開度50%60%（連續(xù)330MW負(fù)荷時建議75%）。 參考文獻(xiàn) 1李永華，楊臥龍，常建剛.300MW鍋爐優(yōu)化燃燒調(diào)整試驗(yàn)研究J.電站系統(tǒng)工程，xx，26（6）：7-9. 2馬天星，王恩祿，張偉，等.燃煤電站鍋爐運(yùn)行參數(shù)對其熱效率影響的試驗(yàn)研究J.鍋爐技