宋文強(qiáng) 段寶

【摘要】針對(duì)國(guó)華惠州熱電分公司1100t/h亞臨界壓力汽包爐，在闡述鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)基礎(chǔ)上， 分析了在整套調(diào)試期間氧量、爐膛—風(fēng)箱壓差、燃燼風(fēng)風(fēng)量、燃燒器擺角開(kāi)度、一次風(fēng)風(fēng)速、煤粉細(xì)度和磨煤機(jī)組合方式等對(duì)鍋爐經(jīng)濟(jì)性的影響， 提出了燃燒優(yōu)化調(diào)整后的運(yùn)行方式， 為同類(lèi)型鍋爐提高經(jīng)濟(jì)性提供參考。

【關(guān)鍵詞】330MW亞臨界汽包爐；燃煤機(jī)組；整套啟動(dòng)；燃燒調(diào)整；鍋爐熱效率

前言

鍋爐隨著電力體制改革的展開(kāi)以及競(jìng)價(jià)上網(wǎng)政策的實(shí)施， 電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)變得越來(lái)越重要。在國(guó)華惠州熱電分公司1號(hào)機(jī)組整套運(yùn)行期間，進(jìn)行了燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，以尋求鍋爐最佳運(yùn)行方式，提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)改變氧量、爐膛—風(fēng)箱壓差、燃燼風(fēng)風(fēng)量、燃燒器擺角開(kāi)度、一次風(fēng)風(fēng)速、煤粉細(xì)度和磨煤機(jī)組合方式等單因素試驗(yàn)， 基本摸清了該爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性特點(diǎn)， 為機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了依據(jù)。經(jīng)調(diào)整試驗(yàn)使飛灰和爐渣可燃物降低， 鍋爐熱效率得到了提高。

1. 機(jī)組技術(shù)參數(shù)

國(guó)華惠州熱電分公司2×330MW 機(jī)組為亞臨界壓力一次中間再熱自然循環(huán)鍋爐。亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、單汽包、單爐膛平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫、全鋼構(gòu)架（主副雙鋼架）∏型汽包爐、固態(tài)排渣、煤粉爐，空氣預(yù)熱器采用三分倉(cāng)回轉(zhuǎn)式（容克式）預(yù)熱器。煙氣設(shè)置脫硫和脫硝處理裝置，配置5 臺(tái)中速磨。本工程采用燃燒器四角布置，切向燃燒方式，制粉系統(tǒng)采用5 臺(tái)中速磨直吹式系統(tǒng)，燃用煙煤，針對(duì)煙煤的特性，采用先進(jìn)技術(shù)，對(duì)燃燒器系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用二段式八組四角切圓燃燒器，著重解決煙煤的易結(jié)渣性、低負(fù)荷穩(wěn)燃、燃盡、防止水冷壁高溫腐蝕、防止嚴(yán)重結(jié)渣、降低 NOx 排放量等諸技術(shù)問(wèn)題。上段燃燒器設(shè)置2 層煤粉噴嘴，1 層油槍?zhuān)幌露稳紵髟O(shè)置 3 層煤粉噴嘴，2 層油槍。本工程點(diǎn)火方式為二級(jí)點(diǎn)火，即高能點(diǎn)火器→輕油→煤粉。本系統(tǒng)介質(zhì)為#0輕柴油，霧化方式為簡(jiǎn)單機(jī)械霧化，燃燒器風(fēng)箱中設(shè)有 3 層共12 支簡(jiǎn)單機(jī)械霧化油槍?zhuān)蜆尶偝隽?0%BMCR。每支油槍配有20J 高能點(diǎn)火器一套，點(diǎn)火時(shí)由進(jìn)退機(jī)構(gòu)控制。主要用于低負(fù)載穩(wěn)燃特別是緊急工況時(shí)的穩(wěn)燃，保證鍋爐燃燒穩(wěn)定，設(shè)計(jì)、校核煤種見(jiàn)下表1。

表1 設(shè)計(jì)煤種、校核煤種分析表

檢測(cè)項(xiàng)目 符號(hào) 單位 設(shè)計(jì)煤種 校核煤種

收到基碳分 Car % 57.78 50.07

收到基氫分 Har % 2.79 2.46

收到基氧分 Oar % 12.58 10.43

收到基氮分 Nar % 0.47 0.47

收到基硫分 St，ar % 0.52 0.43

收到基揮發(fā)分 Var % 25.01 20.91

收到基灰分 Aar % 7.76 10.14

收到基水分 Mt % 18.10 26.00

空氣干燥基水分 Mad % 9.25 6.38

收到基低位發(fā)熱量 Qnet，v kJ/kg 21180 17450

2. 影響鍋爐熱效率的因素分析

2.1 氧量

入爐總風(fēng)量的大小與鍋爐熱效率的高低密切相關(guān)， 總風(fēng)量過(guò)大會(huì)使排煙熱損失增加；總風(fēng)量過(guò)小，則會(huì)使煤粉燃燒不充分，煙氣中CO含量、飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量增加，致使化學(xué)和機(jī)械未完全燃燒損失增加；總風(fēng)量的大小也對(duì)主汽溫和再熱汽溫產(chǎn)生影響，因此選取合理的入爐總風(fēng)量，可使總的熱損失最小，鍋爐熱效率達(dá)到最高，同時(shí)在低負(fù)荷時(shí)又能保持較高的汽溫。在330MW 負(fù)荷下，保持鍋爐所有運(yùn)行條件不變，只是在CRT上設(shè)置不同的氧量，并通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)空氣預(yù)熱器前不同的氧量，修正后熱效率試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。其中N、W（O2 ）、Q2、G分別表示機(jī)組負(fù)荷、空預(yù)器前氧量、排煙熱損失和鍋爐效率，下表同。在330 MW工況，投運(yùn) 5層煤粉噴嘴（ABCDE磨煤機(jī)） 的情況下，通過(guò)改變省煤器出口氧量，維持其它參數(shù)不變。

圖1 氧量對(duì)熱效率的影響

從圖1可以看出：當(dāng) O2=2.7 %時(shí)的鍋爐效率高于O2=4.5 %時(shí)約0.45%，說(shuō)明在省煤器出口氧量增加的情況下，降低的灰渣中未燃盡碳熱損失無(wú)法彌補(bǔ)因排放煙氣量增大導(dǎo)致的鍋爐熱損失增大。通過(guò)試驗(yàn)可知：在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)維持3.0 %的省煤器出口氧量就可以取得較高的效率。

2.2 爐膛—風(fēng)箱壓差Δp（Pa）

在鍋爐負(fù)荷與爐膛出口氧量不變的條件下， 爐膛—風(fēng)箱壓差的高低關(guān)系到輔助風(fēng)、燃料風(fēng)和燃燼風(fēng)彼此間風(fēng)量的比例，比例大小對(duì)煤粉燃燒的穩(wěn)定性、燃燼性及NOx的排放量有極大的影響， 因此選擇合理的爐膛—風(fēng)箱壓差， 會(huì)提高鍋爐的安全性和經(jīng)濟(jì)性。在330MW負(fù)荷下試驗(yàn)，維持給煤量、一次風(fēng)量、OFA風(fēng)擋板開(kāi)度、SOFA風(fēng)擋板開(kāi)度、燃料風(fēng)擋板開(kāi)度、投運(yùn)燃燒器及其擺動(dòng)角度不變 ，增加爐膛、風(fēng)箱壓差，如圖2。

圖2 爐膛風(fēng)箱壓差變化對(duì)鍋爐效率的影響

從圖2 可知，隨著爐膛、風(fēng)箱壓差逐步增加，鍋爐灰渣中未燃盡碳熱損失基本不變 ，對(duì)鍋爐效率的影響不大。爐膛—風(fēng)箱壓差增大，意味著輔助風(fēng)風(fēng)量減少、燃料風(fēng)風(fēng)量增加。燃料風(fēng)風(fēng)速的提高，使得煤粉燃燒推后，火焰拉長(zhǎng)，燃燒時(shí)間縮短，飛灰可燃物含量上升，同時(shí)燃料風(fēng)風(fēng)速的增加，減少了煤粉顆粒的離析， 使?fàn)t渣可燃物含量減少最終表現(xiàn)為熱效率變化不大。

2.3 燃燼風(fēng)風(fēng)量

燃燒器最上3層為燃燼風(fēng)噴口，燃燼風(fēng)的作用是實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，減少熱力型NOx生成，補(bǔ)充燃燒后期所需氧。燃燼風(fēng)風(fēng)量的大小影響NOx的排放量和碳粒子的燃燼程度。此項(xiàng)試驗(yàn)只考慮燃燼風(fēng)風(fēng)量對(duì)鍋爐燃燒的影響。分別在280 MW、330MW 負(fù)荷下，保持鍋爐其它運(yùn)行參數(shù)不變， 同時(shí)改變3層燃燼風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度a，實(shí)現(xiàn)燃燼風(fēng)風(fēng)量的變化，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。由結(jié)果可知，280MW負(fù)荷時(shí)，由于總風(fēng)量小，燃燼風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度開(kāi)大，燃料風(fēng)和輔助風(fēng)風(fēng)量減少，使燃燒前期供氧不足，托不住大顆粒煤粉， 爐渣可燃物含量較大；330MW負(fù)荷時(shí)，燃燼風(fēng)風(fēng)量的變化對(duì)煤粉燃燒影響不大，飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量變化不大。當(dāng)燃燼風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板開(kāi)度由全開(kāi)到全關(guān)，爐膛—風(fēng)箱壓差由0.93kPa提高到1.06kPa，燃料風(fēng)、輔助風(fēng)風(fēng)量相應(yīng)增加，爐渣可燃物質(zhì)量分?jǐn)?shù)從7.32%降低到5.52%。

表2 燃燼風(fēng)風(fēng)量對(duì)熱效率的影響

N/MW a/% W（O2 ）/% Q2/% Q4/% G/%

280 0 3. 18 4. 54 0.71 94.21

280 40 3. 10 4. 96 0.74 93.80

280 100 3. 01 4. 68 0.91 93.87

330 76 2. 83 4. 85 0.19 94.56

330 100 2. 92 5. 23 0.21 94.16

2.4 燃燒器擺角

燃燒器噴嘴設(shè)計(jì)為上下擺動(dòng)， 主要是通過(guò)改變爐膛火焰中心高度調(diào)節(jié)再熱汽溫和過(guò)熱汽溫，但火焰中心高度的改變對(duì)煤粉燃燼產(chǎn)生一定影響。在330MW負(fù)荷和ABCDE磨煤機(jī)運(yùn)行條件下，僅改變?nèi)紵鲊娮鞌[角A，測(cè)量不同擺角時(shí)的鍋爐熱效率，并記錄汽溫和減溫水量。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 燃燒器擺角對(duì)熱效率的影響

N/MW A/% W（O2 ）/% G/%

330 5 3.19 93.77

330 15 3.25 94.15

由表3可知， 燃燒器向上擺動(dòng)，飛灰可燃物增加，鍋爐效率降低，減溫水量增加。當(dāng)擺角由5%抬高到15%，省煤器出口氧量由5%升高至15%，鍋爐效率由93.77%升高到94.15%，鍋爐效率升高0.38%。由此可見(jiàn)，燃燒器擺角的變化對(duì)鍋爐效率影響作用明顯。

2.5 一次風(fēng)風(fēng)速

機(jī)組帶330 MW負(fù)荷，鍋爐其它運(yùn)行參數(shù)不變，通過(guò)改變磨煤機(jī)入口風(fēng)量來(lái)改變一次風(fēng)噴嘴風(fēng)速。由于受制粉系統(tǒng)的限制，一次風(fēng)風(fēng)速很難大范圍變化，因此只有2個(gè)一次風(fēng)風(fēng)速的對(duì)比。一次風(fēng)風(fēng)速由29.4m/s降低到27.2m/s，鍋爐熱效率幾乎沒(méi)有變化，這說(shuō)明一次風(fēng)風(fēng)速在小范圍內(nèi)變化對(duì)鍋爐熱效率沒(méi)有多大影響。

3. 結(jié)語(yǔ)

在上述分析的基礎(chǔ)上， 根據(jù)鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，最終燃燒優(yōu)化結(jié)果如下：

3.1 綜合考慮鍋爐熱效率和汽溫變化，適當(dāng)提高省煤器出口氧量，有利于避免或減輕爐膛受熱面結(jié)渣。鍋爐的運(yùn)行氧量的合理選取是提高鍋爐效率和達(dá)到環(huán)保排放的保證。建議在250、280、330MW 負(fù)荷下表盤(pán)氧量控制在4.5%、3.4%、3.0%；

3.2 爐膛大風(fēng)箱的壓差的合理控制使得主燃燒器和SOFA燃燒區(qū)域的燃燒份額發(fā)生變化，隨著爐膛大風(fēng)箱的壓差的提高，主燃燒器區(qū)域的燃燒份額有所降低，體現(xiàn)出鍋爐高度方向燃燒分級(jí)的效果，結(jié)合鍋爐效率和排放及達(dá)到控制爐膛出口煙氣溫度的作用，在300MW以上負(fù)荷自動(dòng)控制中設(shè)定爐膛—風(fēng)箱壓差為0.9～1.0kPa 是合適的，這樣鍋爐效率較高，送風(fēng)系統(tǒng)阻力也較低，鍋爐運(yùn)行更經(jīng)濟(jì)；

3.3 機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)應(yīng)關(guān)小燃燼風(fēng)風(fēng)門(mén)擋板， 以取得較高的燃燒效率；

3.4 磨煤機(jī)不同組合方式對(duì)汽溫的影響是明顯的，運(yùn)行中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整磨煤機(jī)的投運(yùn)方式以滿(mǎn)足汽溫的要求。對(duì)于國(guó)華惠州熱電分公司1號(hào)鍋爐來(lái)講，由于煤質(zhì)較差，四臺(tái)磨無(wú)法滿(mǎn)足帶滿(mǎn)負(fù)荷的要求，在330MW負(fù)荷時(shí)須五臺(tái)磨全部投運(yùn)，這就使得每臺(tái)磨所帶煤量有了更好的調(diào)節(jié)裕度，在目前設(shè)備與燃煤條件較好情況下，鍋爐按照調(diào)整后的參數(shù)運(yùn)行，熱效率提高了0.59%，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。這對(duì)同類(lèi)型機(jī)組鍋爐來(lái)講， 具有一定的借鑒意義。

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