徐 兵，叢日成，趙 陽

(1.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179;2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

某電廠350 MW機(jī)組鍋爐為三井巴布科克能源有限公司制造的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)自然循環(huán)鍋爐。鍋爐設(shè)計(jì)燃用內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾混煤，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配置4臺MPS-89G型中速磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)配置6只低NOx軸向旋流式燃燒器，24只燃燒器分2層前、后墻對沖布置，在上層燃燒器上部設(shè)置后風(fēng)口(前、后墻各6個(gè))，形成分級燃燒，以降低NOx生成量。主蒸汽溫度采用二級噴水減溫控制，再熱蒸汽溫度控制是通過引自引風(fēng)機(jī)出口到冷灰斗的再循環(huán)煙氣，減少爐膛內(nèi)部輻射熱的吸熱量，增大對流受熱面的吸熱量來實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)滿負(fù)荷時(shí)再循環(huán)煙氣量最小，低負(fù)荷時(shí)采用調(diào)整煙氣再循環(huán)擋板，增加再循環(huán)煙氣量以保證再熱蒸汽溫度。再熱器入口布置再熱器事故噴水系統(tǒng)防止再熱器超溫。

本文旨在研究電廠入爐燃料摻燒不同比例褐煤時(shí)的鍋爐實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，掌握鍋爐在當(dāng)前設(shè)備條件下的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)研究采用控制燃盡風(fēng)量的方法抑制爐膛內(nèi)部NOx生成量時(shí)對鍋爐熱效率的影響。

1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)及煤質(zhì)特性

1.1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

額定工況時(shí)鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

1.2 煤質(zhì)特性

鍋爐設(shè)計(jì)燃用煤質(zhì)特性如表2所示。

2 研究方法

本文選用ASME PTC4.1《鍋爐機(jī)組性能試驗(yàn)規(guī)程》對鍋爐熱效率進(jìn)行計(jì)算。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)(額定工況)

表2 設(shè)計(jì)燃用煤質(zhì)特性

2.1 計(jì)算方法

鍋爐熱效率采用標(biāo)準(zhǔn)中的熱損失法以低位發(fā)熱量進(jìn)行計(jì)算。

(1)

式中：ηg為鍋爐熱效率，%；Hf為燃料應(yīng)用基低位發(fā)熱量，kJ/kg；B為對應(yīng)每kg入爐燃料總的輸入物理熱，kJ/kg；L為鍋爐每kg入爐燃料總的熱損失，根據(jù)本鍋爐情況計(jì)算為

L=LUC+LG+LMf+LH+LMA+LCO+Lβ+LUN

(2)

式中：LUC為灰渣中未燃盡碳的熱損失，kJ/kg；LG為干煙氣熱損失，kJ/kg；LMf為入爐燃料中水分引起的熱損失，kJ/kg；LH為氫燃燒生成水分引起的熱損失，kJ/kg；LMA為空氣中水分引起的熱損失，kJ/kg；LCO為生成CO造成的熱損失，kJ/kg；Lβ為表面輻射和對流的熱損失，kJ/kg；LUN為不可測量熱損失，kJ/kg。除以上損失外，其他各項(xiàng)熱損失只取常數(shù)LUN,包括如ASME PTC4.1《鍋爐機(jī)組性能試驗(yàn)規(guī)程》中的灰渣顯熱損失、灰渣中氫含量等引起的損失等。

當(dāng)試驗(yàn)條件和鍋爐性能的保證條件存在偏離時(shí)，按ASME PTC4.1《鍋爐機(jī)組性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行修正。

2.2 試驗(yàn)方法

a.排煙溫度測量

排煙溫度采用網(wǎng)格法測量，在空氣預(yù)熱器出口的2個(gè)煙道上布置10個(gè)測點(diǎn)，共40根已校驗(yàn)的T型熱電偶測量空氣預(yù)熱器出口煙氣溫度，試驗(yàn)期間每5 min采集1次。

b.排煙成分分析

煙氣成分采用網(wǎng)格法測量，在空氣預(yù)熱器出口每個(gè)煙氣采樣斷面布置5個(gè)測點(diǎn)，通過混合罐過濾后，采用煙氣分析儀進(jìn)行煙氣成分分析，得出煙氣中O2、CO2、CO的體積分?jǐn)?shù)，每15 min記錄1次，最后取其平均值進(jìn)行鍋爐熱效率計(jì)算。

c.原煤取樣

原煤取樣點(diǎn)位于投運(yùn)的給煤機(jī)處，試驗(yàn)結(jié)束后將煤樣混合縮分，進(jìn)行煤樣的元素分析、工業(yè)分析和發(fā)熱量測定。

d.爐渣與飛灰取樣

爐渣在爐底撈渣機(jī)處每30 min采集1次渣樣，并將所取渣樣混合縮分；飛灰在空氣預(yù)熱器出口兩側(cè)煙道上采用飛灰取樣裝置進(jìn)行等速取樣，并將所取飛灰樣混合縮分。試驗(yàn)結(jié)束后對爐渣和飛灰樣品進(jìn)行可燃物體積分?jǐn)?shù)分析。

e.環(huán)境參數(shù)測量

試驗(yàn)期間采用溫濕度計(jì)和大氣壓力表分別測量送風(fēng)機(jī)入口空氣溫度、相對濕度和當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，?5 min記錄1次，并計(jì)算其平均值。

2.3 試驗(yàn)條件

a.試驗(yàn)期間保持煤質(zhì)穩(wěn)定。

b.機(jī)組在試驗(yàn)負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行。

c.試驗(yàn)期間運(yùn)行氧量保持穩(wěn)定。

d.試驗(yàn)期間不進(jìn)行制粉系統(tǒng)啟停或切換操作。

e.試驗(yàn)期間不進(jìn)行吹灰、排污等操作。

3 褐煤摻燒比例對鍋爐熱效率的影響

本文在機(jī)組265 MW負(fù)荷時(shí)研究不同褐煤摻燒比例對鍋爐熱效率的影響[1-4]。試驗(yàn)選褐煤摻燒比例為30%、40%、50% 3種工況，試驗(yàn)期間保持燃盡風(fēng)門全關(guān)，運(yùn)行氧量不變。試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同褐煤摻燒比例下的鍋爐熱效率

由表3可知，褐煤摻燒比例30%時(shí)修正鍋爐熱效率為93.64%，褐煤摻燒比例40%時(shí)修正鍋爐熱效率為94.01%，褐煤摻燒比例50%時(shí)修正鍋爐熱效率為94.15%，褐煤摻燒比例50%時(shí)鍋爐熱效率比其他2種工況略高。總體上看，在目前煤質(zhì)、設(shè)備狀況和運(yùn)行方式下，不同褐煤摻燒比例的鍋爐熱效率變化不大，隨著摻燒褐煤比例增加，鍋爐熱效率有增加趨勢。

4 燃盡風(fēng)量對鍋爐熱效率的影響

本文在220 MW、265 MW、350 MW 3種電負(fù)荷時(shí)對燃盡風(fēng)門全關(guān)及開度50%時(shí)的鍋爐熱效率進(jìn)行計(jì)算，研究鍋爐熱效率隨電負(fù)荷變化的規(guī)律以及燃盡風(fēng)量變化對鍋爐熱效率的影響[5-6]。

4.1 燃盡風(fēng)門全關(guān)

燃盡風(fēng)門全關(guān)時(shí)，經(jīng)計(jì)算鍋爐在220 MW 、265 MW、350 MW 3種電負(fù)荷時(shí)的修正鍋爐熱效率依次為93.77%、94.01%、94.16%。燃盡風(fēng)門全關(guān)時(shí)鍋爐熱效率計(jì)算結(jié)果如表4所示，鍋爐熱效率隨電負(fù)荷變化曲線如圖1所示。

表4 燃盡風(fēng)門全關(guān)時(shí)鍋爐熱效率計(jì)算結(jié)果

圖1 燃盡風(fēng)門全關(guān)時(shí)鍋爐熱效率隨電負(fù)荷變化曲線

如果要簡化鍋爐熱效率隨機(jī)組電負(fù)荷變化的數(shù)學(xué)關(guān)系，則根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。

y=-0.000 040 6x2+0.025 924 6x+

89.982 765 2

(3)

式中：x為機(jī)組電負(fù)荷，MW；y為鍋爐熱效率，%。

由圖1可知，燃盡風(fēng)門全關(guān)時(shí)3種電負(fù)荷的鍋爐熱效率均大于設(shè)計(jì)值，其主要原因?yàn)樵囼?yàn)期間燃用煤種比設(shè)計(jì)值要好，且由于試驗(yàn)期間摻燒了褐煤，褐煤揮發(fā)分較高，比煙煤更易于燃燒，所以其未燃盡碳熱損失相對于單燒煙煤時(shí)要小，修正后排煙溫度低于設(shè)計(jì)排煙溫度，排煙熱損失相對較低，因此鍋爐熱效率要高于設(shè)計(jì)值。

4.2 燃盡風(fēng)門開度50%

在燃盡風(fēng)門開度50%時(shí)，經(jīng)計(jì)算鍋爐在220 MW、265 MW、350 MW 3種電負(fù)荷時(shí)的修正鍋爐熱效率依次為93.64%、93.83%、93.81%。燃盡風(fēng)門開度50%時(shí)鍋爐熱效率計(jì)算結(jié)果如表5所示，鍋爐熱效率隨電負(fù)荷變化曲線如圖2所示。

圖2 燃盡風(fēng)門開度50%時(shí)鍋爐熱效率隨電負(fù)荷變化曲線

如果要簡化鍋爐熱效率隨機(jī)組電負(fù)荷變化的數(shù)學(xué)關(guān)系，則根據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合。

y=-0.000 037 7x2+0.022 954 8x+90.374 992 5

(4)

式中：x為機(jī)組電負(fù)荷，MW；y為鍋爐熱效率，%。

表5 燃盡風(fēng)門開度50%時(shí)鍋爐熱效率計(jì)算結(jié)果

燃盡風(fēng)門開度50%時(shí)，在相同負(fù)荷下的鍋爐熱效率均低于燃盡風(fēng)全關(guān)時(shí)的鍋爐熱效率，其主要原因?yàn)殄仩t燃盡風(fēng)來源于二次風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)運(yùn)行氧量不變時(shí)，燃盡風(fēng)門開度50%將導(dǎo)致其主燃燒區(qū)域低氧燃燒，爐膛溫度降低，且二次風(fēng)旋流強(qiáng)度下降，卷吸大顆粒煤粉和高溫?zé)煔獾哪芰档停瑢?dǎo)致爐渣含碳量上升，未燃盡碳熱損失增大。

5 結(jié)論

a.在電廠目前燃用煤質(zhì)、設(shè)備狀況以及運(yùn)行方式下，不同褐煤摻燒比例的鍋爐熱效率變化不大，隨著摻燒褐煤比例增加，鍋爐熱效率有增加趨勢。

b.受摻燒一定比例褐煤影響，燃盡風(fēng)門全關(guān)時(shí)3種電負(fù)荷的鍋爐熱效率均大于設(shè)計(jì)值。

c.燃盡風(fēng)門開度50%時(shí)，由于主燃燒區(qū)域低氧燃燒，爐膛溫度降低，且二次風(fēng)旋流強(qiáng)度下降，導(dǎo)致爐渣含碳量上升，在相同負(fù)荷下鍋爐熱效率均低于燃盡風(fēng)全關(guān)時(shí)的鍋爐熱效率。