國(guó)能寧夏大壩三期發(fā)電有限公司 張 森

目前，國(guó)內(nèi)燃煤鍋爐多采用含氧量做為鍋爐燃燒調(diào)整的主要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。但在實(shí)際運(yùn)行中，含氧量受到煙氣分布的不均勻性以及漏風(fēng)等影響，并不能很好的反應(yīng)爐內(nèi)燃燒的實(shí)際情況，本文介紹了利用煙氣中的CO成分含量進(jìn)行燃燒優(yōu)化的策略和技術(shù)。并以某火電廠為例進(jìn)行分析對(duì)比，闡述基于CO控制的鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整的優(yōu)缺點(diǎn)。

某火力發(fā)電廠DG2070/17.5-Π6型鍋爐由東方鍋爐股份有限公司制造，亞臨界、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架的Π型汽包鍋爐。鍋爐燃燒器為內(nèi)濃外淡型低NOx中心給粉旋流煤粉燃燒器，布置于爐膛前后墻水冷壁上，分成上、中、下三層，每層各5只，總共30只。在最上層燃燒器上面布置有燃燼風(fēng)噴口，前后墻各兩層，每層各5只，總共20只。

鍋爐的燃燒工況在很大程度上影響著鍋爐設(shè)備和整個(gè)發(fā)電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。燃燒工況調(diào)整適當(dāng)，即燃料燃燒完全、爐膛溫度場(chǎng)和熱負(fù)荷分布均勻，是保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的必要條件。然而在鍋爐燃燒中，尤其是前后墻對(duì)沖燃燒方式的鍋爐，往往容易出現(xiàn)煤粉分布不均勻、結(jié)焦結(jié)渣、高溫腐蝕、爐膛出口和空預(yù)器出口煙溫偏差大和高溫過(guò)熱器及高溫再熱器管壁超溫等影響機(jī)組運(yùn)行的問(wèn)題。實(shí)際煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏差很大是造成爐膛燃燒狀況不佳的的主要原因之一，但對(duì)于電廠而言，煤種的可控性相對(duì)較差。而通過(guò)合理有效的燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，其意義更加重大。

1 氧量控制和CO控制的區(qū)別

氧量控制的主要缺點(diǎn)是不能直接反映爐內(nèi)空氣和煤粉混合狀況的好壞，僅能提供過(guò)量空氣系數(shù)。同時(shí)，對(duì)于大容量燃煤鍋爐來(lái)說(shuō)，煙氣往往混合很不均勻，而且隨運(yùn)行時(shí)間的增加會(huì)造成風(fēng)煙道積灰、漏風(fēng)等問(wèn)題，會(huì)造成煙氣流場(chǎng)更加不均勻以及氧量測(cè)量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確；相比而言，漏風(fēng)對(duì)CO的測(cè)量要小的多[1]。煤粉鍋爐煙氣的CO濃度隨著風(fēng)量下降而上升。當(dāng)風(fēng)量下降至某一臨界值時(shí)CO會(huì)急劇上升。燃燒中監(jiān)測(cè)CO的缺點(diǎn)是，在大風(fēng)量下CO很低、不容易監(jiān)測(cè)，同時(shí)在風(fēng)量大的情況下，其變化非常平穩(wěn)和緩慢。

2 相關(guān)影響

2.1 對(duì)鍋爐結(jié)焦和受熱面高溫腐蝕的影響

煤粉從進(jìn)入爐膛到燃燼，僅僅2～3s時(shí)間，同時(shí)爐膛的火焰溫度在1300～1700℃左右，即燃燒是非常迅速的，在爐膛的局部區(qū)域，當(dāng)煙氣的過(guò)剩氧量低于0.5%時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生大量的CO，會(huì)造成爐膛局部區(qū)域的還原性氣氛，而這正是產(chǎn)生結(jié)焦和高溫腐蝕的必要條件（圖1）。而且結(jié)焦是一個(gè)不可逆的過(guò)程，故控制鍋爐結(jié)焦，除燃煤灰熔點(diǎn)的因素以外，如何正確的控制鍋爐還原性氣氛是最為直接的[2]。

圖1 2017年鍋爐水平煙道結(jié)焦情況

低氮燃燒器改造后，空氣分級(jí)燃燒雖能有效較低NOx的生成，但相應(yīng)也抬高了鍋爐火焰中心，而我廠鍋爐設(shè)計(jì)偏低，結(jié)合高負(fù)荷時(shí)主燃區(qū)缺氧問(wèn)題及低負(fù)荷時(shí)空預(yù)器易堵塞的問(wèn)題，采取了低負(fù)荷時(shí)開(kāi)啟燃盡風(fēng)來(lái)控制脫硝入口NOx不超350mg/m3，高負(fù)荷時(shí)將燃盡風(fēng)關(guān)至最小開(kāi)度降低火焰中心，控制CO含量不超1000mg/m3，自2018年后再未發(fā)生水平煙道結(jié)焦的情況。

2.2 對(duì)鍋爐效率的影響

按照燃燒理論來(lái)講，在使燃料完全燃燒之前提下，過(guò)量空氣系數(shù)愈少，愈能提高燃燒溫度而促進(jìn)良好的燃燒，并能減少排煙所帶走的排煙熱損失；反之，送風(fēng)量增加，爐內(nèi)過(guò)量空氣系數(shù)增大，將增加煙氣流量和降低燃燒溫度，而爐膛出口煙溫變化很小。雖然各對(duì)流受熱面的吸熱量增加，但流過(guò)各受熱面的煙氣溫降將減小，排煙溫度增加。但在一定范圍內(nèi)氧量增加鍋爐效率將增加，這是因?yàn)檫^(guò)量空氣系數(shù)增加將使未燃盡損失Q3和Q4減小，所以存在一個(gè)最佳過(guò)量空氣系數(shù)，在該值處排煙損失與未燃盡損失之和為最小。

在低負(fù)荷階段，在鍋爐金屬壁溫可控的情況下，盡量降低鍋爐氧量，當(dāng)CO含量出現(xiàn)小范圍的波動(dòng)時(shí)停止，在高負(fù)荷期間，控制CO含量≯1000mg/m3的情況下盡量降低鍋爐氧量，鍋爐氧量?jī)H作為參考，同時(shí)兼顧金屬壁溫可控，按照這個(gè)原則，可最大限度的降低鍋爐排煙損失的同時(shí)并不會(huì)造成機(jī)械不完全燃燒損失增加，將鍋爐過(guò)量空氣系數(shù)控制在最佳范圍內(nèi)，也就是鍋爐效率最高點(diǎn)，如圖2至圖5為2018年至2020年鍋爐效率、排煙溫度、排煙氧量、飛灰可燃物的變化曲線，可明顯看出該控制策略成效明顯。

圖2 2018～2020年鍋爐效率

圖3 2018～2020年排煙溫度

圖4 2018～2020年排煙氧量

圖5 2018～2020年飛灰可燃物

2.3 對(duì)鍋爐超溫控制的影響

通過(guò)合理控制鍋爐CO，在機(jī)組變負(fù)荷或者燃煤煤質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，將CO作為主要監(jiān)視手段，當(dāng)CO出現(xiàn)明顯上升時(shí)說(shuō)明鍋爐燃燒不充分，勢(shì)必會(huì)造成鍋爐火焰中心上移，屏式過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器、高溫再熱器換熱量增加，從而引起減溫水量增加，汽溫、金屬壁溫上升甚至超限，此時(shí)應(yīng)立即增加鍋爐送風(fēng)量，控制燃煤量，提前投入減溫水，可有效減少超溫情況，2018年至2020年超溫次數(shù)分別為158次、122次、94次，超溫次數(shù)年均降幅30%以上（圖6）。

圖6 2018～2020年鍋爐超溫次數(shù)

3 改進(jìn)的方向

目前CO測(cè)點(diǎn)僅安裝與左右側(cè)SCR入口以及凈煙氣處，凈煙氣CO測(cè)量數(shù)據(jù)較為滯后，對(duì)于鍋爐燃燒情況反映遲滯性較大，SCR入口測(cè)點(diǎn)為單點(diǎn)測(cè)量，僅能代表具備區(qū)域煙氣成分，無(wú)法做到更為精細(xì)的調(diào)整，可將CO測(cè)點(diǎn)前移至爐膛出口，并在前后墻分別布置5支測(cè)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更為及時(shí)和精細(xì)的爐內(nèi)燃燒工況判斷，并進(jìn)行更加精確的燃燒優(yōu)化調(diào)整。制粉系統(tǒng)缺少在線風(fēng)粉在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，不利于實(shí)時(shí)調(diào)整各粉管的供粉量以及控制煤粉細(xì)度，若增加該監(jiān)測(cè)手段后，可使制粉系統(tǒng)的控制更加精細(xì)，有利于平衡爐膛燃燒以及降低制粉系統(tǒng)電耗。

結(jié)論：利用本文提出的燃燒調(diào)整思路并加以實(shí)施，可以分析研究爐膛結(jié)渣、火焰偏斜、排煙溫度高等原因并加以調(diào)整，可以根據(jù)不同的負(fù)荷和煤種，進(jìn)行合理的配風(fēng)、配煤，以保證鍋爐燃燒的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性；利用CO和氧量在鍋爐不同區(qū)域的分析數(shù)據(jù)，可以直觀判斷配風(fēng)狀態(tài)的優(yōu)劣并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。其中在爐膛區(qū)域進(jìn)行煙氣成份的測(cè)試，本質(zhì)是開(kāi)展熱態(tài)爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)調(diào)整工作；通過(guò)細(xì)致的燃燒優(yōu)化，不僅可以使鍋爐達(dá)到精致和諧的燃燒狀態(tài)，而且也帶來(lái)低NOX排放的效果。