王永剛，茍琮琦，李戈輝

（酒鋼集團宏晟電熱公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

某電廠鍋爐350 MW 超臨界直流鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重、飛灰大渣可燃物超標(biāo)，從2020 年6 月下旬開始深入研究旋流燃燒器配風(fēng)技術(shù)，從廠家旋流燃燒器說明書、設(shè)計圖紙入手，參考文獻資料，逐步開展了旋流器燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)優(yōu)化研究，經(jīng)過多次配風(fēng)各項優(yōu)化調(diào)整試驗論證，印證了文獻資料中旋流燃燒器中心風(fēng)、內(nèi)外二次風(fēng)、燃盡風(fēng)的作用，試驗出旋流燃燒器配風(fēng)的比例關(guān)系，總結(jié)出鍋爐燃燒不同煤種時的旋流燃燒器配風(fēng)控制方法。

1 設(shè)備及運行參數(shù)簡介

鍋爐型號：DG-1200/25.4-II4。鍋爐型式：燃煤超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐、單爐膛、一次中間再熱、前后墻對沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、前煤倉布置、緊身封閉、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)π 型鍋爐。鍋爐燃燒系統(tǒng)：鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式，20 只低氮氧化物含量(以下用NOX簡稱）燃燒器分前墻三層，后墻二層布置在爐膛前后墻上，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。燃燒器上部布置有燃燼風(fēng)(OFA)風(fēng)口，12 只燃燼風(fēng)風(fēng)口分別布置在前后墻上，在煤粉燃燒器的上方前后墻各布置2 層燃燼風(fēng)，上層前后墻各有4 只風(fēng)口，下層前后墻側(cè)燃燼風(fēng)各有2 只風(fēng)口，使沿爐膛寬度方向熱負(fù)荷及煙氣溫度分布更均勻。

旋流燃燒器將燃燒用空氣分為4 個部分：一次風(fēng)、內(nèi)二次風(fēng)、外二次風(fēng)和中心風(fēng)（如圖1所示）。一次風(fēng)粉混合物經(jīng)煤粉濃縮器產(chǎn)生徑向分離，形成外濃內(nèi)淡的徑向分布。內(nèi)、外二次風(fēng)在燃燒的不同階段噴入爐內(nèi)，實現(xiàn)燃燒器的分級送風(fēng)。內(nèi)二次風(fēng)的旋流器為固定式，葉片傾角為45°，其風(fēng)量可通過手動裝置調(diào)節(jié)，外二次風(fēng)量通過切向布置的葉輪式風(fēng)擋板調(diào)節(jié)，其轉(zhuǎn)動角度范圍為0°～75°；內(nèi)、外二次風(fēng)導(dǎo)流筒的擴錐角均設(shè)計為30°（外二次風(fēng)的擴口為水冷壁彎管）。燃燒器內(nèi)設(shè)有中心風(fēng)管，其中布置有油槍、高能點火器等設(shè)備。在煤粉燃燒器的上方布置有主燃燼風(fēng)（AAP）及側(cè)燃盡風(fēng)（SAP）燃燒器，其調(diào)風(fēng)器將燃燼風(fēng)分為2 股獨立的氣流送入爐膛，中心為直流，外圈為旋流（如圖2 所示），外旋流風(fēng)噴口的擴錐角設(shè)計為25°，旋流葉片角度固定為60°；外圈氣流的旋流強度和2 股氣流之間的風(fēng)量分配可調(diào)。

圖1 旋流燃燒器內(nèi)部示意圖

圖2 燃盡風(fēng)內(nèi)部示意圖

2 旋流燃燒器配風(fēng)優(yōu)化控制研究

2.1 旋流燃燒器配風(fēng)未優(yōu)化控制前鍋爐燃燒情況

2.1.1 燃燒控制對主要參數(shù)及結(jié)焦的影響

之前鍋爐燃燒調(diào)整處于比較固化的思路，由于旋流燃燒器配風(fēng)方式固定，一方面體現(xiàn)在鍋爐燃燒不適應(yīng)煤種變化的影響和鍋爐高低負(fù)荷變化的影響，導(dǎo)致鍋爐燃燒工況惡化，水冷壁、過熱器、再熱器結(jié)焦掛焦積灰，受熱面換熱效率變差，水冷壁冷灰斗滴焦堆焦蓬焦，飛灰大渣可燃物升高，生產(chǎn)人員危險作業(yè)打焦除焦等生產(chǎn)問題；另一方面主要體現(xiàn)在爐膛出口至尾部煙道各段溫度（重點監(jiān)視低再入口煙溫）普遍偏高運行，尾部煙道沿程阻力升高，機組接帶大負(fù)荷困難，給運行調(diào)整造成了很大困擾。

2.1.2 燃燒控制對環(huán)保及附屬設(shè)備的影響

旋流燃燒器燃燒控制影響脫硝入口NOX的變化，脫硝入口NOX控制受煤種變化和加減負(fù)荷的影響較大，其主要受煤種變化的影響，燃用高硫高氮煤種時，未及時調(diào)整內(nèi)外二次風(fēng)量比例導(dǎo)致脫硝入口NOX高限運行，環(huán)保排放參數(shù)控制壓力大。在機組加減負(fù)荷時啟停磨煤機過程中脫硝系統(tǒng)入口NOX快速升高，經(jīng)常全開噴氨調(diào)門運行，環(huán)保參數(shù)NOX排放值經(jīng)常臨界值運行，長時間大量液氨噴入后沾在空預(yù)器換熱片上，造成空預(yù)器堵塞的生產(chǎn)問題。

2.2 旋流燃燒器優(yōu)化控制研究過程

由于某電廠燃用煤種主要分別為新疆廣匯煤、新疆哈密煤、外蒙古策克煤等，根據(jù)不同煤種的特性對旋流燃燒器進行了配風(fēng)試驗，主要從外二次風(fēng)優(yōu)化、內(nèi)二次風(fēng)優(yōu)化、內(nèi)外二次風(fēng)配合優(yōu)化、中心風(fēng)門優(yōu)化、燃燼風(fēng)優(yōu)化、二次風(fēng)箱壓力優(yōu)化開展調(diào)整工作，結(jié)合實際就地觀察爐膛內(nèi)燃燒及結(jié)焦情況和監(jiān)視對比爐膛出口低再煙溫、脫硝入口NOX均在可控范圍,優(yōu)化調(diào)整得出了相關(guān)操作經(jīng)驗，制定出350 MW 鍋爐燃燒調(diào)整參照表，下述為優(yōu)化控制調(diào)整分項詳細(xì)過程。

2.2.1 外二次風(fēng)優(yōu)化調(diào)整

優(yōu)化調(diào)整前，無論燃燒器對應(yīng)磨煤機煤量每小時多少，外二次風(fēng)擋板均在手動固定模式，所有擋板開度均一樣，開度為60%，旋流角度約45°，固定配風(fēng)方式不適應(yīng)煤種和煤量的變化，對爐內(nèi)燃燒組織不利，極易火焰飛邊刷墻，煤粉燃燒不完全。

優(yōu)化調(diào)整后，經(jīng)調(diào)整試驗得出，外二次風(fēng)擋板旋流角度在23°～45°之間旋流強度更好，對應(yīng)調(diào)節(jié)擋板調(diào)整范圍為30%～60%，通過調(diào)節(jié)擋板大小來控制燃燒旋流強度、燃燒所需的氧量及控制外回流區(qū)大小。

經(jīng)優(yōu)化調(diào)整結(jié)合實際爐況，得出外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板遠(yuǎn)控和跟蹤煤量的關(guān)系，制定出外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板與磨煤機煤量為正比例對應(yīng)關(guān)系，外二次風(fēng)擋板投自動后，在機組加減負(fù)荷、啟停磨煤機過程中,鍋爐燃燒工況穩(wěn)定，脫硝入口NOX未出現(xiàn)大幅度變化和波動現(xiàn)象，外二次風(fēng)擋板投自動對脫硝入口NOX大幅度變化能有效控制,隨之供氨調(diào)門長期自動投入后，脫硝系統(tǒng)平穩(wěn)正常運行。外二次風(fēng)自動邏輯：根據(jù)外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板遠(yuǎn)控和跟蹤煤量的正比例對應(yīng)關(guān)系制定出外二次風(fēng)調(diào)節(jié)擋板與煤量的對應(yīng)曲線圖。如圖3所示。

圖3 外二次風(fēng)擋板與煤量對應(yīng)曲線圖

2.2.2 內(nèi)二次風(fēng)優(yōu)化調(diào)整

優(yōu)化調(diào)整前，內(nèi)二次風(fēng)擋板均在手動固定模式，所有擋板開度均一樣，開度為70%，固定配風(fēng)方式不適應(yīng)煤種和煤量的變化，對爐內(nèi)燃燒組織不利，極易火焰飛邊刷墻，煤粉燃燒不完全。

優(yōu)化調(diào)整后，經(jīng)調(diào)整試驗得出，內(nèi)二次風(fēng)內(nèi)軸向角度固定為45°內(nèi)二次風(fēng)擋板（就地調(diào)節(jié)刻度0°～90°手動可調(diào)）通過調(diào)節(jié)擋板大小來控制內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)量調(diào)整燃燒旋流強度、控制內(nèi)回流區(qū)位置，推薦調(diào)整范圍為30°～65°。

經(jīng)優(yōu)化調(diào)整結(jié)合實際爐況，得出燃用高揮發(fā)分煤種時應(yīng)開大內(nèi)二次風(fēng)擋板，燃用低揮發(fā)發(fā)煤種時應(yīng)關(guān)小內(nèi)二次風(fēng)擋板，目前該廠燃用的煤種基本為高揮發(fā)分煙煤，應(yīng)開大內(nèi)二次風(fēng)擋板，由于控制低NOX內(nèi)二次風(fēng)擋板不得不關(guān)小至安全開度運行，應(yīng)根據(jù)煤種實際確定擋板開度，經(jīng)試驗一般情況下燃用廣匯時內(nèi)二次風(fēng)開度40°左右、燃用哈密時內(nèi)二次風(fēng)開度35°左右、燃用策克時內(nèi)二次風(fēng)開度30°左右。

2.2.3 內(nèi)外二次風(fēng)配合優(yōu)化調(diào)整

內(nèi)外二次風(fēng)實際控制：因二次風(fēng)從每層大風(fēng)箱左右側(cè)進風(fēng)匯集，故中間風(fēng)壓稍高于兩邊，考慮到兩邊1號、4號燃燒器二次風(fēng)不足防止燃煤未燃盡火焰刷墻，特意調(diào)整外二次風(fēng)兩側(cè)燃燒器的擋板大于中間燃燒器的擋板，外內(nèi)二次風(fēng)實際控制如下。

外二次風(fēng)兩側(cè)擋板投入自動開偏置為5%～10%，中間擋板自動偏置為-10%至-15%，但煤量較小時調(diào)整中間擋板自動偏置最小開度不小于30%運行。

內(nèi)二次風(fēng)控制，根據(jù)燃燒器旋向BCE 層:1/4 角小，2/3角大；AD層:1/4角大，2/3角小，因為內(nèi)二次風(fēng)擋板為就地手動調(diào)節(jié)。根據(jù)煤種和經(jīng)驗確定好擋板開度后一般運行不做調(diào)整。

內(nèi)外二次風(fēng)配比控制：根據(jù)上煤煤種發(fā)生變化較大時，觀察燃燒情況惡化結(jié)焦和脫硝入口NOX失控等情況下，應(yīng)及時調(diào)整外內(nèi)二次風(fēng)擋板。依據(jù)煤種結(jié)合實際燃燒調(diào)整內(nèi)外二次風(fēng)擋板，觀察結(jié)焦、爐況參數(shù)、環(huán)保NOX等配比出更實用更經(jīng)濟的開度。

2.2.4 中心風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整

優(yōu)化調(diào)整前，中心風(fēng)擋板開度全開，開大影響了主燃燒器區(qū)二次風(fēng)需要量，影響內(nèi)回流區(qū)縮短。

優(yōu)化調(diào)整后，中心風(fēng)的控制，能滿足燃燒器火嘴冷卻，防止燃燒器結(jié)焦和灰渣倒灌，加長內(nèi)回流區(qū)面積，盡量關(guān)小中心風(fēng)擋板（就地調(diào)節(jié)刻度0°～90°手動可調(diào)），建議開度30°～50°。

2.2.5 燃燼風(fēng)優(yōu)化調(diào)整

優(yōu)化調(diào)整前，由于控制脫硝NOX生成，燃燼風(fēng)開大，二次風(fēng)箱風(fēng)壓降低，影響了主燃燒器區(qū)燃燒需要的氧量，對爐內(nèi)燃燒組織不利，極易火焰飛邊刷墻，煤粉燃燒不完全。

優(yōu)化調(diào)整后，燃燼風(fēng)的層擋板盡量在脫硝入口NOX可控制的范圍內(nèi)關(guān)小運行，層擋板保持在50%以下運行，機組加減負(fù)荷時防止大幅度操作后破壞二次風(fēng)風(fēng)箱風(fēng)壓。

2.2.6 二次風(fēng)箱壓力優(yōu)化調(diào)整

優(yōu)化調(diào)整前，由于燃燒器配風(fēng)固化，導(dǎo)致主燃燒器區(qū)二次風(fēng)包裹不住煤粉，造成煤粉燃不盡產(chǎn)生灰渣不完全熱損失，其次燃燒不完全脫硝入口產(chǎn)生大量NOX,被迫開大燃燼風(fēng)，拉低二次風(fēng)箱風(fēng)壓甚至嚴(yán)重時為負(fù)壓運行，加劇煤粉飛邊刷墻現(xiàn)象，其次前后上下層燃燒器二次風(fēng)風(fēng)壓無任何規(guī)定，爐內(nèi)燃燒組織較差。

優(yōu)化調(diào)整后，內(nèi)外二次風(fēng)合理配合后，二次風(fēng)風(fēng)箱壓力主要由主燃燒器層擋板和燃燼風(fēng)擋板配合控制。若脫硝入口NOX可控，盡量關(guān)小燃燼風(fēng)來控制二次風(fēng)風(fēng)箱壓力接近設(shè)計壓力運行，嚴(yán)禁二次風(fēng)箱負(fù)壓運行。二次風(fēng)層擋板起到對總風(fēng)量分配到各層燃燒器作用，噴燃器停運后關(guān)閉層擋板至最小開度對噴燃器進行冷卻，層擋板開度的變化可改變各層燃燒器的總體風(fēng)量，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整基本掌握層擋板配風(fēng)要求，得出“上下有別、前后有別”的配風(fēng)方式。

2.2.7 燃用煤種優(yōu)化后調(diào)整對照表

經(jīng)過燃燒優(yōu)化調(diào)整，旋流燃燒器配風(fēng)控制主要依據(jù)煤種變化，綜合考慮鍋爐結(jié)焦、鍋爐各段煙溫以及脫硝入口NOX變化進行及時調(diào)整，主要調(diào)整內(nèi)外二次風(fēng)擋板開度，根據(jù)實際燃燒情況討論調(diào)整出合適的配比。

根據(jù)某電廠煤種采購和庫存，350 MW 鍋爐燃用設(shè)計煤種為哈密，摻燒煤種為廣匯、策克居多，根據(jù)以上燃燒優(yōu)化分項調(diào)整得出燃用廣匯煤、哈密煤、策克煤相關(guān)內(nèi)外二次風(fēng)擋板配比，制定出350 MW鍋爐燃燒調(diào)整參照表如表1所列。

表1 350MW鍋爐燃燒調(diào)整參照表

2.3 旋流燃燒器優(yōu)化控制后效果

2.3.1 低溫再熱器入口煙溫（鍋爐出口煙溫）變化

機組高負(fù)荷（330 MW）同工況對比，趨勢圖是從2020 年6 月28 日至7 月26 日，其A 側(cè)低再入口煙氣溫度降低10 ℃，B 側(cè)低再入口煙氣溫度降低約18 ℃。低再入口煙溫變化趨勢如圖4所示。

圖4 低溫再熱器入口煙溫變化圖

2.3.2 減溫水量變化

鍋爐負(fù)荷同工況（330 MW）,趨勢圖是從2020年6 月29 日至7 月26 日,其B 側(cè)過熱器減溫水門減小30%開度，過熱器減溫水量平均降低9.6 t/h，主要降低原因分析為水冷壁結(jié)焦減少其換熱加強。A側(cè)再熱減溫水門開度增大6%，再熱器減溫水量平均增大8 t/h。分析再熱器減溫水量增大的原因初步判斷為低溫再熱器吸熱量大。減溫水調(diào)門開度變化趨勢如圖5所示。

圖5 減溫水門變化圖

2.3.3 鍋爐未完全燃燒熱損失變化

鍋爐未完全燃燒熱損失明顯降低，CO 含量、飛灰含碳量、大渣含碳量變化趨勢如圖6所示，統(tǒng)計試驗期間鍋爐飛灰、大渣含碳量數(shù)據(jù)，7 月份共進行4次化驗監(jiān)督，飛灰含碳量從調(diào)整前3.58%降低至0.43%，降低了3.15 個百分點，平均降幅約1.8%，大渣含碳量均在1%以下，無明顯變化,鍋爐效率提高0.8%；CO 含量日平均降低約300 mg/m3，鍋爐效率提高0.1%。

圖6 鍋爐未完全燃燒熱損失變化圖

2.3.4 配風(fēng)優(yōu)化后鍋爐爐況的改善

爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定，火焰充滿度均勻良好，未發(fā)現(xiàn)火焰偏移及爐溫偏差過大現(xiàn)象，爐膛出口低再入口煙溫較以前降低30～50 ℃，爐況大幅度改善，優(yōu)化后鍋爐水冷壁、過熱器、再熱器結(jié)焦掛焦積灰及冷灰斗滴焦堆焦蓬焦情況明顯改善；有效降低了固體未完全熱損失和灰渣熱損失，受熱面換熱效率明顯提高，提高了鍋爐效率，保證鍋爐長時間安全運行，鍋爐接帶大負(fù)荷能力大大提高。

優(yōu)化內(nèi)二次風(fēng)擋板跟煤種、外二次風(fēng)擋板投自動跟煤量后，鍋爐在加減負(fù)荷過程中，脫硝入口NOX無大幅度波動，脫硝系統(tǒng)可控，噴氨調(diào)門長時間投自動可調(diào)?；菊莆樟隋仩t燃燒不同煤種時旋流燃燒器配風(fēng)方式，解決了摻燒不同煤種的結(jié)焦問題。通過新加裝水冷壁壁溫8 個測點均控制在410 ℃以內(nèi)運行，偏差控制在20 ℃以內(nèi)，基本可以判斷出鍋爐水冷壁那個部位結(jié)焦掛焦。優(yōu)化調(diào)整后水冷壁和冷灰斗基本無結(jié)焦現(xiàn)象。

3 結(jié)語

（1）通過燃燒優(yōu)化調(diào)整總結(jié)出：內(nèi)二次風(fēng)隨煤種變化而調(diào)整，外二次風(fēng)跟蹤煤量變化而調(diào)整，主燃燒器層擋板及燃盡風(fēng)擋板隨二次風(fēng)箱壓力和脫硝入口NOX調(diào)整。

（2）旋流燃燒器所有有關(guān)的二次風(fēng)盡可能從燃燒器火嘴處進入，減少燃燼風(fēng)和中心風(fēng)比例，增大二次風(fēng)風(fēng)箱壓力，保證各個燃燒器主燃燒區(qū)燃燒旋流強度和燃燒所需的氧量。

（3）內(nèi)二次風(fēng)控制:內(nèi)二次風(fēng)小與一次風(fēng)混合晚，適合低揮發(fā)分煤種，內(nèi)二次風(fēng)量小延遲燃燒過程，降低火焰強度和溫度，減小NOX的生成；內(nèi)二次風(fēng)大與一次風(fēng)混合早，適合高揮發(fā)分煤種。內(nèi)二次風(fēng)擋板調(diào)整時應(yīng)根據(jù)噴燃器旋向進行調(diào)整，向側(cè)墻方向旋轉(zhuǎn)的應(yīng)關(guān)小，向爐膛中心方向旋轉(zhuǎn)的應(yīng)適當(dāng)開大，細(xì)調(diào)原則實現(xiàn)“旋向有別、里外有別”的配風(fēng)方式。

（4）外二次風(fēng)控制：外二次風(fēng)主要保證煤粉燃盡，在爐膛附近形成氧化氣氛，防止鍋爐結(jié)焦和高溫腐蝕。外二次風(fēng)擋板開度與磨煤機出力呈對應(yīng)關(guān)系投自動進行調(diào)整，不僅能有效控制鍋爐結(jié)焦，還對環(huán)保排放控制起著有效的作用。外二次風(fēng)擋板根據(jù)實際燃燒需要應(yīng)按兩側(cè)擋板開度大于中間開度，細(xì)調(diào)原則實現(xiàn)“外大里小、里外有別”的配風(fēng)方式；燃燒器對應(yīng)磨煤機停運后應(yīng)全關(guān)外二次風(fēng)擋板，使少量的冷卻用二次風(fēng)由內(nèi)二次風(fēng)噴口進入爐膛。

（5）層擋板及二次風(fēng)箱風(fēng)壓控制：二次風(fēng)風(fēng)箱壓力主要由主燃燒器層擋板和燃燼風(fēng)擋板配合控制；若脫硝入口NOX可控，盡量關(guān)小燃燼風(fēng)來建立二次風(fēng)風(fēng)箱壓力靠設(shè)計壓力運行，嚴(yán)禁二次風(fēng)箱負(fù)壓運行，噴燃器停運后，層擋板開度10%可維持正常冷卻風(fēng)量；后墻層二次風(fēng)擋板開度應(yīng)大于前墻層二次風(fēng)擋板開度運行，下層二次風(fēng)擋板開度應(yīng)大于上層二次風(fēng)擋板開度運行，實現(xiàn)“上下有別、前后有別”的配風(fēng)方式。