趙志忠 龍仲森 田維寬 胡興祥

（1、貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司大龍分公司，貴州 銅仁 554001 2、南京紐創(chuàng)電力科技有限公司，江蘇 南京 210043）

1 概述

基于四墻貼壁氣氛測量的鍋爐智能燃燒控制技術(shù)提出了以安全性指標(biāo)為約束條件的鍋爐高效燃燒與低氮排放綜合評價指數(shù)，構(gòu)建了基于四墻CO 和H2S 的鍋爐動態(tài)智能燃燒模型，解決了鍋爐高效燃燒、低氮排放、高溫腐蝕/結(jié)焦三者之間的突出矛盾。[1]本技術(shù)提出了鍋爐火焰燃燒過程四墻貼壁氣氛大數(shù)據(jù)庫控制燃燒技術(shù)，為智慧電廠構(gòu)建提供了關(guān)鍵支撐。運(yùn)用本技術(shù)在某電廠鍋爐安裝了四墻CO 和H2S 在線監(jiān)測系統(tǒng)，并依照在線測量數(shù)據(jù)對鍋爐燃燒進(jìn)行了配風(fēng)調(diào)整優(yōu)化。

2 四墻貼壁氣氛測量系統(tǒng)簡介

鍋爐爐膛四墻多點(diǎn)煙氣巡檢取樣系統(tǒng)在主燃燒器區(qū)域到SOFA 風(fēng)之間沿高度方向設(shè)置3 層取樣共12 個取樣點(diǎn)。用以監(jiān)測煤粉從鍋爐主燃燒器區(qū)域出來向上行走一直到爐膛出口整個燃燒火焰形成各階段的氧量情況，以及同一高度四墻氧取樣點(diǎn)氧量的偏差情況判斷火焰偏斜情況。在煙道旁路母管上有取樣口，經(jīng)煙氣過濾和煙氣除塵除水進(jìn)入在線監(jiān)測儀, 測量出H2S 和CO 濃度，見圖1。四墻貼壁氣氛測量系統(tǒng)測實(shí)現(xiàn)鍋爐四墻CO 和H2S 濃度在線監(jiān)測，其核心部件包括：鍋爐四墻壁面煙氣取樣系統(tǒng)、控制閥門、煙氣凈化裝置、CO 在線分析儀，熱風(fēng)反吹系統(tǒng)，見圖2。

圖1 鍋爐四墻CO 在線監(jiān)測系統(tǒng)

圖2 鍋爐四墻煙氣CO 濃度在線監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

3 鍋爐壁面氣氛測試和燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在某電廠安裝了四墻貼壁氣氛測量系統(tǒng)，并應(yīng)用此系統(tǒng)進(jìn)行了低、中、高負(fù)荷鍋爐燃燒配風(fēng)調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)。以得到鍋爐燃燒式最佳配風(fēng)比。沿燃燒區(qū)域爐墻按網(wǎng)格法原理安裝取樣測點(diǎn)，能了解爐墻貼壁處還原性氣氛的強(qiáng)弱，掌握爐墻發(fā)生高溫腐蝕及結(jié)焦的可能程度；獲得CO 和H2S 分布狀況，為運(yùn)行降低NOx 和減溫水量提供指導(dǎo)；依據(jù)CO分布規(guī)律可分析爐膛燃燒狀況，通過調(diào)整風(fēng)門獲得基于爐膛受熱面安全前提下，NOx 生成量和鍋爐效率的綜合最優(yōu)燃燒工況。[2-3]

3.1 低負(fù)荷（283MW）壁面氣氛摸底測試

低負(fù)荷下對鍋爐40m 和46m 的壁面氣氛進(jìn)行了摸底測試，40m 處測得H2S的最高點(diǎn)濃度為 385ppm 均值為287ppm，CO 的最高濃度為12540ppm 均值為7935ppm；46m 處H2S 的最高點(diǎn)濃度為282ppm 均值為172ppm，CO 的最高濃度為5560ppm 均值為2753ppm。

T-1 工況：低負(fù)荷下對鍋爐40m 和46m 的貼壁氣氛進(jìn)行了摸底測量，測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 低負(fù)荷壁面氣氛摸底數(shù)據(jù)

由表1 中的數(shù)據(jù)可看出H2S 和CO的濃度沿鍋爐高度逐漸降低，因此后期調(diào)整試驗(yàn)主要測量鍋爐40m 處H2S 和CO 的濃度。

3.2 低負(fù)荷燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在低負(fù)荷穩(wěn)定工況下經(jīng)過燃燒調(diào)整試驗(yàn)最終將H2S 的高點(diǎn)濃度降至220ppm，平均值為178ppm；CO 的高點(diǎn)濃度降至2600ppm，平均值為1426ppm。實(shí)測鍋爐效率為93.93%。（計(jì)算時煤的元素分析帶入設(shè)計(jì)校核煤種Ⅰ）

T-2 工況：283MW 下低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整，調(diào)整后測得就地?cái)?shù)據(jù)及濃度分布情況見表2，通過數(shù)據(jù)可以看出水平擺角調(diào)整前后對貼壁氣氛沒有明顯的下降，見表3。

表2 低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整

表3 調(diào)整水平擺角測量數(shù)據(jù)

T-3 工況：在以上T-1 到T-3 工況的基礎(chǔ)上對低位燃盡風(fēng)垂直擺角進(jìn)行了調(diào)整（由于高負(fù)荷下為了降低低溫再熱器、高溫再熱器壁溫及再熱器二級減溫水量將低位燃盡風(fēng)#1、#2 角擺角擺至20%開度，#3、#4 角擺角擺至80%開度），將#1、#2、#3、#4 角的垂直擺角全部調(diào)至水平位50%，測量數(shù)據(jù)和濃度分布見表4。

表4 低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整測試數(shù)據(jù)

低負(fù)荷工況下經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整，合理分配燃盡風(fēng)、偏置風(fēng)、周界風(fēng)和二次風(fēng)開度，最終將H2S 和CO 的含量降低，并且在測點(diǎn)水冷壁區(qū)域內(nèi)形成了氧化性的氣氛，根據(jù)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)可以有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 高負(fù)荷（660MW）下壁面氣氛摸底測試

高負(fù)荷下對鍋爐壁面氣氛進(jìn)行了摸底測試，測得H2S 的最高點(diǎn)濃度為338ppm 均值為296ppm，CO 的最高濃度為 16000ppm 均值為5993ppm。

T-4 工況：高負(fù)荷下對鍋爐的貼壁氣氛進(jìn)行了摸底測量，測試數(shù)據(jù)和濃度分布見表5。

表5 高負(fù)荷壁面氣氛摸底數(shù)據(jù)

3.4 高負(fù)荷（660MW）燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在高負(fù)荷穩(wěn)定工況下經(jīng)過燃燒調(diào)整試驗(yàn)最終將H2S 的高點(diǎn)濃度降至191ppm，平均值為154ppm；CO 的高點(diǎn)濃度降至2000ppm，平均值為750ppm。實(shí)測鍋爐效率為93.34%。（計(jì)算時煤的元素分析帶入設(shè)計(jì)校核煤種Ⅰ）

T-5 工況：在低負(fù)荷調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上先關(guān)小高位燃盡風(fēng)開大二次風(fēng)，測量數(shù)據(jù)和濃度分布見表6。

表6 偏置風(fēng)和周界風(fēng)調(diào)整測試數(shù)據(jù)

高負(fù)荷經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后O2含量處于較高的水平，H2S 和CO 含量均降低，水冷壁壁面形成氧化性氣氛中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 中負(fù)荷（500MW）下壁面氣氛摸底測試

中負(fù)荷下對鍋爐壁面氣氛進(jìn)行了摸底測試，測得H2S 的最高點(diǎn)濃度為334ppm 均值為233ppm，CO 的最高濃度為25400ppm 均值為9235ppm。

T-6 工況：在中負(fù)荷BCDEF 磨運(yùn)行的情況下對鍋爐的貼壁氣氛進(jìn)行了摸底測量，測試數(shù)據(jù)和濃度分布見表7。

表7 500MW 壁面氣氛摸底數(shù)據(jù)

3.6 中負(fù)荷（500MW 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在中負(fù)荷穩(wěn)定工況下經(jīng)過燃燒調(diào)整試驗(yàn)最終將H2S的高點(diǎn)濃度降至208ppm，平均值為154ppm；CO 的高點(diǎn)濃度降至1600ppm，平均值為817ppm。實(shí)測鍋爐效率為93.32%。（計(jì)算時煤的元素分析帶入設(shè)計(jì)校核煤種Ⅰ）

T-7 工況：ABCDE 磨運(yùn)行關(guān)小偏置風(fēng)、開大周界風(fēng)測試數(shù)據(jù)和濃度分布見表8。

表8 調(diào)整偏置風(fēng)和周界風(fēng)

在中負(fù)荷進(jìn)行了T-6 工況到T-7 工況共計(jì)2 個工況下的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，計(jì)量了在BCDEF 磨組合下通過調(diào)整小風(fēng)門的開度，對各個開度下的壁面氣氛進(jìn)行了數(shù)據(jù)測量，結(jié)果表明H2S 和CO 濃度呈下降趨勢，但是在T7工況下NOx 的排放達(dá)到320mg/m3；因此為了保證壁面氣氛的同時NOx 的排放在300 mg/m3以內(nèi)，針對磨煤機(jī)組合方式將BCDEF 組合改為ABCDE 組合并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終將NOx 控制在300 mg/m3以下，H2S 和CO 的濃度也控制了下來。

4 測試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 低負(fù)荷283MW 工況下最初測得40m 處硫化氫濃度最高點(diǎn)385ppm，平均值為287ppm，經(jīng)過小風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整后最終將硫化氫濃度最高點(diǎn)控制在220ppm，平均值為178ppm，NOx 的排放濃度為285 mg/m3。

4.2 中負(fù)荷500MW 工況下最初測得40m 處硫化氫濃度最高點(diǎn)334ppm，平均值為233ppm，經(jīng)過小風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整后最終將硫化氫濃度最高點(diǎn)控制在208ppm，平均值為154ppm，NOx 的排放濃度為242mg/m3。

4.3 高負(fù)荷660MW 工況下最初測得40m 處硫化氫濃度最高點(diǎn)338ppm，平均值為221ppm，鍋爐空預(yù)器出口一氧化碳排放高達(dá)4000ppm，經(jīng)過小風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整和氧量調(diào)整最終將硫化氫濃度最高點(diǎn)控制在191ppm，平均值為151ppm，一氧化碳降至500ppm 左右，NOx 的排放濃度為241mg/m3。

4.4 低、中、高負(fù)荷下通過風(fēng)門配比調(diào)整、低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整、氧量調(diào)整、風(fēng)箱差壓調(diào)整及磨煤機(jī)組合方式的調(diào)整，最終硫化氫和一氧化碳的濃度均下降，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，同時還控制了NOx 的排放在300mg/m3以下。在高負(fù)荷下低溫再熱器和高溫再熱器壁溫高、再熱器蒸汽二級減溫水偏大問題，最終經(jīng)過調(diào)整在鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時，低位燃盡風(fēng)垂直擺角，調(diào)整完后經(jīng)過運(yùn)行觀察，過熱器減溫水流量和再熱器一級減溫水流量較調(diào)整前明顯降低，低溫再熱器和高溫再熱器在高負(fù)荷穩(wěn)定工況下運(yùn)行時壁溫得到明顯改善降低10℃左右，再熱器蒸汽汽溫提高2℃，再熱蒸汽二級減溫水流量約減少10t/h。

4.5 在鍋爐上安裝四墻壁面氣監(jiān)測系統(tǒng)，經(jīng)過對高、中、低負(fù)荷的燃燒優(yōu)化調(diào)整的試驗(yàn)結(jié)果最終分析得出鍋爐配風(fēng)各層的小風(fēng)門開度見表9。

表9 鍋爐各層小風(fēng)門開度表

5 結(jié)論

提出基于四墻貼壁氣氛測量參量的鍋爐智能燃燒控制技術(shù)并在某電廠鍋爐新安裝了四墻煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)，可連續(xù)得在線測量鍋爐四墻壁面H2S 、CO 等還原氣氛濃度，研究了鍋爐四墻壁面CO 和H2S 的分布情況，依照四墻貼壁氣氛測量數(shù)據(jù)對鍋爐燃燒配風(fēng)進(jìn)行燃燒調(diào)整優(yōu)化，得到鍋爐日常運(yùn)行時最佳配風(fēng)各層風(fēng)門開度系數(shù)。在此最佳配風(fēng)比工況下，鍋爐減溫水流量減少，主蒸汽溫度升高，鍋爐燃燒效率提高，同時爐膛出口NOx 也降低。鍋爐的環(huán)保指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都得到提高。