呂為智, 趙 旭, 何 翔, 馬達(dá)夫

(上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司,上海 200240)

近年來,隨著風(fēng)電、光伏等新能源的大規(guī)模發(fā)展,新能源裝機容量及發(fā)電量占比越來越高,預(yù)計到2035年我國新能源發(fā)電量占比將超過20%,清潔能源消納問題需要未雨綢繆?？紤]到火電機組具有“一次能源可儲、二次能源易控”的特性,火電可有效解決新能源間歇性強、波動大、預(yù)測難等隨機性和不穩(wěn)定性問題,在確保電量供應(yīng)的同時可滿足出力可靠性要求[1-2]。因此,火電被認(rèn)為是我國最適宜的調(diào)峰電源。2021年,《關(guān)于開展全國煤電機組改造升級的通知》中明確指出“十四五”期間完成煤電機組靈活性改造2億kW,增加系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力3 000～4 000萬kW,火電靈活性改造仍有較大的增長空間。

根據(jù)文獻(xiàn)報道,低負(fù)荷下火電機組的穩(wěn)燃問題是火電靈活性改造關(guān)注的核心與重點[3-4]。當(dāng)機組在低負(fù)荷下運行時,煤粉氣流燃燒邊界條件與實際設(shè)計邊界條件存在較大偏離,爐膛斷面及容積熱負(fù)荷急劇下降,導(dǎo)致爐膛主燃燒器區(qū)域煙氣溫度偏低,煤粉氣流卷吸熱及輻射吸熱量大幅降低,最終導(dǎo)致低負(fù)荷運行工況下煤粉氣流著火困難,穩(wěn)定性差,容易發(fā)生火檢閃爍、熄火等安全事故。

從實際改造案例[3-7]來看,目前提高火電機組低負(fù)荷穩(wěn)燃能力的主要技術(shù)手段包括改變風(fēng)煤比、增加空氣的湍流度、減少閑置燃燒器的冷卻風(fēng)量、改變?nèi)紵鞯慕Y(jié)構(gòu)、改變磨煤機的控制運行方式及采用單雙磨運行等。這些措施有利于提高機組低負(fù)荷穩(wěn)燃能力。然而,火電機組靈活性改造后,燃燒工況與改造前存在較大的差異,在提高低負(fù)荷穩(wěn)燃能力的同時也必然提高了高負(fù)荷下爐膛主燃燒器區(qū)域煙氣溫度,對于低熔點煤種容易引發(fā)高負(fù)荷下鍋爐結(jié)焦、NOx生成量偏高等問題。

因此,筆者以某600 MW超臨界參數(shù)直流本生型鍋爐為研究對象,針對機組靈活性改造后運行時存在的結(jié)焦問題展開研究,并分析其原因。通過燃燒優(yōu)化試驗,達(dá)到提高低負(fù)荷穩(wěn)燃能力、抑制鍋爐結(jié)焦的目的,為國內(nèi)同類型火電機組靈活性改造后的燃燒優(yōu)化提供經(jīng)驗數(shù)據(jù)以及技術(shù)參考。

1 設(shè)備概況

以某600 MW超臨界參數(shù)變壓直流本生型鍋爐為研究對象,型號為DG 1900/25.4-Ⅱ1,采用一次中間再熱、單爐膛螺旋管圈水冷壁、尾部雙煙道結(jié)構(gòu)、擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)和露天Π型布置。鍋爐采用前后墻對沖燃燒方式,設(shè)置24個HT-NR3燃燒器,分3層布置在爐膛前后墻上。燃燒器上部布置有燃盡風(fēng)(OFA)風(fēng)口,12個燃盡風(fēng)風(fēng)口分別布置在前后墻上,燃燒器布置如圖1所示。

(a) 縱剖視圖

(b) 前視圖圖1 燃燒器布置Fig.1 Burner layout

2021年,對該機組實施了靈活性低負(fù)荷穩(wěn)燃燃燒器改造,主要改造內(nèi)容如下:將前后墻中下層燃燒器(16個)全部更換,燃燒器采用DBC-OPCC-IV型旋流煤粉燃燒器,下層A、F燃燒器采用外置分離器低負(fù)荷燃燒器,中層B、D燃燒器采用新型旋流煤粉燃燒器,并采用新型冷卻風(fēng)系統(tǒng)。上層C、E燃燒器保持原有的HT-NR3燃燒器。改造后機組低負(fù)荷穩(wěn)燃能力有所提高,實現(xiàn)了30%低負(fù)荷下的安全穩(wěn)定燃燒。

如圖2所示,外置分離器燃燒器是一次風(fēng)在燃燒器外進行濃淡預(yù)分離,燃燒器入口煤粉管道中增加濃淡分離設(shè)備,將進入燃燒器的一次風(fēng)進行濃淡分離,將大約50%的一次風(fēng)和10%～15%煤粉分離出來,再經(jīng)乏氣管引到乏氣噴口直接噴入爐膛燃燒,其余50%的一次風(fēng)和85%～90%的煤粉由燃燒器一次風(fēng)噴口噴入爐內(nèi)。乏氣風(fēng)管上設(shè)置電動風(fēng)門,可遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)乏氣風(fēng)量,以便調(diào)節(jié)濃煤粉側(cè)一次風(fēng)量和燃燒器出口風(fēng)速,提高燃燒器對負(fù)荷與煤種的適應(yīng)性。經(jīng)煤粉管道的煤粉氣流由偏心管進入外置煤粉分離器,進入分離器的煤粉顆粒在慣性力的作用下沿彎頭壁面向上進入濃煤粉側(cè),而在分離器中部設(shè)有乏氣風(fēng)管,被分離后的乏氣風(fēng)經(jīng)乏氣風(fēng)管進入燃燒器上方的乏氣風(fēng)燃燒器,最后進入爐膛燃燒。

低負(fù)荷燃燒狀態(tài)下,在一次風(fēng)進入燃燒器之前通過外置式分離裝置將一部分乏氣分離出來,濃煤粉通過燃燒器送入爐膛,而乏氣從遠(yuǎn)離燃燒器的其他區(qū)域送入爐膛,從而達(dá)到降低燃燒器送入爐膛的一次風(fēng)率,減小煤粉氣流風(fēng)煤比,降低了煤粉氣流風(fēng)煤比較大時對煤粉燃燒安全性和穩(wěn)定性的影響。在低負(fù)荷運行情況下,燃燒器入口風(fēng)煤比較大,會影響煤粉的著火和穩(wěn)燃,而外置分離器燃燒器可以解決一次風(fēng)風(fēng)煤比較大的問題,目前國內(nèi)部分機組開始實施外置分離器低負(fù)荷燃燒器改造。

單位:mm

2 運行現(xiàn)狀及原因分析

靈活性改造前后,機組的配煤方式不變。下層A、F磨煤機采用中平煤,較為固定。其余磨煤機配煤方式變化較大,多采用高質(zhì)煤,其熱值為1.63～1.84 MJ/kg,高質(zhì)煤灰熔點較低,約為1 100 ℃。中平煤及高質(zhì)煤的煤質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 中平煤和高質(zhì)煤煤質(zhì)參數(shù)

靈活性改造后,該機組鍋爐頻繁掉渣,導(dǎo)致?lián)圃鼨C渣量過大甚至跳閘,并同時伴隨爐膛負(fù)壓波動,波動值達(dá)到400～800 Pa。除此之外,低負(fù)荷下脫硝系統(tǒng)入口NOx含量較大(最高質(zhì)量濃度達(dá)到800 mg/m3),遠(yuǎn)大于環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)(最嚴(yán)標(biāo)準(zhǔn)值為15 mg/m3),導(dǎo)致噴氨量增加、空氣預(yù)熱器堵塞,A側(cè)空氣預(yù)熱器差壓最高達(dá)到2 kPa。

該鍋爐于2021年11月18日點火,C、E倉上高質(zhì)煤,其揮發(fā)分高、熱值大、灰熔點低且在上層磨煤機燃燒。高負(fù)荷下爐膛出口溫度高,高質(zhì)煤煤粉氣流在爐內(nèi)行程短、停留時間短。通過就地觀火孔觀察發(fā)現(xiàn),屏式過熱器區(qū)域以及主燃燒器區(qū)域等位置發(fā)生明顯的結(jié)焦、掛焦現(xiàn)象,且火焰較為明亮。如圖3所示,從部分撈渣機掉渣的宏觀形貌上來看,灰渣多為黃褐色,質(zhì)地堅硬,出現(xiàn)明顯的大氣孔結(jié)構(gòu)以及熔融現(xiàn)象。

圖3 灰渣宏觀形貌Fig.3 Macroscopic morphology of slag

根據(jù)實際運行情況來看,層操二次風(fēng)擋板開度為0,高負(fù)荷下中上層燃燒器二次風(fēng)、燃盡風(fēng)的風(fēng)壓基本為0 Pa,由此判斷中上層可能存在缺風(fēng)的現(xiàn)象,高溫還原性氣氛下結(jié)焦的可能性大大提高。另外,爐內(nèi)整體熱負(fù)荷達(dá)到較高水平,高負(fù)荷下主燃燒器區(qū)域煙氣溫度高達(dá)1 350～1 380 ℃,且B、D層局部熱負(fù)荷最高,B、D燃燒器噴口結(jié)焦的可能性及風(fēng)險較大。

如圖4所示,灰渣的微觀形貌多為熔融后粘結(jié)在一起,從化學(xué)組成來看,多為Ca、Fe、S等元素的復(fù)合礦物,與文獻(xiàn)報道的研究成果[8-9]相吻合。從灰渣的化學(xué)成分變化來看,灰渣中明顯發(fā)現(xiàn)Fe和S元素的富集,這與焦塊質(zhì)地堅硬、呈黃褐色等宏觀表現(xiàn)特征相吻合。

(a) 微觀形貌

(b) 元素組成圖4 灰渣微觀形貌及元素組成Fig.4 Microstructure and element composition of ash

根據(jù)燃燒器設(shè)計說明,外置分離器燃燒器改造后,燃燒器內(nèi)、外層軸向二次風(fēng)均改為旋流,其中內(nèi)二次風(fēng)量設(shè)置較少(25%),內(nèi)、外二次風(fēng)同向旋轉(zhuǎn)。如圖5所示,在外置分離器的作用下,由于慣性力,進入分離器的煤粉被分為濃淡2股煤粉氣流,其中絕大部分煤粉沿彎頭外壁面進入分離器濃側(cè)出口。根據(jù)模擬計算結(jié)果,一次風(fēng)粉氣流經(jīng)外置分離器濃淡分離后,約50%的一次風(fēng)攜帶85%～90%的煤粉進入煤粉燃燒器,此時,煤粉燃燒器內(nèi)煤粉濃縮比可達(dá)3～5,旋轉(zhuǎn)氣流能將爐膛內(nèi)的高溫?zé)煔饩砦矫悍壑饏^(qū),噴口處形成高煤粉濃度、高溫、較高氧濃度的“三高”局部區(qū)域,保持煤粉火焰穩(wěn)定。由于內(nèi)、外二次風(fēng)均采用就地調(diào)整,高負(fù)荷下與低負(fù)荷下保持相同開度,高負(fù)荷下燃燒器噴口處“三高”區(qū)域更為明顯,容易導(dǎo)致燃燒器局部區(qū)域煙氣溫度偏高,通過移動式紅外測量,高負(fù)荷下主燃燒器區(qū)域煙氣溫度高達(dá)1 338 ℃。

圖5 外置分離器燃燒器煤粉顆粒運行軌跡

此外,靈活性改造后,燃燒配風(fēng)方式仍為原有配風(fēng)方式,側(cè)重于利用空氣分級降低NOx排放,這就意味著主燃燒器區(qū)域氧量低、還原性氣氛強。通過便攜式煙氣分析儀對主燃燒器區(qū)域煙氣成分進行測量,發(fā)現(xiàn)該運行方式下主燃燒器區(qū)域H2S、CO的含量偏高,其中H2S質(zhì)量濃度高達(dá)1 214～1 517 mg/m3,CO質(zhì)量濃度高于7 500 mg/m3,表明原煤中以FeS2為主的礦物質(zhì)在還原性氣氛下未完全氧化,主要產(chǎn)物為FeO、Fe-O-S系化合物,該類物質(zhì)熔點低,在煙氣中呈現(xiàn)熔融狀態(tài),為不穩(wěn)定中間產(chǎn)物,容易黏附在水冷壁、分隔屏等高溫受熱面,形成灰渣的初始形成層。煤中內(nèi)在含Ca、Mg等元素的礦物質(zhì)暴露在煙氣中,隨著煙氣流動與FeO、Fe-O-S系熔融體發(fā)生碰撞、捕集及交互反應(yīng),生成Ca-Fe-S系復(fù)合礦物,這也意味著灰焦長大,逐步形成大的灰渣,最終導(dǎo)致Ca-Fe-S系復(fù)合礦物在主燃燒器區(qū)域發(fā)生富集[8-9]。

3 燃燒優(yōu)化調(diào)整

3.1 優(yōu)化調(diào)整思路

高負(fù)荷下一般5～6臺磨煤機運行,此時爐膛溫度高,熱負(fù)荷較為集中,煤粉氣流著火速率較快,易造成燃燒器噴口及附近水冷壁結(jié)焦。此外,該鍋爐燃用煤種的揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～40%,為了提高機組低負(fù)荷穩(wěn)燃能力,改造后燃燒器的設(shè)計著火能力強(包括采用內(nèi)外二次風(fēng)旋流、穩(wěn)燃齒、外置式分離多級濃縮等方式),但容易引發(fā)高負(fù)荷下主燃燒器區(qū)域結(jié)焦、NOx生成量偏高等問題。因此,燃燒優(yōu)化調(diào)整的思路主要在于推遲煤粉著火、延長煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時間及提升其所需著火熱等方面。

3.2 優(yōu)化調(diào)整措施

為了抑制主燃燒器區(qū)域結(jié)焦、降低NOx生成量,可采取的具體調(diào)整技術(shù)措施包括:弱化燃燒器旋流、提升燃燒器直流風(fēng)占比、降低磨煤機出口溫度、合理配風(fēng)和提升一次風(fēng)壓等,但是需要保障低負(fù)荷下的穩(wěn)燃特性。

3.2.1 就地燃燒器風(fēng)門開度調(diào)整

如表2(其中A、B、D、F表示燃燒器所在層,1～4表示燃燒器編號,下同)所示,相對于改造前的HT-NR3燃燒器,當(dāng)前采用的OPCC-IV型燃燒器的內(nèi)二次風(fēng)由直流改為旋流,加之中下層燃燒器位置提高,致使?fàn)t膛當(dāng)前著火非常集中,高負(fù)荷下投用6臺磨煤機,爐膛整體熱負(fù)荷上升,局部區(qū)域煙氣溫度可達(dá)1 300～1 380 ℃,高于煤灰的熔融溫度,結(jié)焦風(fēng)險大大增加,故從燃燒器配風(fēng)方式方面對燃燒進行調(diào)整。燃燒優(yōu)化調(diào)節(jié)主要以減弱燃燒為方向和原則,將A、F、B、D各燃燒器內(nèi)二次風(fēng)開度減小,外二次風(fēng)開度增大,以降低火焰的旋流;對A、F層的個別燃燒器(A1、A2、F1、F4)進行了燃燒的加強調(diào)節(jié),適當(dāng)開大上層二次風(fēng)以及燃盡風(fēng)開度,并適當(dāng)減小底層二次風(fēng)開度(為70%～90%)。其調(diào)節(jié)的依據(jù)來源于30%低負(fù)荷試驗中火檢強度信號以及就地測溫數(shù)據(jù)。就地燃燒器風(fēng)門開度應(yīng)兼顧防結(jié)焦以及穩(wěn)燃效果。

推遲煤粉氣流著火使?fàn)t內(nèi)最高熱負(fù)荷位置升高,可能會導(dǎo)致燃盡風(fēng)噴口附近受熱面、屏式過熱器結(jié)焦可能性增大,故在弱化燃燒的同時在爐膛上部強化其燃盡,火焰中心下壓,避免爐膛出口煙氣溫度過高,高負(fù)荷下投運上層磨煤機,煤粉到爐膛出口的行程短,若燃燒組織不當(dāng),會造成屏式過熱器結(jié)焦,可采取的措施為開大燃盡風(fēng)層操二次風(fēng)開度,加大燃盡風(fēng)直流風(fēng)份額,將火焰中心盡量下壓。

如圖6所示,調(diào)整前就地燃盡風(fēng)內(nèi)、外二次風(fēng)以及中心風(fēng)均為全開狀態(tài),確保內(nèi)二次風(fēng)為旋流狀態(tài),故燃盡風(fēng)外二次風(fēng)保持全開,內(nèi)二次風(fēng)調(diào)整拉桿,即前墻推入50%,保留一定旋流,強化了低負(fù)荷工況下的穩(wěn)燃;后墻全部推入,拉桿推入后內(nèi)二次風(fēng)開度關(guān)小,內(nèi)二次風(fēng)旋流降至最弱,調(diào)整前后內(nèi)外二次風(fēng)開度如表3所示。

表2 就地燃燒器風(fēng)門開度調(diào)整

圖6 燃盡風(fēng)就地拉桿Fig.6 Local pull rod of over fire air

表3 燃盡風(fēng)就地拉桿開度調(diào)整

3.2.2 磨煤機出口溫度

原有運行方式下,磨煤機出門溫度保持在90 ℃,煤粉易于著火,著火提前且著火距離短,容易造成燃燒器噴口及水冷壁區(qū)域的結(jié)焦。因此,對磨煤機出口溫度進行了控制優(yōu)化,將磨煤機出口溫度定義為負(fù)荷和煤量的自動控制函數(shù)。高負(fù)荷下應(yīng)考慮延遲著火,抑制水冷壁區(qū)域結(jié)焦;低負(fù)荷下應(yīng)考慮穩(wěn)燃因素,可根據(jù)負(fù)荷及煤量調(diào)整磨煤機出口溫度,具體調(diào)整方式見表4。

表4 磨煤機出口溫度調(diào)整

3.2.3 層操二次風(fēng)以及燃盡風(fēng)開度

高負(fù)荷下將中上層燃燒器層操二次風(fēng)開度開大,負(fù)荷越高開度越大。根據(jù)改造前的運行經(jīng)驗,高負(fù)荷時中上層燃燒器層操二次風(fēng)開度為25%左右,燃盡風(fēng)開度為25%左右,底層A、F層層操二次風(fēng)開度為90%～100%,使得B、D、C、E層小風(fēng)箱壓力往往為0 Pa甚至出現(xiàn)負(fù)值,這樣的配風(fēng)方式使中上層燃燒器出現(xiàn)缺風(fēng),有結(jié)焦風(fēng)險;且C、E層HT-NR3燃燒器無中心風(fēng)設(shè)計,使噴口結(jié)焦的可能性大大增強,故需要對配風(fēng)方式進行優(yōu)化調(diào)整。

B、D、C、E層層操二次風(fēng)開度應(yīng)開大,180～ 240 MW時可開至30%～40%,高負(fù)荷下投運5～6臺磨煤機時可調(diào)整至50%～70%,負(fù)荷越高開度越大。高負(fù)荷下A、F層層操二次風(fēng)開度可關(guān)小至80%,負(fù)荷越高開度越小,二次風(fēng)最小開度為70%。低負(fù)荷下C、E層燃燒器不投運時,層操二次風(fēng)留10%作為冷卻風(fēng)。

表5 配風(fēng)方式調(diào)整

采用該配風(fēng)方式可提高主燃燒器區(qū)域氧量。根據(jù)實際測量結(jié)果,在原配風(fēng)方式下,為了控制NOx的生成,空氣預(yù)熱器入口氧量約為2.5%,主燃燒器區(qū)域氧量更低,還原性氣氛更強,不利于結(jié)焦的抑制。采用該配風(fēng)方式后,空氣預(yù)熱器入口氧量約為3%,此時主燃燒器區(qū)域的還原性氣氛弱化,H2S、CO的含量明顯降低,其中H2S質(zhì)量濃度幾乎為0 mg/m3,CO質(zhì)量濃度約為1 500 mg/m3,且NOx生成量基本不變,此時可有效抑制主燃燒器區(qū)域結(jié)焦。

3.2.4 乏氣風(fēng)開度

根據(jù)燃燒器改造說明,外置分離器燃燒器改造中乏氣風(fēng)的設(shè)置提高了乏氣風(fēng)噴口截面的爐膛煙氣溫度;另外,乏氣風(fēng)中淡煤粉處于富氧狀態(tài),可能會對NOx的生成產(chǎn)生一定的影響,因此本次優(yōu)化在保障鍋爐不發(fā)生結(jié)焦的條件下對乏氣風(fēng)開度進行了調(diào)整,研究淡煤粉氣流對NOx生成的影響。

240 MW負(fù)荷下,運行二次風(fēng)壓設(shè)定為0.5 kPa,調(diào)整燃盡風(fēng)開度至40%,底層A、F層層操二次風(fēng)開度為55%,脫硝系統(tǒng)入口NOx質(zhì)量濃度維持在370 mg/m3。穩(wěn)定工況下,逐漸關(guān)小A、F磨煤機乏氣風(fēng)開度,同時對A、F層煙氣溫度進行測量,試驗結(jié)果見表6。

表6 不同乏氣風(fēng)開度對應(yīng)的煙氣溫度

從試驗結(jié)果來看,乏氣風(fēng)開度關(guān)小后,爐膛煙氣溫度有所降低,尤其是乏氣風(fēng)開度從100%關(guān)至50%后,煙氣溫度降低100 K左右,而乏氣風(fēng)開度從50%關(guān)至20%后,煙氣溫度無明顯變化,說明乏氣風(fēng)開度對爐膛噴口截面的煙氣溫度分布有一定影響。關(guān)小乏氣風(fēng)開度后,由于乏氣風(fēng)噴口截面的煙氣溫度有所降低,熱力型NOx生成量減小,其質(zhì)量濃度降低了30～50 mg/m3,而試驗期間火檢等燃燒運行參數(shù)正常,故240 MW及以上負(fù)荷下可以適當(dāng)關(guān)小乏氣風(fēng)開度。

本次試驗關(guān)小乏氣風(fēng)開度后,最大的效果是降低了噴口截面的煙氣溫度,實際上爐膛內(nèi)一次風(fēng)量并未減小,減少的乏氣通過燃燒器依舊進入爐膛,主燃燒器區(qū)域的氧量并沒有實質(zhì)性的減小,故降低NOx質(zhì)量濃度的作用有限,降低幅度為30～50 mg/m3。若要進一步降低NOx質(zhì)量濃度,應(yīng)在關(guān)小乏氣風(fēng)開度的同時降低一次風(fēng)壓或者關(guān)小熱風(fēng)擋板開度。

3.3 優(yōu)化調(diào)整效果

從2021年11月20日到12月3日,在燃燒調(diào)整試驗期間,基本每天都會出現(xiàn)或大或小的掉渣現(xiàn)象,但其整體趨勢在向變好的方向發(fā)展。落渣中最危險的是黃褐色硬渣塊,這是撈渣機油壓異常上升、負(fù)壓波動的最主要原因。隨著燃燒優(yōu)化調(diào)整的深入,灰渣的形態(tài)逐漸發(fā)生變化。調(diào)整試驗后期,落渣基本以酥松、散塊狀灰渣為主,如圖7所示,該形態(tài)灰渣質(zhì)地疏松、顏色偏灰褐色,呈多孔散狀分布,易于清除。

圖7 燃燒優(yōu)化調(diào)整后的灰渣形貌Fig.7 Ash morphology after combustion optimization

燃燒優(yōu)化調(diào)整后,低負(fù)荷下油壓基本穩(wěn)定在8～8.2 MPa,高負(fù)荷下油壓基本維持在9～11 MPa。且11月29日以后,鍋爐無較大規(guī)模的掉焦掉渣現(xiàn)象,掉渣規(guī)模較小,掉渣時油壓增量變小,負(fù)壓冒正趨勢變小;12月3日以后很少出現(xiàn)落渣落焦現(xiàn)象,持續(xù)超過168 h無掉渣現(xiàn)象,基本確認(rèn)調(diào)整效果良好。2次變好趨勢出現(xiàn)的時間節(jié)點正好對應(yīng)2次調(diào)整的主要方向:就地燃燒器二次風(fēng)開度調(diào)整和層操二次風(fēng)/燃盡風(fēng)層操二次風(fēng)調(diào)整,表明燃燒調(diào)整后,爐膛結(jié)焦大大緩解,出渣已逐漸正常。該運行方式下,灰渣質(zhì)地松脆,通過升降負(fù)荷以及吹灰等手段即可清除,且未發(fā)生大面積結(jié)焦,這也就意味著調(diào)整思路正確。

由圖8可知,在低中高各負(fù)荷下,分隔屏吸熱比例基本穩(wěn)定,低負(fù)荷下基本維持在15%～16%,高負(fù)荷下維持在16%～17%。相比于燃燒優(yōu)化前,水冷壁吸熱比例略有升高,分隔屏吸熱比例基本穩(wěn)定。燃燒優(yōu)化調(diào)整后,分隔屏基本無大面積結(jié)焦的情況;水冷壁吸熱比例存在波動,基本穩(wěn)定,高負(fù)荷下維持在36%～37%,低負(fù)荷下維持在44%左右。分析認(rèn)為,調(diào)整期間該機組受熱面無大面積結(jié)焦發(fā)生,基本對汽水系統(tǒng)無太大影響;調(diào)整期間出現(xiàn)的落焦掉焦可認(rèn)為基本屬于局部結(jié)渣結(jié)焦,對整體吸熱影響很小,這與之前分析得出的主燃燒器區(qū)域局部結(jié)焦的結(jié)論相符合。

圖8 各負(fù)荷下受熱面吸熱比例變化

燃燒調(diào)整后,對30%低負(fù)荷下的穩(wěn)燃性能進行了測試。180 MW負(fù)荷下采用便攜式紅外測溫儀在就地觀火孔測量煙氣溫度,以表征低負(fù)荷穩(wěn)燃特性。就地測量發(fā)現(xiàn)煙氣溫度均值在1 100～1 200 ℃(見圖9),火檢較為穩(wěn)定,機組具備30%低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃能力。

由于燃燒調(diào)整的整體方向是從弱化燃燒的方向去調(diào)整的,故飛灰大渣含碳量不可避免地出現(xiàn)升高的趨勢,含碳量為0.8%～1.3%,該階段燃燒調(diào)整主要以解決結(jié)焦問題為主要矛盾,這會影響到機組的安全穩(wěn)定運行,故在弱化燃燒的情況下先將結(jié)焦控制住,且保障機組的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力,將NOx質(zhì)量濃度控制在350～400 mg/m3,后續(xù)工作中可適當(dāng)回調(diào)強化燃燒,使飛灰大渣含碳量維持在一個合適的值,以保證燃燒效率。

4 結(jié) 論

針對火電靈活性改造后部分機組在高負(fù)荷下存在的結(jié)焦、NOx生成量偏高等問題開展了燃燒優(yōu)化試驗研究。試驗結(jié)果表明:結(jié)焦主要是由主燃燒器區(qū)域煙氣溫度升高以及還原性氣氛引起的,通過弱化燃燒器旋流、提升燃燒器直流風(fēng)占比、降低磨煤機出口溫度、合理配風(fēng)和提升一次風(fēng)壓等技術(shù)手段,可在保障低負(fù)荷穩(wěn)燃能力的同時,抑制主燃燒器區(qū)域結(jié)焦。