1050MW超超临界锅炉燃烧优化调整研究

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　　摘要：某厂1050MW超超临界机组于2015年4月投入商业运行，投运以来存在排烟温度偏高、炉内热偏差偏大、一次风率及锅炉氧量控制不合适等问题影响锅炉安全经济运行。本文通过调整锅炉燃烧器的一次风速、内二次风量、外二次风量和旋流强度、燃尽风门开度、运行氧量、煤粉细度、磨运行方式等，掌握了锅炉的运行状况，降低了排烟温度、减少了炉内热偏差、优化了一次风率和运行氧量。
　　关键词：超超临界;排烟温度;炉内偏差;优化调整
　　1 引言
　　某厂1050MW超超临界机组目前运行存在着排烟温度偏高、炉内热偏差偏大、一次风率及锅炉氧量控制不合适等问题。因此进行锅炉燃烧调整试验，以进一步掌握锅炉运行特性，优化锅炉运行方式，考察并改善锅炉存在的问题，在兼顾锅炉汽水参数、结渣、 经济性、NOx 排放等因素的基础上，确定锅炉最佳运行参数。
　　试验期间通过制粉系统调整、燃烧调整和掺烧优化试验等大量细致的工作，综合考虑锅炉运行的安全性、经济性以及环保性，优化了制粉系统运行参数，确定了1050MW超超临界锅炉合适的运行参数和运行方式;大幅提高了锅炉运行效率，降低了排烟温度、减小了炉内热偏差，优化了一次风风率和锅炉运行氧量，并将排烟中CO浓度控制在较低水平;同时，在全部调整过程中锅炉汽水参数和NOx排放等均处于正常水平。
　　2 锅炉设备概述
　　1050MW超超临界燃煤汽轮发电机组，锅炉为东方锅炉股份有限公司设计制造的超超临界参数、对冲燃烧方式、单炉膛、 一次再热、固态排渣、平衡通风、全钢构架、全悬吊π型结构、露天布置变压直流锅炉。型号为 DG3130/27.46-π2。
　　目前有两台三分仓空预器，一次风机以及送风机将空气送往不同的空预器中，通过相应的烟气加热过程中把一次风以及部分冷一次风进行混合，并且将其融入磨煤机，同时将前后墙的煤粉燃烧器布置好。二次风在进入燃烧器的风箱之后借助不同的调节挡板进入不同的通道，与此同时有些二次风在进入到燃烧器之后，燃烧器上方出现的燃烬，此外还有少量的二次风也进入其中，这部分二次风则是通过专门的中心通道进入到其中的。主要采用的设备是中速磨冷一次风机属于直吹式制粉末系统，另外还有六台中速磨煤机，在使用设计的煤种的过程中，其中有五台是运行的，还有一台主要是用来备用的。燃用校核煤种时，6台运行。要求锅炉燃用设计煤种煤粉细度R90=21%，校核煤粉细度R90=18%，n值暂按1.0。磨煤机出口采用变频旋转分离器控制磨煤机出口煤粉细度。
　　3 制粉系统试验
　　3.1 磨煤机出口一次风速测试和调平
　　墙式燃烧方式每个燃烧器为相对独立的燃烧单元，同层燃烧器风粉分配不均对燃烧效果、炉内传热与单只燃烧器的运行状况具有显著影响。一方面，风速较低的一次风管易于积粉，并容易导致燃烧器喷口烧损;另一方面，风速较高的一次风管则磨损严重，且由于燃烧器粉量分配较多，会形成局部富燃料燃烧高温区，加剧喷口的结渣与高温腐蚀，并会造成燃烧推迟和飞灰含碳量升高。
　　磨煤机正常运行情况下，在磨出口的六根一次风管上利用已标定的靠背管测量一次风动压和静压，计算出各管风速和风速偏差，通过调整六台磨煤机可调缩孔将风速偏差控制在±5%以内。
　　（1）调整前，各磨一次粉管风速存在较大风速偏差，普遍在±10%以上，配风均匀性较差。
　　（2）经调整煤粉管道缩孔后，所有磨一次风管风速偏差基本调整至±5%以内，配风均匀性得到改善。
　　（3）在磨机通常运行的风量160t/h时，各磨一次风管风速普遍处于较高水平，基本在 29m/s以上，粉管磨损的风险较高;一次风量偏高说明一次风机电耗也较高，影响厂用电率;另外，一次风速过高影响煤粉着火和磨煤机出口煤粉细度和均匀性。
　　（4）建议磨煤机出力在 80-85t/h时，通风量为150t/h。
　　3.2 磨煤机分离器转速调整试验
　　对冲燃烧方式每个燃烧器为相对独立的燃烧单元，为了得到煤粉细度与磨煤机旋转分离器转速之间的关系，对各台磨煤机进行了变旋转分离器转速的试验，按等速取样法在磨出口一次风管采集煤粉样，分析煤粉细度。
　　磨煤机旋转分离器转速体现在表盘上是反馈转速，在磨煤机满负荷正常出力约80t/h情况下，磨一次风量按风煤比曲线设置，通过改变反馈转速来改变分离器转速，分别考察了A～F磨的分离器转速对煤粉细度的影响，进一步掌握了当前状态下的煤粉细度情况。
　　通过在相同磨机出力和一次风风量、不同的分离器转速下的磨机试验可知：
　　（1）分离器反馈转速在40%时，6台磨R90在 22.75%～28.55%之间，均达不到设计值 R90=21%;反馈转速提高到55%后，除D磨为21.7%，E磨为22.7%，其他磨均能达到设计值 R90=21%，说明能够通过提高转速达到降低煤粉细度的目的。
　　（2）6台磨煤机的制粉单耗都较低，在所进行的工况试验下，均低于设计值10.8kWh/t。随着转速的提高，制粉单耗增加，各台磨的规律基本相同。反馈转速为40%工况下，制粉单耗在7.56～8.17kWh/t之间，均低于设计值10.8kWh/t。 反馈转速在55%工况下，制粉单耗在8.23～8.49之间，也均低于设计值 10.8kWh/t。
　　（3）提高分离器转速一方面能够达到降低煤粉细度的目的，但另一方面也增加了制粉系统电耗，在运行中要综合考虑。鉴于锅炉运行飞灰、大渣含碳量均小于1%的情况，煤粉燃尽率较高，因此可以将磨煤机反馈转速控制在40～45%之间。
　　3.3 磨煤机出力特性试验
　　试验过程中保持磨煤机煤粉分离器转速、风量按习惯值进行设置，试验在B磨和F磨上进行，改变B磨煤机出力为60t/h、80 t/h 和93t/h，改變F磨煤机出力分别为60t/h、80 t/h，测量制粉系统各参数，其目的为掌握磨煤机在不同出力时的运行性能。 　　在磨煤机习惯运行工况下，不同出力下煤粉细度普遍处于较高水平，随着磨煤机出力的提高，煤粉细度变小，均匀性变好，因此，在磨煤机出力升高的情况下，可以维持较低的分离器反馈转速;在磨煤机出力较低的情况下，因为要保证煤粉的携带，一次风量降低幅度有限，可以通过提高分离器转速来改善煤粉细度和均匀性。调整前B磨最大出力只能达到 85t/h，调整后B磨最大出力能够达到93t/h，在不堵磨得情况下，提高了B磨的最大出力。
　　3.4 磨煤机风量特性试验
　　试验过程中保持磨煤机出力在额定出力下运行，试验在B、E磨上进行，保持磨煤粉分离器转动反馈为40%不变，将磨煤机通风量分别设置为140t/h、160t/h、180t/h运行，测量制粉系统相关参数。
　　试验结果表明，随着一次风量的减少，B、E 磨得煤粉细度和均匀性得到改善，而随着一次风量的增加，煤粉细度和均匀性变差，制粉电耗也有一定程度的增加。
　　3.5 制粉系统试验结论及建议
　　通过对磨煤机一次风管风速、分离器转速、出力特性、风量特性等相关测试和分析，得到以下结论和建议：
　　（1）对各磨出口8根一次风管风速进行了测量，并通过调节各台磨煤机出口一次风管的可调缩孔，使各台磨煤机一次风管速度偏差均在±5%范围内。同时，建议电厂定期对各磨煤机出口一次风管风速进行调平。
　　（2）在习惯性运行工况下，各磨粉管细度严重偏粗，特别是分离器转速在40%时，R200 值在2～7之间，R90在22～29之间，超过设计值R90=21，且随着磨煤机出力的下降，煤粉细度有变粗的趋势。
　　（3）通过制粉系统的调整能够使得各磨R90控制在设计值R90=21以内，B磨煤机的最大出力从调整前的85t/h提高到93t/h。
　　（4）可以通过提高分离器转速和适当降低一次风量来提高煤粉的均匀性和细度。当磨煤机在低出力工况下，可适当提高分离器转速、减小一次风量来提高煤粉细度;当磨煤机在高出力工况下，可适当降低分离器转速，保证磨煤机的稳定运行。
　　4 燃烧优化调整
　　燃烧调整试验是为了解锅炉的运行特性，确定锅炉较佳的运行方式，保证锅炉的安全、经济运行，主要包括以下几个调整试验：
　　4.1 总风量调整试验
　　氧量的确定主要取决于锅炉燃烧的经济性，氧量过大，使排烟热损失增加;若过小，又会使未燃碳热损失增加;排烟热损失与未燃碳热损失之和为最小时且锅炉蒸汽参数达到额定值的安全运行氧量是锅炉运行最合适的数值。变氧量试验在1000MW、850MW和600MW负荷下进行。
　　（1）1050MW负荷运行氧量分别为2.48%、2.23%、2.06%，修正后锅炉效率分别为94.02%、94.15%、92.24%，通常情况下氧量对锅炉效率的影响主要体现在对灰渣可燃物含量的影响和排烟热损失的影响，从100%额定负荷变氧量试验结果看，降低运行氧量能够大幅度降低排烟热损失，降低氧量后，初期生成的NOx量也有所降低，但兼顾可燃气体气体未完全燃烧热损失及炉内还原性气氛的控制，推介运行氧量为 2.1-2.3%。
　　（2）850MW负荷运行氧量分别为3.03%、2.77%、2.52%，修正后锅炉效率分别为94.02%、94.15%、94.24%，SCR入口NOx分别为270mg/Nm3、251mg/Nm3、239mg/Nm3，850MW负荷下适当的降低运行氧量，有助于减小排烟热损失，CO 浓度保持在较低的水平，但继续降低氧量排烟温度升高较多，排烟热损失降低幅度有限，因此综合考虑风量降低后对锅炉效率和厂用电率的影响，推荐850MW负荷下运行氧量在2.5-2.7之间。
　　4.2 一次风量调整试验
　　一次风速的大小，对燃烧着火影响较大。一次风速过高，推迟煤粉着火，引起燃烧效率下降;一次风速过低，一次风刚性变差，容易引起燃烧器喷嘴烧损和结焦。试验进行时，保持炉膛出口氧量稳定，调整一次风机挡板开度，改变一次风速，观察一次风速对锅炉主要参数及锅炉热效率的影响。该项试验在100M 负荷下进行，共2个工况，鉴于制粉系统试验一次风量偏高的情况，一次风量调整均为降低一次风量。
　　1050MW负荷运行一次风量分别为155t/h和150t/h，修正后锅炉效率分别为94.30%、94.40%，SCR 入口NOx分别为231mg/Nm3、232mg/Nm3，CO浓度分别为258ppm、201ppm，说明适当一次风量（即风煤比）能够减小燃烧器出口一次风的动量，提高煤粉的燃尽率和锅炉效率，另外，降低一次风速对降低厂用电率也有明显的效果。满负荷工况下，推荐一次风速维持在145-155t/h，风煤比控制在1.78左右。
　　4.3 内外二次风量调整试验
　　内二次风与一次风一起提供着火初期的氧气，外二次风用来补充煤粉燃尽所需的空气，使之完全燃烧。适当增加内二次风可以及时提供燃烧所需的氧气，促进燃烧的进行、有利于 CO 浓度的降低，但是会造成排烟 NOx 增加，内二次风率过大且过早混入一次风中时，会影响到正常的着火和燃烧，会造成飞灰含碳量升高。
　　增加外二次风同时意味着降低其旋流强度，使得燃烧器回流区变窄、变长，并使得外二次风与煤粉气流较早混合，这样会造成着火燃烧位置距喷口的距离增加、喷口结焦减轻但燃烧推迟，但另一方面也会造成NOx生成浓度增加。降低外二次风量则会使其旋流强度增加、着火提前，但对控制喷口结焦不利。通过调节各个燃烧器的内外二次风旋流强度来调整各个燃烧器的火焰长度，从而来调整炉膛内着火位置和燃烧效率、NOx 生成浓度。
　　4.4 燃尽风调整试验
　　燃尽风的设计是为降低 NOx 的生成、消除炉膛出口燃燒偏差以及保证燃烧后期的燃尽。燃尽风风量不宜过高，过高会影响主燃区域煤粉的燃尽率。变燃尽风试验在100%额定负荷下进行。 　　1050MW负荷下进行2个变燃尽风量工况，燃尽风风门开度分别为100%、70%，修正后锅炉效率分别为94.32%、94.45%，SCR入口NOx分别为218mg/Nm3、212mg/Nm3，CO浓度分别为378ppm、259ppm，排烟温度分别为127.5℃、126.0℃。试验结果表明，减小燃尽风风门开度后煤粉的燃尽率提高，锅炉效率升高，排烟温度有一定程度的降低，SCR入口NOx未增加，燃尽风风量降低后，提高了主燃区的风量，保证了主燃区煤粉的燃尽率，对降低排烟温度也是有利的，因此建议在满负荷运行中，在SCR入口NOx量在可控范围内，可以将燃尽风风门的开度减小到 70%左右。
　　4.5 煤粉细度调整试验
　　对于发电厂煤粉锅炉来讲，煤粉细度不但对运行经济性影响较大，而且对锅炉安全运行也是重要的影响因素，煤粉细度视煤种和具体的锅炉结构而定，通过1050MW负荷下试验来确定。1050MW负荷下进行2个变细度工况，分离器反馈转速分别为40%、45%，修正后锅炉效率分别为94.31%、94.43%，CO浓度分别为234ppm、129ppm，排烟温度分别为128.2℃、126.7℃。试验结果表明，满负荷下提高煤粉细度能够提高煤粉燃尽率，降低排烟温度，提高锅炉效率。
　　4.6 投磨方式调整试验
　　不同的磨煤机组合方式对燃烧区域空气分级效果、锅炉效率、NOx 排放、热负荷分布等都有一定影响，试验在1000MW负荷进行，分别投运最上层的F和C 磨1050MW 负荷上层投运磨分别为 F 磨和C磨，修正后锅炉效率分别为94.46%、94.40%，CO 浓度分别为74ppm、61ppm，SCR入口NOx分别为212mg/Nm3、195mg/Nm3，排烟温度分别为 126.3℃、126.7℃。试验结果表明，满负荷下提高煤粉细度能够提高煤粉燃尽率，降低排 烟温度，提高锅炉效率。
　　4.7 最佳运行方式调整试验
　　试验表明，习惯运行工况运行氧量在2.48%左右，一次风风量160t/h 以上，分离器转速40%，经过调整后将氧量控制在2.30%左右，一次风量控制在150t/h左右，分离器转速在40～45%，锅炉效率从94.02%，提高到94.625%（两个工况均值），效率提高0.605个百分点，折合供电煤耗降低约1.81g/kWh。同时，排烟温度从132.5℃降低到126.6℃（两个工况均值），降低5.9℃。 SCR入口NOx从247.0mg/Nm3降低到217.5mg/Nm3（两个工况均值），降低29.5mg/Nm3。
　　5 调整前后成果
　　5.1 厂用电量变化情况
　　调整后，2台一次风机电流减小27.65A，2台送风机电流减小17.61A，5台磨煤机电流增加18.84A，一次风机、送风机、磨煤机耗电功率降低245.9kW，总常用电量按32MW计，调整后厂用电率降低0.768%，折合供电煤耗降低约2.53g/kWh。
　　5.2 爐膛温度偏差情况
　　调整后，前墙螺旋水冷壁壁温偏差从24℃降低到19℃，降低5℃;后墙螺旋水冷壁壁温偏差从32℃降低到24℃，降低8℃;前墙上部水冷壁壁温偏差从27℃降低到21℃，降低6℃。调整后，前右屏过第9屏管间偏差从 30℃降低到22℃，降低8℃;前右屏过第11屏管间偏差从18℃降低到9℃，降低 9℃;后右屏过第10屏管间偏差57.9℃降低到 52℃，降低 5.9℃。
　　6、结语
　　1050MW超超临界机组在保证锅炉安全稳定运行、CO生成浓度达标的基础上，经过锅炉燃烧调整优化后，锅炉的整体效率得到了很大提升，节能效果显著，其中额定负荷时的锅炉效率由94.020%提高至94.625%，效率提高0.605个百分点，折合供电煤耗降低约 1.81g/kWh;排烟温度从132.5℃降低到126.6℃，降低5.9℃;SCR入口NOx由247.0mg/Nm3降至217.5mg/Nm3;一次风机、送风机、磨煤机总耗电功率降低245.9kW，厂用电率降低约0.768%，折合供电煤耗降低约2.53g/kWh;前后水冷壁温度偏差降低6-8℃，屏间热偏差降低8-21℃，同屏热偏差降低5-9℃。通过锅炉燃烧调整的不断优化，解决了1050MW超超临界机组出现了诸多调试遗留问题，进一步提升了机组的安全效益与经济效益。
　　7、参 考 文献
　　[1]黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京：中国电力出版社，2003
　　[2]王政允，孙保民，郭永红，肖海平，刘欣，白涛. 330MW前墙燃烧煤粉锅炉炉内温度场的数值模拟及优化[J]. 中国电机工程学报，2009，20：18-24.
　　作者简介：常银虎（1981.11—），男，工程硕士，从事发电厂运行技术管理工作，E-mail：xx100830@163.com
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