1036MW超超临界机组锅炉燃烧调整优化研究分析

华能临沂发电有限有限公司 段传洋

燃煤锅炉运行阶段会频繁的调整烟气氧量，波动幅度较大，适宜的氧量是锅炉安全运行的重要基础，在这样的工况下煤粉着火过程才会更加稳定，一方面确保了煤粉燃烧的充分性，另一方面也减少了飞灰与炉渣内可燃物含量，对烟气量的排放过程也能起到一定调控作用，降低锅炉阶段的热损失，这是其获得较高热效率的重要基础，还可能减少烟气内NOx 的排放量。怎样在锅炉设备运行阶段为其配置最佳运行氧量，始终是业内人员不断研究的共同问题之一，过往主要采用两种方法进程，一构建数学模型，在遗传算法等的协助下探寻到最优解；二是对现场燃烧活动进行调整优化试验，经缜密测算过程后确定最适宜运行氧量。

1 影响燃烧的主要因素

B 电厂4×1036MW 发电机组内置超超临界锅炉为研究对象（G3000/26.15-111型），BHK 公司规划设计本产品的性能。最大连续蒸发量3033t/h，燃烧器应用的是前后墙对冲分级式燃烧方法，整个锅炉布置了48支燃烧器，68个燃尽风(SAP)喷口；在燃烧的不同时段中，燃烧起中的内、外二次风被以此整合至炉膛内，内、次风分别是直流、旋流。

1.1 燃料的自身性质

大部分工况下，燃料内挥发分含量越高煤粉着火过程就越易发生，主要因为挥发组分为气体可燃物，其着火温度处于较低水平，故而当其在燃料内所占比重较大时煤粉越容易燃烧、燃烧过程越稳定，不完全燃烧的损失率也相应降低[1]。在燃烧过程中原煤灰分会吸热，如果将高灰分的劣质煤添加至锅炉内时，鉴于燃料自身发热量较低，增加了燃料的耗用量，燃烧过程中存有较多灰分时会吸收掉更多热量，造成炉膛中烟气温度下降，使煤粉气流着火过程迟缓进行，也对着火稳定性形成不良影响。

1.2 煤粉细度

这是影响煤粉气流着火温度的主要因素之一，煤粉越细着火过程就越容易进行。这主要是在煤粉浓度相同的工况下，煤粉越细参与燃烧过程的表面积就越大，煤粉自身的热阻有不断跌落趋势，加热工序推进时温度快速上升诱导挥发分析出过程，燃烧活动快速推进，有助于短缩燃烧时间，提升燃料的完全燃烧率。

1.3 一次风的风量、风速、风温

在正常工况下，若降低风粉混合物的一次风量则等同提升了煤粉自身的浓度，降低其着火热；也能在等同的烟气回流量条件下诱导煤粉快速抵达更高温度，故而加快着火进程，对煤粉着火与燃烧过程均是有一定助益的。如果一次风量偏低，则可能造成煤粉着火早期不能获得充足的氧气，反应迟缓进行，对炉膛内燃料着火范畴的拓展不能起到促进作用。故而，对于某个煤种而言，其拥有一次风率的最适值，一次风量具体大小应以符合挥发分的燃烧为基准。

一次风速也影响着火过程，偏高时会降低煤粉气流的加热速率、使着火点后移，不利于维持燃烧过程的平稳性，且不能确保煤粉燃烧的完全性；过低时会增加一次风管被堵塞的概率且着火明显前移，部分情境下可能会烧损燃烧器[2]。着火速度快慢和一次风温高低之间存在正相关性，但锅炉内燃烧的是高挥发分煤种时，此时若提供过高的一次风温，可能会因着火点和燃烧器喷口相距过近而引起较多结渣或对喷燃器造成不同程度烧损等情况。

2 燃烧系统调整优化试验

2.1 燃尽风量

该试验在1000MW 负荷下展开，试验阶段要维持制粉系统、燃烧器主要运行参数的稳定性，只调整燃尽风风箱挡板的张开度，调整燃尽风、主燃烧区风量配置比例，观测燃尽风风量大小。本试验于1000MW 负荷工况下保持大概3.2%时分别进行了三种不同工况，各工况前/后墙燃尽风挡板开度(A/B)依次是48/47/49/46%、60/60/61/61%、79/78/79/78%。

统计实验结果后，发现在以上三种工况下主蒸汽温度依次是60.1、599.9、599.6℃，过热器减温水流量204、102、182t/h；再热蒸汽温度598.2、600.1、601.1℃，再热器总的减温水流量17.3、17.5、17.2；经修正后的排烟温度依次是129.4、130.2、130.3℃，干烟气热损失率4.557、4.584、4.610；飞灰内碳含量2.4、3.1、1.7%。

系统分析以上实验所得数据不难发现，燃尽风量大小对汽温特性会形成十分明显的影响。在直流锅炉运行阶段，在煤水比恒定的工况下，火焰中心向上移位水冷壁加热段相应延长，过热段缩小过热汽温稍稍下降；反过来过热汽会有所升高。而抬高火焰中心抬高时，炉膛出口温度值随即上升，再热器吸收更多的热量，再热汽温提高；反过来，再热器对热量的吸收量减少，再热汽温也有跌落。如果要维持过热汽温恒定，也需再度调整煤水比或减温水量指标，利用烟气挡板调整再热汽温。

纵观本实验研究过程，在燃尽风开大以后，因火焰中心上移，过热汽温短时间内降低，壁温同步下降，在确认煤水比、减温水调整过程平稳以后壁温回升。把以上这种特性设定成暂时降低壁温的可行方法之一，整改以后方可关小燃尽风挡板[3]。通过比较后发现，锅炉运转阶段A、B 两侧屏过、高过管温整体倾向于A 侧较高，屏过形成的偏差相对较大，鉴于以上情况单独调整了A、B 侧燃尽风挡板，依次开到70%、40%以后管壁温度趋于稳定状态。综合以上实验结果，推荐把1000W、750MW 负荷燃尽风挡板分别开到40%、25%左右，600MW 之下负荷要全关，若过热器温差过大，则建议适度调大壁温高相对较高的那一侧燃尽风。

2.2 磨煤机出口温度

本试验中保持磨煤机风量、燃烧系统主要参数恒定，只将磨煤机出口温度作为变量，观测该变量对锅炉运行成本形成的影响。试验阶段具体是在1000MW 负荷下应用ABDEF 四台磨煤机，将空预器进口氧量维持在2.9%上下，共计进行2个工况，2个工况中分别设定磨煤机出口温度60、70℃。

在以上2种工况下，发现提升磨煤机出口温度后火焰中心下移，过热汽温均有提升，再热汽温下降。建议指派人工去提升水煤比、减温水量，保持适宜的过热汽温，适度降低过热器壁温。锅炉设备在现实运转时，通过控制、调节磨煤机出口温度，其目的主要是规避发生制粉系统炸裂的情况。一定的氧量、高温条件及浓度较高的挥发分可燃物是系统爆炸的基本条件，现实运转阶段煤粉始终处于流动状态，只要无气流死角造成较多的可燃物聚集时，爆炸事件的发生率会相应降低[4]。结合本调整优化试验中统计到的主蒸汽温度、过热器的减温水流量、再热蒸汽温度、排烟温度、干烟气热损失率等，建议将磨煤机出口温度调控在68～70℃范围中，并确保风温≤280℃。启动、暂停磨煤机过程中要湿度延长吹扫时间并适时降低出口温度。

2.3 煤粉细度

在本实验中需维持磨煤机出力、风量等参数不变，只调整旋转分离器的运转速度，借此方式整改煤粉细度指标，主要观测煤粉细度对飞灰内碳含量形成的影响。在1000MW 负荷下进行，选择处于运行状态中4台ABDEF 磨煤机，维持空预器进口氧量2.9%上下，分别进行了三个工况，三个工况磨煤机内分离器转速依次是700、800、900rpm。

统计本实验中所得结果后不难发现，在分离器转速调整区间中（700～900rpm），伴随分离器转速增加，飞灰内碳含量有降低的趋势、但减少幅度并不显著。这主要是由于在以上转速范畴中，采用增加分离器转速的方法后煤粉细度降低幅度不大。鉴于膛容积热负荷整体偏低的实际状况，锅炉正常运转氧量下高负荷相比较，低负荷工况下飞灰内碳含量相对较高，炉膛温度对飞灰内碳含量多少表现出较高的敏感性[5]。锅炉炉膛运行氧量增多时，飞灰内碳含量稍有降低，但当氧量增加至一定水平后其对飞灰内碳含量基本不会再形成影响，故而减小煤粉细度是降低飞灰内碳含量的有效方法之一。当下国产分离器皮带转速提升较大，故而应尽早更换运行更加安稳、可靠的皮带以降低煤粉细度。为确保煤粉细度长时间处于安稳运转状态下，综合试验结果，建议在各台磨煤机出力达到80t/h 左右时将煤粉细度R90调控在26～30%范围中。

综上，采用调整优化措施后经检测发现1000 MW 负荷锅炉效率在94.0%以上，最高能达到95.1%，明显超出了锅炉的设计热效率。通过比较调整优化前后过热器壁温，不难发现经调整以后锅炉的运行状态明显改善。为进一步减少飞灰内碳含量，提升锅炉燃烧过程中的节能、减排效果，后续研究中相关人员应探究是否可基于运行调整过程进一步降低煤粉细度的问题，使锅炉燃烧效率更上一层楼。