火電廠鍋爐燃燒優化方法分析

摘要：電廠煤粉鍋爐各燃燒器之間煤粉分配的調平一直是一個難題。特別當負荷及煤質發生變化后，煤粉分配偏差更加嚴重，一般在+30%左右。這不但使機組煤耗增加而且容易產生過多的有害氣體氮氧化物。因此必須采取有效措施加以解決。

關鍵詞：燃燒優化 主要途徑 探索

鍋爐燃燒優化控制是實現火電廠節能減排的重要技術途徑。對于大型燃煤鍋爐，運行中燃料的分配是否均勻，配風是否合理，將直接影響到機組運行的經濟性、安全性和環保水平。對燃燒過程進行優化控制，實現燃煤電廠節能減排的目標。

一、制粉系統的運行優化方法

對制粉系統優化調整的主要目的是保證煤粉分配的均勻性。一般規定，各煤粉管道之間的煤粉流量分配偏差小于平均值的±10%；影響煤粉分配均勻的主要參數是煤粉細度、磨煤機通風量及煤粉管道之間流動阻力偏差，這幾個參數對煤粉分配的均勻性都有影響，對剎粉系統的運行優化實際上就是把這幾個參數有機地結合在一起。

1.煤粉細度。

煤粉越細，風粉兩相流越具有氣相流體的特性，越容易把煤粉分配調平。合格的煤粉細度是實現煤粉均勻分配并具有較低飛灰含碳質量濃度（6%以下）的基礎。國內火電廠一般要求的煤粉細度為R90≤15%。

煤粉細度一般都是通過煤粉取樣的方法進行測量，取樣過程有嚴格的要求。取樣之前，先用靠背管測量煤粉管內的煤粉流速，確定取樣嘴的吸入速度。根據IS09931國際標準，當吸入速度比煤粉流速高10%時，才能保證取出的煤粉樣品具有足夠的代表性。將取到的煤粉樣品篩分后，就能得到煤粉的細度指標。最后將篩分后的結果按照Rosin-Rammler公式繪制成曲線，檢驗煤粉取樣的代表性。如果該曲線呈直線，則說明所取到的煤粉樣品具有代表性。

磨煤機出口通常裝有煤粉分離器，通過離心分離原理把合格的煤粉送給燃燒器；不合格煤粉重新返回磨煤機。有些磨煤機結構參數也會影響煤粉細度，例如中速磨煤機的風環面積、磨輥與磨盤之間的問隙、磨輥的壓力及分離器內錐的問隙尺寸等；球磨機的裝球量、鋼球尺寸、分離器擋板及軸頸密封板尺寸等也會影響煤粉細度。有時為了提高煤粉細度，霈要對磨煤機進行改造，如把擋板加長或做成弧形，更改風環尺寸等。

2.磨煤機通風量。

磨煤機通風量越低，煤粉分配越均勻。如果通風量過高，粗煤粉必然具有很高的動量，容易從風一粉氣流中離析出，使煤粉分配不均勻。通風量過高也容易使粗煤粉比例增加，加劇煤粉分配不均。因此一般要求按照一定的風煤比例和固定曲線控制磨煤機通風量。不同形式的磨煤機具有不同的最佳一次風煤比（見下表）。

在保持磨煤機出口溫度不變的情況下，磨煤機通風量過高就需要加入過多的冷風，必然導致排煙損失的增加；同時，在火焰的高溫區，過高的通風量還有助于煤中的氮元素轉化為NOx。磨煤機通風量過高產生的其他不利因素為：更容易結焦和積灰、加劇煤粉管和火嘴等部件的磨損等。對于中速磨煤機，在優化通風量之前，還應核實磨煤機的風環面積，保證風環風速為33～38m/s，防止由于風速過低無法托起原煤，增加石子煤量。必要時更換風環。

用稱重式給煤機可以精確測量給煤量，因此要保證最佳一次風煤比還需要對通風量精確控制。但是，通風量測點所在位置大多沒有傳統測量裝置精確測量所要求的直管段長度。而且在冷熱風混合點后的測點位置其溫度場昀分布也不均勻，難以把風量換算成標準狀態下的體積流量。另外，風中夾帶的飛灰還容易使傳統測量裝置測量結果漂移，增加維護人員工作量。根據經驗，應該把磨煤機入口風道做成文丘里形狀，以利于提高通風量測量精度。

3.煤粉管道之間流動阻力偏差。

煤粉管道之間流動阻力偏差越小，煤粉分配就越均勻。對煤粉管道之間煤粉分配調平之前應先用純空氣調平管道阻力，純空氣流動阻力的偏差越小，煤粉分配就越均勻。在調平之前，應先把給煤機停運，把熱風送入磨煤機，當磨煤機出口溫度達到正常運行條件時的溫度再進行調平。首先用皮托管對煤粉管內空氣流速采用網格法測量，然后用可調縮孔進行調整。最終應保證煤粉管道之間純空氣流速偏差小于平均值±2%。在整個調平過程中，應注意保證煤粉管內的純空氣流速不能低于17m/s，保證煤粉正常輸送。

4.對煤粉流量和煤粉流速的測量。

過去一般采用取樣稱重法測量煤粉流量；采用皮托管按網格法測量煤粉流速。這2種測量方法不但勞動強度大，也存在很大誤差。對于配備幾十臺燃燒器的大型鍋爐來說這種測量方法無法得到實時測量結果。因此，國內絕大部分電廠基本沒有對煤粉流量進行監測，無法了解分配偏差的具體狀況。

二、對二次風量和燃盡風量的優化

為了實現鍋爐的燃燒優化，除了要保證煤粉在每層燃燒器之間分布均勻以外，還要根據每層燃燒器的給煤量按照一定的風煤比向各層二次風箱提供風量。比如在前墻或前后墻燃燒方式鍋爐中，二次風被分別送入二次風箱。每層二次風箱向其對應層燃燒器提供二次風，每層二次風的數量應根據此層燃燒器所對應的給煤量確定。為了保證每層燃燒器具有相同的化學當量比，必需精確測量與控制每層二次風量，測量精度一般要求不低于±3%。但在這種風箱布置結構中，測點所在位置直管段長度只有當量直徑1.5倍左右，遠低于傳統測量技術對直管段的要求，這樣就無法對每層二次風量進行有效的控制，結果使鍋爐無法正常運行。國內目前很多新建成的600MW超臨界方式以及IOOOMW超超臨界機組的鍋爐二次風箱基本都采用分層布置方式。但是，投運的大部分機組都無法實現層二次風量和OFA風量的精確控制，機組無法達到最佳運行工況。

三、對飛灰含碳質量濃度的優化

飛灰含碳質量濃度既反映制粉系統是否正常，也反映燃燒過程風量配比是否合適。特別是當大型電廠燃煤鍋爐采取低氮燃燒措施后，爐內總體溫度降低，特別容易導致飛灰含碳質量濃度升高，使鍋爐效率及可利用飛灰的比例下降。因此，有必要對飛灰含碳質量濃度進行精確的在線監測，并根據監測結果調整制粉系統及風量的配比。

對飛灰含碳質量濃度精確洌量的最大難點是取樣的代表性。國內電廠常用的飛灰含碳質量濃度在線測量裝置一般都在尾部煙道內進行等速取樣，事實證明這種取樣方法誤差很大，無法獲得準確的測量結果。

四、結束語

用過去的人工及傳統測量技術無法以基本條件為目標對鍋爐燃燒進行優化調整，因此不能滿足節能減排的要求。如果采用先進測量技術對鍋爐燃燒過程的重要參數進行精確在線測量，就能實現鍋爐燃燒優化運行，提高燃煤機組的運行水平。

參考文獻：

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