1000MW超臨界鍋爐氧量控制及配風優化

伍日勝，李賀，楊飛龍，靳立維

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

1000MW超臨界鍋爐氧量控制及配風優化

伍日勝，李賀，楊飛龍，靳立維

(廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東 惠州 516363)

介紹了某廠2×1 000 MW超超臨界機組投產后通過對傳統的氧量控制及二次配風方式進行優化，大幅度降低了爐膛出口NOx排放量和風煙系統電耗。同時，還將試驗所得的優化參數以函數曲線的形式應用于DCS中，實現了鍋爐配風的精細化控制。

配風方式；NOx排放；風煙系統電耗；精細化控制

0 前言

合理的氧量控制及二次風配風方式是提高鍋爐效率與降低爐膛出口NOx的重要途徑[1]。通過燃燒調整試驗對傳統的氧量控制及二次風配風方式進行了優化。在保證鍋爐效率的前提下，大幅度降低了爐膛出口的NOX濃度與風煙系統電耗，取得了十分顯著的經濟效益及社會效益。同時，還根據配風調整試驗所得的優化參數設定了二次風門擋板的自動控制邏輯，實現了從鍋爐點火吹掃到滿負荷的全程風門擋板自動控制。

1 鍋爐概況

鍋爐型號為SG-3093/27.46-M533，型式為∏型布置、單爐膛、一次中間再熱、尾部雙煙道結構、八角雙切圓燃燒方式、平衡通風、機械干式排渣、全鋼構架、全懸吊結構露天布置、采用帶BCP泵的內置式啟動分離系統、三分倉回轉式空氣預熱器、采用正壓冷一次風機直吹式制粉系統、超超臨界參數變壓直流鍋爐。

設計煤種與燃燒調整試驗用煤如表1所示：

表1 設計煤種燃煤特性表

2 氧量控制優化

最佳氧量的確定對于鍋爐的安全、經濟、環保運行至關重要[2]。運行氧量過高將會導致鍋爐排煙損失增大、爐側風機的電耗增加、爐膛出口NOx排放量升高等一系列問題；運行氧量過低，也會引起鍋爐不完全燃燒損失增加、爐膛受熱面高溫腐蝕、鍋爐結焦等問題[3]。

初始的氧量控制函數是鍋爐廠設定的。投產后通過變氧量試驗證明原設計氧量偏高。在保證鍋爐效率不降低的前提下，根據以上數據整體降低了鍋爐的運行氧量，優化前后的氧量控制函數曲線如圖1所示。

圖1 氧量優化前后對比圖

優化效果：對氧量控制曲線優化后，由于鍋爐的燃燒氧量降低了，爐膛出口NOX濃度大幅度降低，氧量函數修改前后各負荷階段爐膛出口NOX對比如圖2所示。

圖2 氧量優化前后各負荷階段爐膛出口NOX對比圖

由于降低了鍋爐的運行氧量，送風機、引風機、增壓風機的電耗也大幅度降低[4]。氧量優化后，通過運行期間對鍋爐受熱面的檢查，未發現鍋爐有結焦現象；大修期間對鍋爐受熱面的檢查，未發現鍋爐受熱面有高溫腐蝕情況如圖3所示。

圖3 氧量優化后爐膛結焦與高溫腐蝕情況。

通過降氧量試驗對鍋爐氧量控制曲線進行了優化，在保證了鍋爐效率的基礎上平均降低了爐膛出口NOX濃度136.63 mg/Nm3，降低了廠用電率0.074%，折合供電煤耗0.221 g/kwh。

3 二次風配風方式優化

3.1 最優配風參數確定

根據NOX生成原理，增加上層SOFA風比例可以有效的實現分級送風，降低爐膛出口NOX濃度[5]。但SOFA比例過高也會帶來排煙溫度升高、爐渣含碳量增加等不利影響[6]。通過配風調整試驗，增加了SOFA風比例，保證鍋爐效率的前提下降低了爐膛出口NOX濃度。

在不影響鍋爐效率與保證燃燒器安全運行的前提下將鍋爐風箱差壓逐步由1.0 kPa降低至0.35 kPa(滿負荷)。由于風箱差壓的降低，送風機的電流明顯減少 [7]，配風優化前后送風機電流對比如圖6所示。

圖4 配風優化后爐膛出口NOX對比圖

3.2 鍋爐二次風自動優化

圖4為六個涂層試樣在1500 ℃空氣中焙燒16 h的照片．從圖4可見：1號和5號試樣經16 h焙燒后，試樣變形且體積明顯變小，2號試樣經焙燒后變形，6號試樣燒后變形較小，而3號試樣燒后幾乎沒有變形．

由于二次風門的調整會影響到鍋爐排煙溫度、鍋爐不完全燃燒損失、爐膛出口NOX濃度、風箱差壓、鍋爐主再熱汽溫等多個參數。二次風門自動控制一直是鍋爐自動控制中的難點，絕大多數電廠都是采用了運行人員手動控制的方式[8]。根據配風調整試驗數據在保證鍋爐效率與安全性的前提下，確定二次風門擋板的最優函數關系：

3.2.1 周界風

1)煤層燃燒器投運時周界風為煤層給煤量的函數，如圖6所示：

2)煤層未投運時，為防止燃燒器噴嘴燒壞，設置了周界風冷卻位函數，周界風開度為鍋爐主控的函數如圖7所示 (越接近上層的燃燒器噴嘴接受輻射熱的熱量越高，故開度也越大)：

圖7 煤層停運時周界風控制函數

3.2.2 燃燒器上/下風

1)煤層燃燒器投運時燃燒器上、下風為煤層給煤量的函數，如圖8所示：

圖8 煤層投運時上/下風控制函數

2)煤層未投運時，為防止燃燒器上、下風噴嘴燒壞，燃燒器上、下風噴嘴置冷卻位其開度為鍋爐主控的函數如圖9所示：

圖9 煤層停運時上/下風控制函數

圖10 風箱差壓控制函數

電廠運行初期出現過燃燒器燒損情況，后通過研究發現燒損原因是由于火嘴停運時，周界風冷卻不足導致[9]，通過設置周界風擋板冷卻位邏輯避免了燃燒器燒損情況。優化效果：通過配風試驗，在不降低鍋爐效率與主、再熱汽溫的前提下，通過增加SOFA風比例、降低風箱差壓等措施，平均降低了爐膛出口NOX濃度45.3 mg/Nm3、送風機電流18.67 A。

4 結束語

鍋爐廠為了保證鍋爐的燃盡率，給定的氧量控制曲線存在普遍偏高的情況，另外，傳統的鍋爐配風策略對分級送風的比例控制也偏于保守[10]。電廠投運后通過對氧量控制和二次風配風方式的兩項優化工作，在保證了鍋爐效率的基礎上降低了爐膛出口NOx排放濃度共181.93 mg/ Nm3、降低了供電煤耗共0.231 g/kwh。

2)將鍋爐配風調整試驗所得的優化參數以函數曲線的方式應用于DCS中，不但減少了運行人員操作調整的任務量，也避免了由于運行人員操作水平參差不齊而導致的調整效果的差異，實現了鍋爐配風參數的精細化控制，解決了鍋爐自動控制中二次風擋板自動控制的難點。

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Research on Oxygen Volume and Second Air Distribution of the Boiler in 1 000 MW Ultra Supercritical Unit

WU Risheng，LI He，YANG Feilong，JIN Liwei
(Guandong Huizhou Pinghai Power Plant，Ltd.，Huizhou，Guangdong 516365)

This paper introduces the results that the NOx emission in the boiler export and the power consumption of the air and gas system were reduced greatly by adjusting the oxygen volume and the second air distribution of the boiler of 2×1 000 MW ultra-supercritical units in Pinghai Power Plant.The results realize the meticulous control of the second air distribution by using the curvilinear function of optimized parameter from the experiment in DCS system.

air distribution strategy；NOx emissions；air and gas system power consumption；automation control.

TK22

B

1006-7345(2014)05-0081-03

2014-03-20

伍日勝 (1970)，男，學士，工程師，廣東惠州平海電廠，主要從事發電廠集控技術管理工作 (e-mail)150128127＠qq.com。

李賀 (1980)，男，學士，工程師，廣東惠州平海電廠，主要從事發電廠集控技術管理工作。主要從事發電廠集控技術工作(e-mail)Peterli170＠163.com。

楊飛龍 (1984)，男，學士，工程師，廣東惠州平海電廠，主要從事發電廠集控技術管理工作 (e-mail)394184037＠qq.com。