330MW亞臨界汽包爐整套期間燃燒調整

宋文強 段寶

【摘要】針對國華惠州熱電分公司1100t/h亞臨界壓力汽包爐，在闡述鍋爐運行的經濟性特點基礎上， 分析了在整套調試期間氧量、爐膛—風箱壓差、燃燼風風量、燃燒器擺角開度、一次風風速、煤粉細度和磨煤機組合方式等對鍋爐經濟性的影響， 提出了燃燒優化調整后的運行方式， 為同類型鍋爐提高經濟性提供參考。

【關鍵詞】330MW亞臨界汽包爐；燃煤機組；整套啟動；燃燒調整；鍋爐熱效率

前言

鍋爐隨著電力體制改革的展開以及競價上網政策的實施， 電廠運行的經濟性指標變得越來越重要。在國華惠州熱電分公司1號機組整套運行期間，進行了燃燒優化調整試驗，以尋求鍋爐最佳運行方式，提高鍋爐運行的安全性和經濟性。通過改變氧量、爐膛—風箱壓差、燃燼風風量、燃燒器擺角開度、一次風風速、煤粉細度和磨煤機組合方式等單因素試驗， 基本摸清了該爐的運行經濟性特點， 為機組安全經濟運行提供了依據。經調整試驗使飛灰和爐渣可燃物降低， 鍋爐熱效率得到了提高。

1. 機組技術參數

國華惠州熱電分公司2×330MW 機組為亞臨界壓力一次中間再熱自然循環鍋爐。亞臨界參數、自然循環、單汽包、單爐膛平衡通風、四角切圓燃燒、一次中間再熱、平衡通風、燃燒器擺動調溫、全鋼構架（主副雙鋼架）∏型汽包爐、固態排渣、煤粉爐，空氣預熱器采用三分倉回轉式（容克式）預熱器。煙氣設置脫硫和脫硝處理裝置，配置5 臺中速磨。本工程采用燃燒器四角布置，切向燃燒方式，制粉系統采用5 臺中速磨直吹式系統，燃用煙煤，針對煙煤的特性，采用先進技術，對燃燒器系統進行優化設計，采用二段式八組四角切圓燃燒器，著重解決煙煤的易結渣性、低負荷穩燃、燃盡、防止水冷壁高溫腐蝕、防止嚴重結渣、降低 NOx 排放量等諸技術問題。上段燃燒器設置2 層煤粉噴嘴，1 層油槍；下段燃燒器設置 3 層煤粉噴嘴，2 層油槍。本工程點火方式為二級點火，即高能點火器→輕油→煤粉。本系統介質為#0輕柴油，霧化方式為簡單機械霧化，燃燒器風箱中設有 3 層共12 支簡單機械霧化油槍，油槍總出力為30%BMCR。每支油槍配有20J 高能點火器一套，點火時由進退機構控制。主要用于低負載穩燃特別是緊急工況時的穩燃，保證鍋爐燃燒穩定，設計、校核煤種見下表1。

表1 設計煤種、校核煤種分析表

檢測項目 符號 單位 設計煤種 校核煤種

收到基碳分 Car % 57.78 50.07

收到基氫分 Har % 2.79 2.46

收到基氧分 Oar % 12.58 10.43

收到基氮分 Nar % 0.47 0.47

收到基硫分 St，ar % 0.52 0.43

收到基揮發分 Var % 25.01 20.91

收到基灰分 Aar % 7.76 10.14

收到基水分 Mt % 18.10 26.00

空氣干燥基水分 Mad % 9.25 6.38

收到基低位發熱量 Qnet，v kJ/kg 21180 17450

2. 影響鍋爐熱效率的因素分析

2.1 氧量

入爐總風量的大小與鍋爐熱效率的高低密切相關， 總風量過大會使排煙熱損失增加；總風量過小，則會使煤粉燃燒不充分，煙氣中CO含量、飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量增加，致使化學和機械未完全燃燒損失增加；總風量的大小也對主汽溫和再熱汽溫產生影響，因此選取合理的入爐總風量，可使總的熱損失最小，鍋爐熱效率達到最高，同時在低負荷時又能保持較高的汽溫。在330MW 負荷下，保持鍋爐所有運行條件不變，只是在CRT上設置不同的氧量，并通過自動調節實現空氣預熱器前不同的氧量，修正后熱效率試驗結果見圖1。其中N、W（O2 ）、Q2、G分別表示機組負荷、空預器前氧量、排煙熱損失和鍋爐效率，下表同。在330 MW工況，投運 5層煤粉噴嘴（ABCDE磨煤機） 的情況下，通過改變省煤器出口氧量，維持其它參數不變。

圖1 氧量對熱效率的影響

從圖1可以看出：當 O2=2.7 %時的鍋爐效率高于O2=4.5 %時約0.45%，說明在省煤器出口氧量增加的情況下，降低的灰渣中未燃盡碳熱損失無法彌補因排放煙氣量增大導致的鍋爐熱損失增大。通過試驗可知：在機組高負荷時維持3.0 %的省煤器出口氧量就可以取得較高的效率。

2.2 爐膛—風箱壓差Δp（Pa）

在鍋爐負荷與爐膛出口氧量不變的條件下， 爐膛—風箱壓差的高低關系到輔助風、燃料風和燃燼風彼此間風量的比例，比例大小對煤粉燃燒的穩定性、燃燼性及NOx的排放量有極大的影響， 因此選擇合理的爐膛—風箱壓差， 會提高鍋爐的安全性和經濟性。在330MW負荷下試驗，維持給煤量、一次風量、OFA風擋板開度、SOFA風擋板開度、燃料風擋板開度、投運燃燒器及其擺動角度不變 ，增加爐膛、風箱壓差，如圖2。

圖2 爐膛風箱壓差變化對鍋爐效率的影響

從圖2 可知，隨著爐膛、風箱壓差逐步增加，鍋爐灰渣中未燃盡碳熱損失基本不變 ，對鍋爐效率的影響不大。爐膛—風箱壓差增大，意味著輔助風風量減少、燃料風風量增加。燃料風風速的提高，使得煤粉燃燒推后，火焰拉長，燃燒時間縮短，飛灰可燃物含量上升，同時燃料風風速的增加，減少了煤粉顆粒的離析， 使爐渣可燃物含量減少最終表現為熱效率變化不大。

2.3 燃燼風風量

燃燒器最上3層為燃燼風噴口，燃燼風的作用是實現分級燃燒，減少熱力型NOx生成，補充燃燒后期所需氧。燃燼風風量的大小影響NOx的排放量和碳粒子的燃燼程度。此項試驗只考慮燃燼風風量對鍋爐燃燒的影響。分別在280 MW、330MW 負荷下，保持鍋爐其它運行參數不變， 同時改變3層燃燼風風門擋板開度a，實現燃燼風風量的變化，試驗結果見表2。由結果可知，280MW負荷時，由于總風量小，燃燼風風門擋板開度開大，燃料風和輔助風風量減少，使燃燒前期供氧不足，托不住大顆粒煤粉， 爐渣可燃物含量較大；330MW負荷時，燃燼風風量的變化對煤粉燃燒影響不大，飛灰可燃物含量和爐渣可燃物含量變化不大。當燃燼風風門擋板開度由全開到全關，爐膛—風箱壓差由0.93kPa提高到1.06kPa，燃料風、輔助風風量相應增加，爐渣可燃物質量分數從7.32%降低到5.52%。

表2 燃燼風風量對熱效率的影響

N/MW a/% W（O2 ）/% Q2/% Q4/% G/%

280 0 3. 18 4. 54 0.71 94.21

280 40 3. 10 4. 96 0.74 93.80

280 100 3. 01 4. 68 0.91 93.87

330 76 2. 83 4. 85 0.19 94.56

330 100 2. 92 5. 23 0.21 94.16

2.4 燃燒器擺角

燃燒器噴嘴設計為上下擺動， 主要是通過改變爐膛火焰中心高度調節再熱汽溫和過熱汽溫，但火焰中心高度的改變對煤粉燃燼產生一定影響。在330MW負荷和ABCDE磨煤機運行條件下，僅改變燃燒器噴嘴擺角A，測量不同擺角時的鍋爐熱效率，并記錄汽溫和減溫水量。結果見表3。

表3 燃燒器擺角對熱效率的影響

N/MW A/% W（O2 ）/% G/%

330 5 3.19 93.77

330 15 3.25 94.15

由表3可知， 燃燒器向上擺動，飛灰可燃物增加，鍋爐效率降低，減溫水量增加。當擺角由5%抬高到15%，省煤器出口氧量由5%升高至15%，鍋爐效率由93.77%升高到94.15%，鍋爐效率升高0.38%。由此可見，燃燒器擺角的變化對鍋爐效率影響作用明顯。

2.5 一次風風速

機組帶330 MW負荷，鍋爐其它運行參數不變，通過改變磨煤機入口風量來改變一次風噴嘴風速。由于受制粉系統的限制，一次風風速很難大范圍變化，因此只有2個一次風風速的對比。一次風風速由29.4m/s降低到27.2m/s，鍋爐熱效率幾乎沒有變化，這說明一次風風速在小范圍內變化對鍋爐熱效率沒有多大影響。

3. 結語

在上述分析的基礎上， 根據鍋爐實際運行情況，最終燃燒優化結果如下：

3.1 綜合考慮鍋爐熱效率和汽溫變化，適當提高省煤器出口氧量，有利于避免或減輕爐膛受熱面結渣。鍋爐的運行氧量的合理選取是提高鍋爐效率和達到環保排放的保證。建議在250、280、330MW 負荷下表盤氧量控制在4.5%、3.4%、3.0%；

3.2 爐膛大風箱的壓差的合理控制使得主燃燒器和SOFA燃燒區域的燃燒份額發生變化，隨著爐膛大風箱的壓差的提高，主燃燒器區域的燃燒份額有所降低，體現出鍋爐高度方向燃燒分級的效果，結合鍋爐效率和排放及達到控制爐膛出口煙氣溫度的作用，在300MW以上負荷自動控制中設定爐膛—風箱壓差為0.9～1.0kPa 是合適的，這樣鍋爐效率較高，送風系統阻力也較低，鍋爐運行更經濟；

3.3 機組負荷較低時應關小燃燼風風門擋板， 以取得較高的燃燒效率；

3.4 磨煤機不同組合方式對汽溫的影響是明顯的，運行中應適當調整磨煤機的投運方式以滿足汽溫的要求。對于國華惠州熱電分公司1號鍋爐來講，由于煤質較差，四臺磨無法滿足帶滿負荷的要求，在330MW負荷時須五臺磨全部投運，這就使得每臺磨所帶煤量有了更好的調節裕度，在目前設備與燃煤條件較好情況下，鍋爐按照調整后的參數運行，熱效率提高了0.59%，達到了節能降耗的目的。這對同類型機組鍋爐來講， 具有一定的借鑒意義。

【參考文獻】

[1] 高建林，單英雷.600MW超臨界機組過熱汽溫控制系統分析.2008（1）

[2] 楊震，莊恩如，曹子棟.600 MW超臨界直流鍋爐的燃燒調整試驗，動力工程.2007（8）

[3] 國華惠州熱電分公司2×330MW機組鍋爐說明書