超超臨界鍋爐運行氧量優化調整

劉培紅，張曉東

(華電萊州發電有限公司，山東 萊州　261400)

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超超臨界鍋爐運行氧量優化調整

劉培紅，張曉東

(華電萊州發電有限公司，山東 萊州261400)

摘要：華電萊州發電有限公司#1超超臨界鍋爐實際運行中存在兩側氧量偏差大、再熱器減溫水量偏高、過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕等問題，為解決該問題，對該鍋爐的氧量進行優化調整試驗。進行了鍋爐氧量均勻性調整試驗及950，800 MW工況變氧量試驗，得出了不同工況下的最佳運行氧量及氧量臨界值。優化后，飛灰中碳的質量分數及CO體積分數有效降低，過熱器管壁超溫及受熱面高溫腐蝕問題得到緩解，大幅度提高了鍋爐的經濟性。

關鍵詞：超超臨界鍋爐；氧量；均勻性；變氧量；調整試驗

0引言

對于超超臨界百萬機組的燃煤鍋爐，運行氧量是一項主要指標，也是運行人員調整的主要參數，其與飛灰含碳量、爐渣含碳量、排煙熱損失、風機電耗和NOx排放量等各項指標有較強的相關性[1]。華電萊州發電有限公司#1超超臨界鍋爐實際運行中存在兩側氧量偏差大、再熱器減溫水量偏高、過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕等問題，為了解決該問題，對鍋爐的氧量進行調整優化試驗。

1機組概況

華電萊州發電有限公司2×1 050 MW機組的鍋爐為超超臨界參數變壓直流本生型鍋爐，一次再熱，單爐膛，前后墻對沖燃燒方式，尾部雙煙道結構，采用擋板調節再熱汽溫，固態排渣，全鋼構架，全懸吊結構，平衡通風，島式布置(運轉層以下封閉布置)。制粉系統為正壓直吹式，配6臺中速輥式磨煤機。設計煤種采用神華煤，校核煤種采用神府和晉北混煤，燃用煤種為煙煤。鍋爐點火及助燃采用#0輕柴油。

2氧量優化調整試驗前的準備工作

機組在1 000 MW負荷下穩定運行4 h以后，在運行人員日常習慣運行工況下，試驗人員進行空氣預熱器入口氧量場的標定，確定表盤排煙溫度、分散控制系統(DCS)表盤顯示氧量值與就地氧量測量值的對應關系，對鍋爐目前的運行狀況進行摸底，采集原煤、飛灰、大渣、煤粉樣品，以此為后續優化試驗的比較基準。

2.1鍋爐膛出口氧量場標定試驗

#1鍋爐負荷1 000 MW，在常規運行工況下，對空氣預熱器入口氧量場分布情況進行測量，測量標定結果見表1。對比現場測量的氧量數據與DCS表盤顯示的氧量，2組數據基本吻合，只有B側煙道外側DCS表盤氧量與實測值相比偏低。

表1　氧量場標定　%

注： A1～A8，B1～B8分別為A，B側煙道內側至煙道外側的

測點。

2.2鍋爐氧量均勻性調整試驗

(1)調整前鍋爐運行情況。運行A，B，D，E，F 5套制粉系統，進行氧量均勻性調整試驗。調整前，A，B側二次風門總開度為100%，兩側燃盡風門開度為50%，5層燃燒器對應的#1，#2，#7，#8外二次風門開度分別為60%，70%，70%，60%，中間的#3，#4，#5，#6風門開度為40%，A側氧的體積分數分別為1.0%，2.2%和3.6%，B側氧的體積分數分別為1.4%，2.6%和3.5%。

(2)外二次風門開度調整。將#3，#4，#5，#6

表2　氧量調平試驗鍋爐效率計算結果

表3　調整后內、外二次風門開度　%

外二次風門開度由40%關至35%，#1，#2，#7，#8外二次風門開度保持60%，70%，70%，60%不變。調整后A側氧的體積分數分別為1.6%，3.5%和3.0%，B側氧的體積分數分別為2.6%，2.9%和3.2%。

(3)燃盡風門調整。用燃盡風進行微調，A側開度保持50%不變，將B側開度關至45%，A側氧的體積分數分別為2.2%，3.2%和3.0%，B側氧的體積分數分別為2.9%，2.6%和3.2%。調整后，兩側氧量場達到了平衡且均勻的狀態。為防止中間噴燃器煤粉飛邊，將#3，#4，#5，#6內二次風門開度調整至40%(2格)。

通過調整試驗，表盤和就地風門開度趨于合理，兩側煙道氧量基本達到平衡。氧量調平后鍋爐效率變化見表2，風門開度見表3。

由計算結果可以看出，氧量調平后，鍋爐效率比摸底試驗升高0.59百分點，主要原因是氧量調平后，煙道外側氧量正常，其對應的飛灰中碳的質量分數、CO體積分數降低，鍋爐效率升高。

3氧量優化調整試驗

在保證機組安全運行、其他運行參數不變的條件下，以空氣預熱器進口氧量為變化參數，改變鍋爐運行氧量，測取鍋爐特性數據，并采集原煤和飛灰樣品，觀察不同氧量對主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、受熱面壁溫、減溫水量、結焦的影響[2]。測量煙氣中NOx的質量濃度及鍋爐熱效率等數據，根據測量結果，確定鍋爐最佳運行氧量以及脫硝設備入口的最佳NOx質量濃度。試驗在950 MW和800 MW負荷下進行。

機組在950 MW負荷下穩定運行8 h以上，進行變氧量試驗，鍋爐運行的具體氧量設置為2.5%，3.0%和3.5%。機組在800 MW負荷下穩定運行8 h以上，進行變氧量試驗，鍋爐運行的具體氧量設置為2.7%，3.2%和3.7%。

3.1950 MW工況氧量優化試驗

3.1.1試驗情況

機組負荷950 MW，運行A，B，D，E，F 5套制粉系統，氧量試驗分3個工況進行。第1個工況氧的體積分數設定3.5%，再熱器減溫水量為95 t/h，飛灰中碳的質量分數為1.26%，0.52%，0.58%和1.40%；第2個工況氧的體積分數設定3.0%，再熱器減溫水量為89 t/h，飛灰中碳的質量分數為1.15%，0.52%，0.33%和1.16%；第3個工況氧的體積分數設定2.5%，再熱器減溫水量為80t/h，飛灰中碳的質量分數為1.36%，0.78%，0.50%和1.86%。其他參數無明顯變化。

3.1.2試驗數據分析

氧的體積分數由3.5%降至3.0%，飛灰中碳的質量分數相差0.15百分點，再熱器減溫水量下降6 t/h；氧的體積分數由3.0%降至2.5%，爐膛出口氧量場分布均勻性變差，飛灰中碳的質量分數由0.790%升至1.125%，升高了0.335百分點，再熱器減溫水量下降9 t/h；第3個工況下，A，B煙道外側兩端氧量偏低，CO體積分數比前2個工況升高；排煙溫度等其他參數無明顯變化。

3.1.3最佳氧量確定

鍋爐效率與運行氧量的關系曲線如圖1所示，950 MW負荷工況下，氧的體積分數為2.5%，3.0%和3.5%時，鍋爐效率變化不大，其中氧的體積分數為3.0%時鍋爐效率最高。考慮高氧量運行后引、送風機電耗升高，低氧量運行爐膛氧量分布不均勻、高溫腐蝕加劇等的影響，建議運行中在950 MW負荷工況下氧的體積分數應保持在3.0%。

圖1　950 MW負荷下鍋爐效率與運行氧量的關系

3.2800 MW工況氧量優化試驗

3.2.1試驗情況

機組負荷800 MW，運行A，B，C，D，F 5套制粉系統，氧量試驗分3個工況進行。第1個工況氧的體積分數設定3.2%，再熱器減溫水量為100 t/h，飛灰中碳的質量分數為0.8%；第2個工況氧的體積分數設定3.7%，再熱器減溫水量為100 t/h，飛灰中碳的質量分數為0.7%；第3個工況氧的體積分數設定2.6%，再熱器減溫水量為90.2 t/h，飛灰中碳的質量分數為0.8%。

3.2.2試驗數據分析

氧的體積分數由3.7%降至3.2%，飛灰中碳的質量分數相差0.1百分點，基本持平，再熱器減溫水量持平；氧的體積分數由3.2%降至2.7%，爐膛出口氧量場分布均勻性變差；第3 個工況下，A，B煙道外側兩端氧量偏低，CO體積分數比前2個工況升高；排煙溫度等其他參數無明顯變化。

3.2.3最佳氧量確定

鍋爐效率與運行氧量的關系曲線如圖2所示，800 MW負荷工況下，氧的體積分數為3.6%時鍋爐效率最高。考慮高氧量運行后引、送風機電耗升高，低氧量運行爐膛氧量分布不均勻、高溫腐蝕加劇等的影響，建議800 MW負荷工況下氧的體積分數應保持在3.5%。

圖2　800 MW負荷下鍋爐效率與運行氧量的關系

4CO檢測試驗

在1 000 MW工況下，對#1鍋爐進行CO檢測試驗，改變氧量尋找CO與O2的關系曲線，尋找燃燒最佳氧量，試驗結果如圖3所示。

圖3　CO與O2關系曲線

入爐總風量不足或爐內氧量分布不均，局部燃燒缺氧，不僅使煙氣中CO的體積分數增加，而且會導致飛灰可燃物含量增加,反之亦然[3]。如果煙氣中CO的體積分數較高，說明爐內局部缺氧。測試發現，#1鍋爐沿煙道截面的煙氣分層現象嚴重：鍋爐B 側煙道外部缺氧，煙氣中CO的體積分數很高；鍋爐煙道內側氧富集，煙氣中CO的體積分數低。

由試驗結果看，煙氣中CO的體積分數對氧量變化反應敏感，臨界點附近氧量的微小變化就會導致CO體積分數急劇變化，該公司#1鍋爐運行氧量的臨界點在2%左右。建議運行中控制各DCS氧量測點顯示不要低于2.0%,避免水冷壁高溫腐蝕加劇。

5結論

通過調整外二次風、燃盡風，使#1鍋爐的配風方式得到全面優化，爐膛出口氧量場基本調整均勻，局部缺氧問題明顯改善，煙道中CO的體積分數平均值由0.95%降至0.12%，飛灰中碳的質量分數由摸底試驗的1.87%降至0.79%，鍋爐效率提高0.59百分點。調整后，過熱器管壁超溫和受熱面高溫腐蝕問題得到了有效緩解，運行方式達到全面優化，為鍋爐安全、經濟運行提供了技術支持。

參考文獻：

[1]李賀，謝江，祁積滿.1 000 MW超超臨界機組鍋爐運行參數控制[J].云南電力技術，2013，41(5)：89-93.

[2]劉吉臻,牛成林,李建強,等.鍋爐經濟性分析及最優氧量的確定[J].動力工程，2009，29(3):245-249.

[3]裘立春,張建華.基于CO的燃煤鍋爐燃燒優化[J].浙江電力，2005(3)：10-12.

(本文責編：劉芳)

收稿日期：2015-12-21；修回日期：2016-02-25

中圖分類號：TK 229.2

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)03-0044-04

作者簡介：

劉培紅(1975—)，女，山東濰坊人，助理工程師，從事火力發電廠節能工作(E-mail:1409031800@qq.com)。

張曉東(1977—)，男，福建仙游人，工程師，工程碩士，從事火力發電廠集控運行工作(E-mail:zxd7139@163.com)。