優(yōu)化鍋爐燃燒配風(fēng)之低能耗運行研究

姚國華 朱建躍

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司

1 概況

上海外高橋第二發(fā)電有限責(zé)任公司的兩臺900MW超臨界直流鍋爐，由ALSTOM-EVT（阿爾斯通能源系統(tǒng)公司）設(shè)計與制造。單臺鍋爐的風(fēng)煙系統(tǒng)配備有兩臺型號為SAF37.5-20-2的動葉可調(diào)軸流式吸風(fēng)機、兩臺型號為FAF 27.5/14-1的動葉可調(diào)軸流式送風(fēng)機、兩臺回轉(zhuǎn)式空預(yù)器等組成。同時，每臺鍋爐的制粉系統(tǒng)配置6臺型號為SM28/17的中速RP磨煤機以及兩臺進口葉片可調(diào)單吸離心式一次風(fēng)機，型號為1854B/1446。

2 機組運行情況分析

目前的大容量火電廠機組實際運行情況為：鍋爐輔機容量大、耗電多，在發(fā)電廠用電率中占相當(dāng)大的比重。同時，由于外部發(fā)電環(huán)境日趨緊張，機組全年的發(fā)電量早已今不如昔。如何合理配置和調(diào)控鍋爐各輔機的各項參數(shù)，從而達(dá)到大幅度降低廠用電率已成為電廠經(jīng)濟運行的首要課題。

結(jié)合外二廠機組的實際運行條件和運行工況，主要存在問題為二次風(fēng)量偏大。

基于現(xiàn)有的資料以及與國內(nèi)同類型機組在相同負(fù)荷條件下的比對，我公司機組中鍋爐的實際運行氧量值明顯偏大，這一現(xiàn)象直接體現(xiàn)在二次風(fēng)量與理論設(shè)計風(fēng)量存在較大的偏差，實際風(fēng)量遠(yuǎn)高于理論風(fēng)量。雖然二次風(fēng)量偏大可能會使整個煤粉燃燒更加充分，降低不完全燃燒損失，但從整體而言，對鍋爐的安全經(jīng)濟環(huán)保運行都是不利的。

首先，從鍋爐NOX生成的機理來看，足夠的空氣量是產(chǎn)生NOX物的必要條件，而過大的氧量即二次風(fēng)量正是為NOX物的生成提供的“溫床”。由于大量的空氣（即O2）沒有在煤粉燃燒中被消耗，從而使得燃料中所攜帶的氮氧化物大量被氧化從而生成NOX物，嚴(yán)重影響了機組的環(huán)保運行。

其次，過大的二次風(fēng)量雖然使得煤粉的燃燒更加充分，但是這僅僅是指氧量在一個合適的范圍內(nèi)的狀況。如果超出此合適范圍由于風(fēng)量的增大勢必造成風(fēng)壓也被提高，使煤粉流速增加，煤粉的著火點后移。這對穩(wěn)定燃燒帶來了負(fù)作用。同時，由于二次風(fēng)量偏大造成了風(fēng)機動葉開度的增加，一旦遇到極端高溫天氣，在機組滿負(fù)荷運行的情況下，甚至動葉開度幾乎達(dá)到100%，失去了調(diào)節(jié)余量。這些都將對鍋爐的安全運行帶來極大的影響。

第三，如前所述，過大的二次風(fēng)量會使煤粉流速提高。這將使煤粉在爐膛內(nèi)部燃燒時間被縮短，從而使整個爐內(nèi)溫度以及煙氣溫度降低，這樣不但沒有使鍋爐效率增加，在某種程度上反而降低了鍋爐的效率，降低了鍋爐運行的經(jīng)濟性。

3 燃燒配風(fēng)試驗

基于對機組實際運行情況的分析以及對可能引起的相關(guān)參數(shù)發(fā)生變動的梳理，得出整個二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整可以分為幾個部分執(zhí)行。

3.1 燃盡風(fēng)擋板開度試驗

從目前的運行實際情況來看，我們的大風(fēng)箱差壓設(shè)定是一條不變的直線，始終是依據(jù)1 000pa這個恒定值來調(diào)整。基于這個前提，我們首先維持此恒定的設(shè)定值不變，做相應(yīng)的燃盡風(fēng)擋板開度試驗。我們希望，以此時的燃盡風(fēng)擋板開度，做出一根與負(fù)荷一一對應(yīng)的曲線，并作為下一步試驗的基準(zhǔn)值。

我們?nèi)?00MW～450MW負(fù)荷段，以50MW為一個負(fù)荷斷點，在該負(fù)荷點維持負(fù)荷穩(wěn)定的同時，以10%為一檔逐步關(guān)小燃盡風(fēng)擋板。觀察各臺磨煤機的輔助風(fēng)門的開度以及機組NOX排放量的變化情況。

3.2 降氧量試驗

依據(jù)之前燃盡風(fēng)擋板開度試驗，我們得到了一條更加適合實際運行工況的燃盡風(fēng)擋板開度的曲線，此條曲線與負(fù)荷一一對應(yīng)。在接下來的降氧量試驗中，所有負(fù)荷段燃盡風(fēng)擋板的開度，依據(jù)之前燃盡風(fēng)擋板開度試驗中所得的試驗數(shù)據(jù)進行設(shè)置。

在900MW～450MW負(fù)荷段，以50MW為一個負(fù)荷斷點，在該負(fù)荷點維持負(fù)荷穩(wěn)定的同時，以0.1%為一檔，降低鍋爐氧量設(shè)定的偏置。待機組穩(wěn)定后，觀察機組各項參數(shù)的變化情況。

3.3 鍋爐大風(fēng)箱差壓調(diào)整試驗

在已知現(xiàn)行大風(fēng)箱差壓設(shè)定是一條不變的直線，始終是依據(jù)1 000pa這個恒定值來調(diào)整。只有當(dāng)機組負(fù)荷＞750MW時，在燃盡風(fēng)擋板全開的情況下，大風(fēng)箱差壓才會大于1 000pa這個恒定值。而關(guān)小燃盡風(fēng)擋板的開度又會使這個負(fù)荷點下移，可能是730MW或者更低。但我們此時降低氧量的設(shè)定值，就會對此部分作用起到對沖的效果。此時，通過這一系列的調(diào)整，得出一個新的對應(yīng)不同負(fù)荷的大風(fēng)箱差壓。

由于降大風(fēng)箱差壓與降氧量之間有著密不可分的關(guān)系，所以我們參照了之前的降氧量試驗方案，制定了相關(guān)降大風(fēng)箱差壓的試驗方案。

3.4 試驗數(shù)據(jù)

通過以上3項試驗，得到了以機組負(fù)荷為基準(zhǔn)的大量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，表1例舉了機組在900MW負(fù)荷工況時的運行數(shù)據(jù)。

4 非正常工況下的鍋爐燃燒配風(fēng)分析

對于鍋爐燃燒配風(fēng)的重新調(diào)整，不僅要考慮正常運行的不同工況，還需考慮機組異常工況下的運行安全性。這些異常工況主要包括磨煤機跳閘引起的機組R.B.、其他輔機跳閘引起的機組R.B.和一次風(fēng)機跳閘引發(fā)的一次風(fēng)壓力突變；燃燒配風(fēng)參數(shù)調(diào)整后，對爐內(nèi)燃燒充分及火焰中心位置的影響，最終導(dǎo)致對燃燒器區(qū)域水冷壁管壁的損害等。為此，收集和分析了歷時運行工況中發(fā)生上述情況的數(shù)據(jù)，確保在非正常工況下能滿足相關(guān)輔機的正常運行。

4.1 燃燒配風(fēng)調(diào)整方案實施

參照制定的試驗方案，我們先后進行了多達(dá)30次左右的各類試驗，得到了大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在對這些數(shù)據(jù)的分析比對的同時，我們對整個鍋爐燃燒配風(fēng)系統(tǒng)進行了優(yōu)化調(diào)整，對配風(fēng)系統(tǒng)所涉及的關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置進行了進一步的規(guī)范。其中包括在不同的負(fù)荷段，對鍋爐的氧量、大風(fēng)箱差壓、燃盡風(fēng)擋板的開度制定了差異化的控制規(guī)定。

4.2 安全性評估

從運行調(diào)整的角度，任何參數(shù)的修改和運行措施的重新制定都必須以機組安全運行為前提。而對于此項目而言，最擔(dān)心的是由于降低了鍋爐氧量以及一次風(fēng)壓運行，勢必使得煤粉的著火點前移，更靠近水冷壁區(qū)域，造成管排的高溫腐蝕。同時，由于燃燒行程變長使得整個燃燒切圓變大，這將增加水冷壁區(qū)域的沖刷磨損。

針對上述可能出現(xiàn)的問題，結(jié)合5#機組2016年3月開始的B級檢修，我們增設(shè)了針對水冷壁區(qū)域管壁的專項檢查項目。

表1 機組運行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

圖1 鍋爐爐膛燃燒器

從檢查的效果以及圖1所顯示的燃燒器照片可見，經(jīng)過近一年的實際運行，水冷壁區(qū)域的管壁幾乎未見明顯的磨損量和高溫腐蝕量的增加，由此可見上述方案實施后，對鍋爐的整體安全性沒有影響，機組的安全運行可以得到保證。

4.3 試驗數(shù)據(jù)

2016年11 月，我們聘請相關(guān)試驗機構(gòu)進行了《鍋爐運行方式優(yōu)化調(diào)整對比試驗》，這其中包括了鍋爐優(yōu)化配風(fēng)方案實施后，對整體能耗影響的評估。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)（表2）顯示，供電煤耗在各負(fù)荷段均有下降，平均下降了2.23g/kWh。

同時，試驗報告還顯示，鍋爐出口的NOX排放值較方案實施前下降了100mg/Nm3，隨之帶來的即尿素使用量的下降。

綜合以上兩項收益情況，這套方案的實施對于降低機組運行能耗，提高發(fā)電企業(yè)整體效益有著極大的幫助。

5 結(jié)論

通過對鍋爐燃燒配風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過近一年的運行實施，機組磨煤機的冷熱風(fēng)門調(diào)節(jié)正常，熱風(fēng)門最大開度不超過75%，冷風(fēng)門開度則更小；鍋爐的爐渣和飛灰含碳量沒有明顯增大的趨勢。綜合上述的情況可見鍋爐燃燒配風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整能滿足鍋爐正常安全運行的需要。

此套鍋爐燃燒配風(fēng)調(diào)整方案正式實施后，機組的供電煤耗、鍋爐側(cè)輔機的廠用電率都有了大幅度的降低，所取得的經(jīng)濟效益顯著。環(huán)保排放指標(biāo)明顯改善。在取得顯著經(jīng)濟效益的同時，社會效益也得到了大幅度提高。總結(jié)方案實施的經(jīng)驗，得出方案中所涉及的各項核心參數(shù)還有進一步優(yōu)化調(diào)整的空間，由此所能帶來的節(jié)能效果將進一步擴大，將有待于進行進一步的試驗進行相應(yīng)的驗證。