1036MW超超臨界機組鍋爐燃燒調整優化研究分析

華能臨沂發電有限有限公司 段傳洋

燃煤鍋爐運行階段會頻繁的調整煙氣氧量，波動幅度較大，適宜的氧量是鍋爐安全運行的重要基礎，在這樣的工況下煤粉著火過程才會更加穩定，一方面確保了煤粉燃燒的充分性，另一方面也減少了飛灰與爐渣內可燃物含量，對煙氣量的排放過程也能起到一定調控作用，降低鍋爐階段的熱損失，這是其獲得較高熱效率的重要基礎，還可能減少煙氣內NOx 的排放量。怎樣在鍋爐設備運行階段為其配置最佳運行氧量，始終是業內人員不斷研究的共同問題之一，過往主要采用兩種方法進程，一構建數學模型，在遺傳算法等的協助下探尋到最優解；二是對現場燃燒活動進行調整優化試驗，經縝密測算過程后確定最適宜運行氧量。

1 影響燃燒的主要因素

B 電廠4×1036MW 發電機組內置超超臨界鍋爐為研究對象（G3000/26.15-111型），BHK 公司規劃設計本產品的性能。最大連續蒸發量3033t/h，燃燒器應用的是前后墻對沖分級式燃燒方法，整個鍋爐布置了48支燃燒器，68個燃盡風(SAP)噴口；在燃燒的不同時段中，燃燒起中的內、外二次風被以此整合至爐膛內，內、次風分別是直流、旋流。

1.1 燃料的自身性質

大部分工況下，燃料內揮發分含量越高煤粉著火過程就越易發生，主要因為揮發組分為氣體可燃物，其著火溫度處于較低水平，故而當其在燃料內所占比重較大時煤粉越容易燃燒、燃燒過程越穩定，不完全燃燒的損失率也相應降低[1]。在燃燒過程中原煤灰分會吸熱，如果將高灰分的劣質煤添加至鍋爐內時，鑒于燃料自身發熱量較低，增加了燃料的耗用量，燃燒過程中存有較多灰分時會吸收掉更多熱量，造成爐膛中煙氣溫度下降，使煤粉氣流著火過程遲緩進行，也對著火穩定性形成不良影響。

1.2 煤粉細度

這是影響煤粉氣流著火溫度的主要因素之一，煤粉越細著火過程就越容易進行。這主要是在煤粉濃度相同的工況下，煤粉越細參與燃燒過程的表面積就越大，煤粉自身的熱阻有不斷跌落趨勢，加熱工序推進時溫度快速上升誘導揮發分析出過程，燃燒活動快速推進，有助于短縮燃燒時間，提升燃料的完全燃燒率。

1.3 一次風的風量、風速、風溫

在正常工況下，若降低風粉混合物的一次風量則等同提升了煤粉自身的濃度，降低其著火熱；也能在等同的煙氣回流量條件下誘導煤粉快速抵達更高溫度，故而加快著火進程，對煤粉著火與燃燒過程均是有一定助益的。如果一次風量偏低，則可能造成煤粉著火早期不能獲得充足的氧氣，反應遲緩進行，對爐膛內燃料著火范疇的拓展不能起到促進作用。故而，對于某個煤種而言，其擁有一次風率的最適值，一次風量具體大小應以符合揮發分的燃燒為基準。

一次風速也影響著火過程，偏高時會降低煤粉氣流的加熱速率、使著火點后移，不利于維持燃燒過程的平穩性，且不能確保煤粉燃燒的完全性；過低時會增加一次風管被堵塞的概率且著火明顯前移，部分情境下可能會燒損燃燒器[2]。著火速度快慢和一次風溫高低之間存在正相關性，但鍋爐內燃燒的是高揮發分煤種時，此時若提供過高的一次風溫，可能會因著火點和燃燒器噴口相距過近而引起較多結渣或對噴燃器造成不同程度燒損等情況。

2 燃燒系統調整優化試驗

2.1 燃盡風量

該試驗在1000MW 負荷下展開，試驗階段要維持制粉系統、燃燒器主要運行參數的穩定性，只調整燃盡風風箱擋板的張開度，調整燃盡風、主燃燒區風量配置比例，觀測燃盡風風量大小。本試驗于1000MW 負荷工況下保持大概3.2%時分別進行了三種不同工況，各工況前/后墻燃盡風擋板開度(A/B)依次是48/47/49/46%、60/60/61/61%、79/78/79/78%。

統計實驗結果后，發現在以上三種工況下主蒸汽溫度依次是60.1、599.9、599.6℃，過熱器減溫水流量204、102、182t/h；再熱蒸汽溫度598.2、600.1、601.1℃，再熱器總的減溫水流量17.3、17.5、17.2；經修正后的排煙溫度依次是129.4、130.2、130.3℃，干煙氣熱損失率4.557、4.584、4.610；飛灰內碳含量2.4、3.1、1.7%。

系統分析以上實驗所得數據不難發現，燃盡風量大小對汽溫特性會形成十分明顯的影響。在直流鍋爐運行階段，在煤水比恒定的工況下，火焰中心向上移位水冷壁加熱段相應延長，過熱段縮小過熱汽溫稍稍下降；反過來過熱汽會有所升高。而抬高火焰中心抬高時，爐膛出口溫度值隨即上升，再熱器吸收更多的熱量，再熱汽溫提高；反過來，再熱器對熱量的吸收量減少，再熱汽溫也有跌落。如果要維持過熱汽溫恒定，也需再度調整煤水比或減溫水量指標，利用煙氣擋板調整再熱汽溫。

縱觀本實驗研究過程，在燃盡風開大以后，因火焰中心上移，過熱汽溫短時間內降低，壁溫同步下降，在確認煤水比、減溫水調整過程平穩以后壁溫回升。把以上這種特性設定成暫時降低壁溫的可行方法之一，整改以后方可關小燃盡風擋板[3]。通過比較后發現，鍋爐運轉階段A、B 兩側屏過、高過管溫整體傾向于A 側較高，屏過形成的偏差相對較大，鑒于以上情況單獨調整了A、B 側燃盡風擋板，依次開到70%、40%以后管壁溫度趨于穩定狀態。綜合以上實驗結果，推薦把1000W、750MW 負荷燃盡風擋板分別開到40%、25%左右，600MW 之下負荷要全關，若過熱器溫差過大，則建議適度調大壁溫高相對較高的那一側燃盡風。

2.2 磨煤機出口溫度

本試驗中保持磨煤機風量、燃燒系統主要參數恒定，只將磨煤機出口溫度作為變量，觀測該變量對鍋爐運行成本形成的影響。試驗階段具體是在1000MW 負荷下應用ABDEF 四臺磨煤機，將空預器進口氧量維持在2.9%上下，共計進行2個工況，2個工況中分別設定磨煤機出口溫度60、70℃。

在以上2種工況下，發現提升磨煤機出口溫度后火焰中心下移，過熱汽溫均有提升，再熱汽溫下降。建議指派人工去提升水煤比、減溫水量，保持適宜的過熱汽溫，適度降低過熱器壁溫。鍋爐設備在現實運轉時，通過控制、調節磨煤機出口溫度，其目的主要是規避發生制粉系統炸裂的情況。一定的氧量、高溫條件及濃度較高的揮發分可燃物是系統爆炸的基本條件，現實運轉階段煤粉始終處于流動狀態，只要無氣流死角造成較多的可燃物聚集時，爆炸事件的發生率會相應降低[4]。結合本調整優化試驗中統計到的主蒸汽溫度、過熱器的減溫水流量、再熱蒸汽溫度、排煙溫度、干煙氣熱損失率等，建議將磨煤機出口溫度調控在68～70℃范圍中，并確保風溫≤280℃。啟動、暫停磨煤機過程中要濕度延長吹掃時間并適時降低出口溫度。

2.3 煤粉細度

在本實驗中需維持磨煤機出力、風量等參數不變，只調整旋轉分離器的運轉速度，借此方式整改煤粉細度指標，主要觀測煤粉細度對飛灰內碳含量形成的影響。在1000MW 負荷下進行，選擇處于運行狀態中4臺ABDEF 磨煤機，維持空預器進口氧量2.9%上下，分別進行了三個工況，三個工況磨煤機內分離器轉速依次是700、800、900rpm。

統計本實驗中所得結果后不難發現，在分離器轉速調整區間中（700～900rpm），伴隨分離器轉速增加，飛灰內碳含量有降低的趨勢、但減少幅度并不顯著。這主要是由于在以上轉速范疇中，采用增加分離器轉速的方法后煤粉細度降低幅度不大。鑒于膛容積熱負荷整體偏低的實際狀況，鍋爐正常運轉氧量下高負荷相比較，低負荷工況下飛灰內碳含量相對較高，爐膛溫度對飛灰內碳含量多少表現出較高的敏感性[5]。鍋爐爐膛運行氧量增多時，飛灰內碳含量稍有降低，但當氧量增加至一定水平后其對飛灰內碳含量基本不會再形成影響，故而減小煤粉細度是降低飛灰內碳含量的有效方法之一。當下國產分離器皮帶轉速提升較大，故而應盡早更換運行更加安穩、可靠的皮帶以降低煤粉細度。為確保煤粉細度長時間處于安穩運轉狀態下，綜合試驗結果，建議在各臺磨煤機出力達到80t/h 左右時將煤粉細度R90調控在26～30%范圍中。

綜上，采用調整優化措施后經檢測發現1000 MW 負荷鍋爐效率在94.0%以上，最高能達到95.1%，明顯超出了鍋爐的設計熱效率。通過比較調整優化前后過熱器壁溫，不難發現經調整以后鍋爐的運行狀態明顯改善。為進一步減少飛灰內碳含量，提升鍋爐燃燒過程中的節能、減排效果，后續研究中相關人員應探究是否可基于運行調整過程進一步降低煤粉細度的問題，使鍋爐燃燒效率更上一層樓。