切圓燃燒方式兩側(cè)運(yùn)行氧量偏差的優(yōu)化調(diào)整

華陽(yáng)電業(yè)有限公司后石電廠 李任飛

切圓燃燒方式的大容量電站鍋爐，由于殘余旋轉(zhuǎn)的存在會(huì)造成沿?zé)煹缹挾鹊臒熕贌煖仄睿M(jìn)而引起兩側(cè)運(yùn)行氧量的偏差。目前的研究主要集中在兩側(cè)運(yùn)行氧量無(wú)偏差時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模型和新算法的建立，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中則不然，兩側(cè)運(yùn)行氧量的偏差問(wèn)題已嚴(yán)重地影響了機(jī)組節(jié)能降耗工作的開(kāi)展，優(yōu)化調(diào)整勢(shì)在必行。

1 試驗(yàn)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)

本次選取了三種典型的切圓燃燒方式機(jī)組作為研究對(duì)象，包括一臺(tái)350MW亞臨界四角切圓燃燒方式低氮改造機(jī)組（三菱重工制造的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、強(qiáng)制循環(huán)鍋爐；四角切圓燃燒方式；五層一次風(fēng)、六層二次風(fēng)噴口，四角布置；四層燃盡風(fēng)，四角布置）、一臺(tái)600MW超臨界雙切圓燃燒方式低氮改造機(jī)組（三菱重工設(shè)計(jì)制造的超臨界參數(shù)、一次中間再熱、直流鍋爐；雙切圓燃燒方式；五層一次風(fēng)、兩層油噴口、六層二次風(fēng)噴口和三層貼壁風(fēng)噴口，八角布置；三層燃盡風(fēng)，八角布置）、一臺(tái)新建660MW超超臨界墻式切圓燃燒方式機(jī)組（哈鍋生產(chǎn)的超超臨界參數(shù)、一次中間再熱、直流鍋爐；墻式切圓燃燒方式；六層一次風(fēng)、三層油噴口、十二層二次風(fēng)噴口，墻式布置；六層燃盡風(fēng)，墻式布置），三個(gè)機(jī)組的參數(shù)分別為：一次風(fēng)率（%）23.0/22.0/25.4、一次風(fēng)速（m/s）25.0/25.0/27.0、二次風(fēng)率（%）72.5/73.7/70.6、二次風(fēng)速（m/s）46.0/45.0/47.0、漏風(fēng)（%）4.5/4.3/4.0、燃盡風(fēng)占二次風(fēng)比例（%）25.0/30.0/40.0，涵蓋了國(guó)內(nèi)主要的切圓燃燒方式類型。

本次試驗(yàn)內(nèi)容主要包括：原煤取樣；灰渣取樣；省煤器和空預(yù)器出口截面煙氣成分測(cè)試；環(huán)境參數(shù)的記錄。試驗(yàn)期間原煤取樣從運(yùn)行的給煤機(jī)上進(jìn)行，每臺(tái)給煤機(jī)每次取樣2kg，裝入桶內(nèi)密封好。飛灰取樣采用電除塵器第一電場(chǎng)的取樣點(diǎn)，爐渣的取樣在爐底撈渣機(jī)排渣口處接取。取樣結(jié)束后，樣品混合均勻。省煤器和空預(yù)器出口截面煙氣成分按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的點(diǎn)數(shù)采用等截面網(wǎng)格法進(jìn)行[1]。煙氣樣品是用經(jīng)驗(yàn)證無(wú)裂紋的不銹鋼管引出至煙道外后進(jìn)行煙氣成分分析，分析的主要項(xiàng)目有O2、CO、CO2、NO。為比較優(yōu)化前后機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，試驗(yàn)期間采集了煤灰渣樣，并進(jìn)行了鍋爐熱效率的計(jì)算，鍋爐熱效率的計(jì)算及修正按照《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 摸底試驗(yàn)結(jié)果

切圓燃燒方式鍋爐運(yùn)行時(shí)，通常采用對(duì)制粉系統(tǒng)的標(biāo)定、調(diào)整燃燒器擺角和傾角、調(diào)整燃燒器風(fēng)門擋板開(kāi)度來(lái)對(duì)汽溫及氧量等進(jìn)行控制。在進(jìn)行常規(guī)調(diào)整后，額定負(fù)荷下350MW亞臨界機(jī)組、600MW超臨界機(jī)組及660MW超超臨界機(jī)組摸底試驗(yàn)結(jié)果分別為：機(jī)組負(fù)荷（MW）351.1、597.2、660.0；運(yùn)行氧量實(shí)測(cè)值（A/B，單位%）4.47/1.68、2.49/3.78、1.70/4.20；飛灰可燃物含量實(shí)測(cè)值（A/B，單位%）0.88/3.34、1.70/1.08、0.79/0.51；CO排放濃度實(shí)測(cè)值（A/B，單位μL/L）102/2437、1127/450、804/40；NOx排放濃度實(shí)測(cè)值（A/B，單位mg/m3）312/233、246/315、185/238；修正后的鍋爐熱效率（%）92.60、93.25、94.22。

摸底試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，盡管運(yùn)行氧量按設(shè)計(jì)值設(shè)定，但三臺(tái)機(jī)組兩側(cè)氧量均偏差過(guò)大，分別為2.79%、1.29%和2.50%，導(dǎo)致局部嚴(yán)重缺氧燃燒，局部氧量過(guò)剩，引起爐內(nèi)兩側(cè)燃燒的差異，缺氧側(cè)煙氣中CO含量和飛灰可燃物含量偏高，爐內(nèi)存在高溫腐蝕和結(jié)焦的隱患，氧量過(guò)剩側(cè)NOx生成濃度偏高，與此同時(shí)也降低了鍋爐熱效率，不利于機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行，不利于機(jī)組的節(jié)能降耗工作的進(jìn)一步開(kāi)展，所以有必要對(duì)兩側(cè)氧量偏差進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

2.2 優(yōu)化調(diào)整手段

切圓燃燒方式鍋爐兩側(cè)運(yùn)行氧量偏差的產(chǎn)生，主要是由于切圓殘余旋轉(zhuǎn)的存在，造成沿?zé)煹缹挾确较虻臒熕贌煖仄疃稹Ｇ袌A燃燒方式鍋爐中二次風(fēng)的配風(fēng)調(diào)整主要是影響低氮燃燒效果及合理的爐內(nèi)動(dòng)力工況，即對(duì)鍋爐整體的NOx生成、煤粉燃盡性、合理的氧量值、火焰中心高度等參數(shù)有影響，難以平衡兩側(cè)殘余旋轉(zhuǎn)。在常規(guī)的配風(fēng)手段外，本文針對(duì)兩側(cè)運(yùn)行氧量偏差問(wèn)題，根據(jù)鍋爐的實(shí)際情況嘗試了非常規(guī)的調(diào)整手段：350MW機(jī)組SOFA風(fēng)水平擺角，600MW機(jī)組主燃燒器區(qū)域兩側(cè)大風(fēng)箱擋板，660MW機(jī)組SOFA風(fēng)垂直擺角。

其中350MW機(jī)組SOFA風(fēng)水平擺角的執(zhí)行機(jī)構(gòu)如圖1，調(diào)整前后水平擺角位置如表1。一般SOFA風(fēng)水平擺角主要作為調(diào)整兩側(cè)汽溫偏差的手段[2]，本次通過(guò)燃盡風(fēng)水平擺角調(diào)整減小殘余旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整兩側(cè)氧量偏差，得到了顯著效果。

圖1 SOFA水平擺角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

表1 調(diào)整前后的SOFA風(fēng)門水平擺角位置匯總

為減小節(jié)流損失，正常情況下鍋爐兩側(cè)風(fēng)箱擋板為全開(kāi)，通過(guò)燃燒器小風(fēng)門擋板開(kāi)度調(diào)節(jié)風(fēng)量分配。本文中600MW超臨界雙切圓燃燒機(jī)組兩側(cè)風(fēng)箱前后左右四角擋板均可單獨(dú)控制，通過(guò)兩側(cè)風(fēng)箱開(kāi)度差異化調(diào)整可調(diào)節(jié)單個(gè)切圓進(jìn)風(fēng)量，進(jìn)而平衡爐內(nèi)兩個(gè)切圓間燃燒偏差，試驗(yàn)中通過(guò)兩側(cè)風(fēng)箱擋板區(qū)別化調(diào)整，在解決兩側(cè)氧量偏差的同時(shí)，低負(fù)荷兩側(cè)汽溫偏差的問(wèn)題也得到妥善解決，一舉兩得。1～4#風(fēng)箱擋板開(kāi)度調(diào)整前設(shè)定值均為80%，調(diào)整后對(duì)應(yīng)鍋爐A側(cè)的#1、#2角為100%，對(duì)應(yīng)鍋爐B側(cè)的#3、#4角為80%。

660MW超超臨界墻式切圓燃燒機(jī)組缺乏燃盡風(fēng)水平擺角和兩側(cè)風(fēng)箱開(kāi)度調(diào)節(jié)手段，為減小氧量偏差，嘗試了燃盡風(fēng)垂直擺角調(diào)整方法；四角燃盡風(fēng)垂直擺角差異化控制會(huì)影響爐內(nèi)煙氣流場(chǎng)分布，進(jìn)而影響燃燒和氧量以達(dá)到消除兩側(cè)偏差的目的。燃盡風(fēng)擺角調(diào)整原則為：#4角LL燃盡風(fēng)擺角開(kāi)大（下擺）、#1角LL燃盡風(fēng)擺角關(guān)小（下擺）、#2角LL燃盡風(fēng)擺角關(guān)小（下擺），其氧量偏差變化方向都是減小。

2.3 優(yōu)化后的試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)上述優(yōu)化原則，對(duì)相關(guān)設(shè)備及參數(shù)優(yōu)化設(shè)置后，350MW機(jī)組、600MW機(jī)組、660MW機(jī)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為：機(jī)組負(fù)荷（MW）350.0、600.5、660.0；運(yùn)行氧量實(shí)測(cè)值（A/B，單位%）3.08/3.08、3.26/3.46、2.67/2.93；飛灰可燃物含量實(shí)測(cè)值（A/B，單位%）0.94/0.73、0.57/0.59、0.58/0.34；CO排放濃度實(shí)測(cè)值（A/B，單位μL/L）4/0、345/109、98/0；NOx排放濃度實(shí)測(cè)值（A/B，單位mg/m3）257/265、262/277、192/204；修正后的鍋爐熱效率（%）93.32、93.52、94.44。

三臺(tái)機(jī)組優(yōu)化后，兩側(cè)的氧量偏差從2.79%、1.29%和2.50%降低至0.00%、0.20%和0.26%，兩側(cè)飛灰可燃物含量、CO排放濃度和NOx排放濃度偏差明顯下降。CO排放濃度和飛灰可燃物含量大幅降低，鍋爐熱效率與優(yōu)化前相比均有一定程度地提升，通過(guò)兩側(cè)氧量偏差的優(yōu)化調(diào)整平衡了爐內(nèi)燃燒狀況，對(duì)機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性有明顯改善，可為同類型機(jī)組優(yōu)化調(diào)整時(shí)提供特別參考。