鍋爐四墻貼壁氣氛測量及燃燒調整優化

趙志忠 龍仲森 田維寬 胡興祥

（1、貴州烏江水電開發有限責任公司大龍分公司，貴州 銅仁 554001 2、南京紐創電力科技有限公司，江蘇 南京 210043）

1 概述

基于四墻貼壁氣氛測量的鍋爐智能燃燒控制技術提出了以安全性指標為約束條件的鍋爐高效燃燒與低氮排放綜合評價指數，構建了基于四墻CO 和H2S 的鍋爐動態智能燃燒模型，解決了鍋爐高效燃燒、低氮排放、高溫腐蝕/結焦三者之間的突出矛盾。[1]本技術提出了鍋爐火焰燃燒過程四墻貼壁氣氛大數據庫控制燃燒技術，為智慧電廠構建提供了關鍵支撐。運用本技術在某電廠鍋爐安裝了四墻CO 和H2S 在線監測系統，并依照在線測量數據對鍋爐燃燒進行了配風調整優化。

2 四墻貼壁氣氛測量系統簡介

鍋爐爐膛四墻多點煙氣巡檢取樣系統在主燃燒器區域到SOFA 風之間沿高度方向設置3 層取樣共12 個取樣點。用以監測煤粉從鍋爐主燃燒器區域出來向上行走一直到爐膛出口整個燃燒火焰形成各階段的氧量情況，以及同一高度四墻氧取樣點氧量的偏差情況判斷火焰偏斜情況。在煙道旁路母管上有取樣口，經煙氣過濾和煙氣除塵除水進入在線監測儀, 測量出H2S 和CO 濃度，見圖1。四墻貼壁氣氛測量系統測實現鍋爐四墻CO 和H2S 濃度在線監測，其核心部件包括：鍋爐四墻壁面煙氣取樣系統、控制閥門、煙氣凈化裝置、CO 在線分析儀，熱風反吹系統，見圖2。

圖1 鍋爐四墻CO 在線監測系統

圖2 鍋爐四墻煙氣CO 濃度在線監測系統原理圖

3 鍋爐壁面氣氛測試和燃燒調整試驗

在某電廠安裝了四墻貼壁氣氛測量系統，并應用此系統進行了低、中、高負荷鍋爐燃燒配風調整優化試驗。以得到鍋爐燃燒式最佳配風比。沿燃燒區域爐墻按網格法原理安裝取樣測點，能了解爐墻貼壁處還原性氣氛的強弱，掌握爐墻發生高溫腐蝕及結焦的可能程度；獲得CO 和H2S 分布狀況，為運行降低NOx 和減溫水量提供指導；依據CO分布規律可分析爐膛燃燒狀況，通過調整風門獲得基于爐膛受熱面安全前提下，NOx 生成量和鍋爐效率的綜合最優燃燒工況。[2-3]

3.1 低負荷（283MW）壁面氣氛摸底測試

低負荷下對鍋爐40m 和46m 的壁面氣氛進行了摸底測試，40m 處測得H2S的最高點濃度為 385ppm 均值為287ppm，CO 的最高濃度為12540ppm 均值為7935ppm；46m 處H2S 的最高點濃度為282ppm 均值為172ppm，CO 的最高濃度為5560ppm 均值為2753ppm。

T-1 工況：低負荷下對鍋爐40m 和46m 的貼壁氣氛進行了摸底測量，測試數據見表1。

表1 低負荷壁面氣氛摸底數據

由表1 中的數據可看出H2S 和CO的濃度沿鍋爐高度逐漸降低，因此后期調整試驗主要測量鍋爐40m 處H2S 和CO 的濃度。

3.2 低負荷燃燒調整試驗

在低負荷穩定工況下經過燃燒調整試驗最終將H2S 的高點濃度降至220ppm，平均值為178ppm；CO 的高點濃度降至2600ppm，平均值為1426ppm。實測鍋爐效率為93.93%。（計算時煤的元素分析帶入設計校核煤種Ⅰ）

T-2 工況：283MW 下低位燃盡風擺角調整，調整后測得就地數據及濃度分布情況見表2，通過數據可以看出水平擺角調整前后對貼壁氣氛沒有明顯的下降，見表3。

表2 低位燃盡風擺角調整

表3 調整水平擺角測量數據

T-3 工況：在以上T-1 到T-3 工況的基礎上對低位燃盡風垂直擺角進行了調整（由于高負荷下為了降低低溫再熱器、高溫再熱器壁溫及再熱器二級減溫水量將低位燃盡風#1、#2 角擺角擺至20%開度，#3、#4 角擺角擺至80%開度），將#1、#2、#3、#4 角的垂直擺角全部調至水平位50%，測量數據和濃度分布見表4。

表4 低位燃盡風擺角調整測試數據

低負荷工況下經過優化調整，合理分配燃盡風、偏置風、周界風和二次風開度，最終將H2S 和CO 的含量降低，并且在測點水冷壁區域內形成了氧化性的氣氛，根據調整經驗可以有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風險。

3.3 高負荷（660MW）下壁面氣氛摸底測試

高負荷下對鍋爐壁面氣氛進行了摸底測試，測得H2S 的最高點濃度為338ppm 均值為296ppm，CO 的最高濃度為 16000ppm 均值為5993ppm。

T-4 工況：高負荷下對鍋爐的貼壁氣氛進行了摸底測量，測試數據和濃度分布見表5。

表5 高負荷壁面氣氛摸底數據

3.4 高負荷（660MW）燃燒調整試驗

在高負荷穩定工況下經過燃燒調整試驗最終將H2S 的高點濃度降至191ppm，平均值為154ppm；CO 的高點濃度降至2000ppm，平均值為750ppm。實測鍋爐效率為93.34%。（計算時煤的元素分析帶入設計校核煤種Ⅰ）

T-5 工況：在低負荷調整的經驗基礎上先關小高位燃盡風開大二次風，測量數據和濃度分布見表6。

表6 偏置風和周界風調整測試數據

高負荷經過優化調整后O2含量處于較高的水平，H2S 和CO 含量均降低，水冷壁壁面形成氧化性氣氛中，根據經驗可以有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風險。

3.5 中負荷（500MW）下壁面氣氛摸底測試

中負荷下對鍋爐壁面氣氛進行了摸底測試，測得H2S 的最高點濃度為334ppm 均值為233ppm，CO 的最高濃度為25400ppm 均值為9235ppm。

T-6 工況：在中負荷BCDEF 磨運行的情況下對鍋爐的貼壁氣氛進行了摸底測量，測試數據和濃度分布見表7。

表7 500MW 壁面氣氛摸底數據

3.6 中負荷（500MW 燃燒調整試驗

在中負荷穩定工況下經過燃燒調整試驗最終將H2S的高點濃度降至208ppm，平均值為154ppm；CO 的高點濃度降至1600ppm，平均值為817ppm。實測鍋爐效率為93.32%。（計算時煤的元素分析帶入設計校核煤種Ⅰ）

T-7 工況：ABCDE 磨運行關小偏置風、開大周界風測試數據和濃度分布見表8。

表8 調整偏置風和周界風

在中負荷進行了T-6 工況到T-7 工況共計2 個工況下的燃燒調整試驗，計量了在BCDEF 磨組合下通過調整小風門的開度，對各個開度下的壁面氣氛進行了數據測量，結果表明H2S 和CO 濃度呈下降趨勢，但是在T7工況下NOx 的排放達到320mg/m3；因此為了保證壁面氣氛的同時NOx 的排放在300 mg/m3以內，針對磨煤機組合方式將BCDEF 組合改為ABCDE 組合并進行優化調整，最終將NOx 控制在300 mg/m3以下，H2S 和CO 的濃度也控制了下來。

4 測試實驗數據分析

4.1 低負荷283MW 工況下最初測得40m 處硫化氫濃度最高點385ppm，平均值為287ppm，經過小風門優化調整后最終將硫化氫濃度最高點控制在220ppm，平均值為178ppm，NOx 的排放濃度為285 mg/m3。

4.2 中負荷500MW 工況下最初測得40m 處硫化氫濃度最高點334ppm，平均值為233ppm，經過小風門優化調整后最終將硫化氫濃度最高點控制在208ppm，平均值為154ppm，NOx 的排放濃度為242mg/m3。

4.3 高負荷660MW 工況下最初測得40m 處硫化氫濃度最高點338ppm，平均值為221ppm，鍋爐空預器出口一氧化碳排放高達4000ppm，經過小風門優化調整和氧量調整最終將硫化氫濃度最高點控制在191ppm，平均值為151ppm，一氧化碳降至500ppm 左右，NOx 的排放濃度為241mg/m3。

4.4 低、中、高負荷下通過風門配比調整、低位燃盡風擺角調整、氧量調整、風箱差壓調整及磨煤機組合方式的調整，最終硫化氫和一氧化碳的濃度均下降，根據經驗可有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風險，同時還控制了NOx 的排放在300mg/m3以下。在高負荷下低溫再熱器和高溫再熱器壁溫高、再熱器蒸汽二級減溫水偏大問題，最終經過調整在鍋爐高負荷運行時，低位燃盡風垂直擺角，調整完后經過運行觀察，過熱器減溫水流量和再熱器一級減溫水流量較調整前明顯降低，低溫再熱器和高溫再熱器在高負荷穩定工況下運行時壁溫得到明顯改善降低10℃左右，再熱器蒸汽汽溫提高2℃，再熱蒸汽二級減溫水流量約減少10t/h。

4.5 在鍋爐上安裝四墻壁面氣監測系統，經過對高、中、低負荷的燃燒優化調整的試驗結果最終分析得出鍋爐配風各層的小風門開度見表9。

表9 鍋爐各層小風門開度表

5 結論

提出基于四墻貼壁氣氛測量參量的鍋爐智能燃燒控制技術并在某電廠鍋爐新安裝了四墻煙氣在線監測系統，可連續得在線測量鍋爐四墻壁面H2S 、CO 等還原氣氛濃度，研究了鍋爐四墻壁面CO 和H2S 的分布情況，依照四墻貼壁氣氛測量數據對鍋爐燃燒配風進行燃燒調整優化，得到鍋爐日常運行時最佳配風各層風門開度系數。在此最佳配風比工況下，鍋爐減溫水流量減少，主蒸汽溫度升高，鍋爐燃燒效率提高，同時爐膛出口NOx 也降低。鍋爐的環保指標和經濟性指標都得到提高。