300MW電廠燃煤鍋爐燃燒優化調整淺析

羅家寶

（國家能源集團陽宗海發電有限公司，昆明 652103）

目前國內燃煤電廠仍在繼續運行，而且對于電網的穩定、調峰等必不可少，其中燃煤電廠鍋爐的重要性尤為突出。燃煤鍋爐在運行中存在著不同程度的問題，其中鍋爐燃燒問題是重中之重，弄清燃燒調整存在的問題，對癥下藥，不斷探究優化鍋爐的燃燒調整措施，有效提升鍋爐運行經濟效益及安全穩定性是燃煤鍋爐運行的一項重要任務。

1 燃燒優化調整的目的及意義

300MW電廠燃煤鍋爐燃燒優化調整是在機組安全穩定運行及滿足外界負荷要求的前提下進行的，目的是穩定鍋爐燃燒，減少鍋爐熱損失，降低鍋爐系統輔機與風煙系統電耗，探究最佳燃燒調整方式，改善爐內燃燒工況，提高爐內燃燒效率，以提升鍋爐整體效率。鍋爐燃燒的調整和優化是鍋爐運行過程中的主要內容之一，對鍋爐的燃燒效率十分關鍵[1]，對減少鍋爐設備損害，減少污染物排放，提高機組經濟性能尤為重要。

2 燃燒調整中存在的問題

300MW機組鍋爐燃燒調整中經常出現以下問題：

1）煤質變化較大，煤質較差，運行參數控制不合理。

2）各種煤質情況下煤粉細度調整不合理。

3）一次、二次風調整不當，配風不合理。

4）制粉系統負荷分配不合理，燃燒器擺角調整不當。

5）對爐膛壓力的控制和關注不夠密切。

6）存在其他調整不合理的情況。

以上問題容易導致燃燒狀況差，主再熱蒸汽溫度降低，減溫水量大幅度變化，各受熱面金屬壁溫超溫，泄漏爆管，結焦[2]，煙溫偏差大，排煙溫度高，飛灰爐渣含碳量高，風煙系統電耗高等各種問題。

3 燃燒優化調整措施

3.1 對煤質變化的應對措施

為適應煤炭市場緊張情況，降低燃料成本，本廠300MW煙煤鍋爐大量摻燒或全燒褐煤。褐煤揮發分在40%～50%左右，容易著火燃盡，但是水分大，發熱量低，一般在3000kcal/kg～4000kcal/kg之間，摻雜泥土等異物較多，可磨性指數低，且飛灰熔點較低，易結渣。因為褐煤揮發分較高，煤粉比較容易自燃和爆炸，所以給燃燒優化調整帶來較大困難。

以下是本廠幾種褐煤煤質情況，見表1。

表1 本廠幾種褐煤煤質情況Table 1 The coal quality of several lignites in our factory

1）大量摻燒褐煤期間，需做好爐膛火焰火檢監視，密切關注制粉系統各參數，經常檢查燃油系統是否正常，油槍備用是否良好。若有斷煤堵煤情況，及時投油穩燃，防止燃燒不穩造成熄火。

2）加強爐膛熱負荷、火檢強度、爐膛負壓、汽包水位、爐膛出口氧量，高、低溫過熱器后煙溫、排煙溫度等參數的監視，參數異常波動時，及時調整，采取穩燃措施。

3）在處理制粉系統缺陷或故障時，可投入等離子點火器運行，減少燃油消耗。

4）本廠使用的中速碗式磨煤機，正壓、一次風直吹式制粉系統，底部設石子煤排除系統，經常出現石子煤排除系統結焦堵塞情況。因此，必須經常檢查每臺磨煤機石子煤排除情況、石子煤量、石子煤程序控制系統等，防止石子煤系統故障引起被迫停運制粉系統而導致燃燒不穩定等問題。

5）另一個重要方面是由于褐煤煤粉揮發分高，容易自燃爆炸，控制好磨煤機出口溫度尤為重要。全燒褐煤時，磨煤機出口溫度控制在45℃～55℃范圍；煙煤摻燒量≥60%，磨煤機出口溫度不超60℃控制；煙煤摻燒量≤40%，按全燒褐煤控制磨煤機出口溫度；煙煤摻燒40%～60%，磨煤機出口溫度不超57℃控制，磨煤機通風量均不低于100km3/h，同時加強磨煤機電流、磨碗差壓、風壓等參數監視。磨煤機停運過程中，控制磨煤機出口溫度不超70℃，風量不低于90km3/h，吹掃不少于10min，充分抽盡磨煤機內余粉，防止磨煤機著火爆炸。

3.2 適當的煤粉細度

煤粉細度存在一個最佳經濟煤粉細度，可通過制粉系統電耗、可磨性指數和鍋爐燃燒優化調整試驗確定。

由圖1可知，煤粉最佳經濟細度與排煙熱損失、機械未完全燃燒熱損失，制粉系統金屬消耗量、磨煤機電耗有關，需要通過制粉系統性能、燃料性質和鍋爐燃燒調整確定，所以，煤質變化時應及時調整磨煤機粗細粉分離器擋板，使煤粉細度盡量接近最佳經濟細度，保證爐膛著火情況最佳。

圖1 煤粉經濟細度的曲線圖Fig.1 Curve of economic fineness of pulverized coal

3.3 合理調整一次風

一次風用來輸送和干燥煤粉，并提供煤粉中揮發分燃燒的氧量，對一次風的調節主要是一次風量、溫度、風速和一次風率4個方面的控制與優化。

1）一次風量主要取決于煤質條件。當煤質確定，一次風量影響煤粉氣流著火速度和著火穩定性[3]。一次風量大，煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就越多，著火速度就越慢，火焰中高，容易引起過再熱器管壁超溫；燃燒不完全，飛灰含碳量升高，爐膛出口煙溫升高，爐膛出口受熱面結焦，影響鍋爐安全經濟運行。

一般情況下，在不影響磨煤機干燥出力的情況下，適當減小一次風量。調整一次風量，應根據煤粉著火特性和干燥出力來調整。

表2 四角布置燃燒器一次風速推薦值Table 2 Recommended values of primary air velocity for four-corner-arranged burners

2）一次風溫度影響煤粉著火和燃燒速度。一次風溫低煤粉著火推遲，燃燒不穩定，燃燒效率降低，導致爐膛出口煙溫升高，引起過熱器超溫或汽溫升高，提高一次風溫度著火較好，有利于爐內燃燒工況，是低負荷穩燃的一個重要措施。

但是，一次風溫不可不顧及其它參數而提高。根據煤種不同，揮發分也不同，此時要考慮制粉系統的安全性問題，應嚴格控制好磨煤機出口溫度不超限。

3）一次風速也是建立爐內良好燃燒工況的必要條件。一次風速過高，著火推遲，火焰中心升高，而且當風速大于火焰傳播速度時容易造成“脫火”現象，導致燃燒不穩定甚至會吹滅火焰，導致鍋爐熄火。

一次風速過低，煤粉氣流剛性減弱，旋轉切圓不理想，火焰容易偏斜，容易發生“回火”現象，導致燃燒器噴口燒壞，同時還會造成送粉管堵塞，燃燒器噴口結焦情況。

所以，需要根據不同煤種、不同摻燒比例和燃燒器型式來調整一次風速，主要保證煤粉氣流有一定剛度，加熱良好，爐內擾動強烈，不“回火”，不“脫火”，不堵磨，送粉通暢，與一次風溫度共同控制調整燃燒。

4）一次風率主要是相對于進入爐膛總風量的多少而言，主要體現在一次風量的調整控制，原則上只要能滿足揮發分的燃盡即可。一次風率過小，煤粉燃燒初期氧量不足，揮發分析出時不能完全燃燒，因此會影響著火速度。

3.4 二次風的控制是關鍵

本廠300MW燃煤鍋爐二次風即為送風機送進爐膛內的風量。適量的二次風供應，為燃料充分燃燒提供足夠的氧氣。

1）二次風量（氧量）的控制

二次風量供應不足，煤粉得不到足夠的氧氣，爐膛火焰一般呈暗紅色，火焰閃爍，容易造成滅火事故[4]。煤粉燃燒不完全，導致缺氧燃燒所產生的CO含量、化學和機械未完全燃燒，熱損失增加。

二次風量過大，容易導致爐膛內整體溫度水平下降，火焰中心上移，主再熱器管壁容易超溫，爐膛出口煙溫升高，排煙熱損失增大，風煙系統電耗增加；另一方面，熱力型NOx急劇增加，導致脫硝系統噴氨量增加，出現不經濟現象。

因此，合適的爐膛總風量使爐膛內火焰穩定且盡量接近金黃色，合理控制煙氣含氧量可使鍋爐總的熱損失最小，熱效率達到最高。

2）二次風與爐膛煙氣壓差的控制

在鍋爐不同負荷階段，二次風與爐膛煙氣壓差控制范圍也應該相應改變。負荷較低時，二次風與爐膛煙氣壓差較高，容易引起燃燒波動較大，出現吹滅等情況。因此，調節好二次風與爐膛煙氣壓差對煤粉燃燒的穩定性、燃盡性及NOx的排放量至關重要。

低負荷時，應適當開大輔助風門，既保證足夠的燃燒所需氧量，又能減小二次風與爐膛煙氣壓差，使爐膛著火良好，提高鍋爐燃燒的安全性與經濟性。

3）輔助風與燃盡風量控制[5]

鍋爐燃燒器輔助風主要有純二次風口、油槍周界風、煤粉周界風、燃盡風和高位燃盡風。

底層輔助風具有托粉助燃的作用，正常運行時純二次風和油槍周界風主要提供燃燒所需的氧量，調節煤粉剛度、充分混合煤粉；燃盡風主要是提供煤粉最后燃燒所需空氣量，使煤粉完全燃盡；高位燃盡風主要是補充燃燒后期所需氧，減少煙溫偏差，通過改變整體輔助風配風方式來實現分級燃燒，有效減少熱力型NOx生成。

正常運行時底層輔助風一般開度大，有利于托粉和混合助燃，低負荷時可適當減小周界風開度，減小煤粉氣流剛度，防止火焰中心上移燃燒不穩；負荷較高時，適當增大燃燒器周界風門開度，防止燃燒器結焦或發生煤粉貼壁情況。

輔助風、燃盡風的大小應根據實際燃燒的煤質情況、燃燒火焰情況、爐膛出口煙氣氧量、飛灰爐渣含碳量、爐膛結焦情況、NOx濃度、主再熱汽溫、爐膛出口煙溫偏差、排煙溫度等實際情況調節。

4）二次風配風總體方式

一般情況下，鍋爐二次風配風有以下幾種基本方式：

① 均等配風：輔助風門開度一致，爐內的熱負荷分布均勻，適用于燃燒穩定的大負荷配風，但在低負荷、低揮發分煤種時，易造成燃燒不穩定。

② 束腰配風：將中部二次風適當關小，提高局部斷面熱負荷，有利于燃燒穩定，適用于低負荷燃燒不穩定情況，但束腰部分二次風量小，容易燒壞燃燒器和引起局部結焦。

③ 鼓腰配風：將中部的二次風適當開大，切割分離燃燒中心，降低爐內溫度，適用于爐膛溫度過高或易結焦情況，但是易造成燃燒不穩定，鍋爐經濟性下降。

④ 倒寶塔型配風：適當收小下部二次風，開大上部二次風，火焰中心上移，有利于再熱氣溫升高，但過再熱器管壁容易超溫。

⑤ 正寶塔型配風：適當開大下部二次風，關小上部二次風，煤粉與空氣混合充分，易燃盡，燃燒效率高，但是燃料型NOx濃度排放量會增加。

應根據實際燃燒的煤質情況、負荷高低等情況，選擇合適的配風方式并進行調節優化。

3.5 爐膛負壓的調節

爐膛負壓是反映鍋爐燃燒工況變化和燃燒系統故障最直接的一個重要參數。爐膛負壓增大，火焰中心上移，同時會增加鍋爐本體和煙道的漏風，導致燃燒情況惡化，極易發生滅火事故[6]，同時使引風機電耗增加。爐膛負壓偏低或產正時，火焰及高溫飛灰將可能從爐膛不嚴密處噴出，使燃燒工況惡化且危及人身及設備安全。正常運行時，爐膛負壓應該維持在一定范圍，波動較為平緩且不超限。

在調整爐膛負壓時，根據煙氣氧量變化來增減引風機、送風機出力，配合增減燃料量；控制兩臺送風機、兩臺引風機出力基本一致，防止單側引風機出現“搶風”現象或風機運行掉入喘振區，影響鍋爐安全運行。

3.6 制粉系統負荷分配與燃燒器擺角控制

1）制粉系統負荷分配

各制粉系統煤量的分布情況也會影響鍋爐燃燒調整，與上部燃燒器對應的制粉系統煤量較多時，上部燃燒器熱負荷高，火焰中心升高，同樣給鍋爐運行經濟性帶來很大影響。

在配煤摻燒中，易于燃燒的煤種應放在對應于上層燃燒器的制粉系統中。難燃煤種應置于下層燃燒器對應的制粉系統中，使煤粉在爐膛中能充分地混合加熱，延長燃燒時間，確保充分燃盡。

2）燃燒器擺角調節

燃燒器噴嘴設計為上下可擺動，主要是根據過熱汽溫、再熱汽溫和減溫水實際情況來調節爐膛火焰中心高度。燃燒器擺角一般不可以大幅度調整，機組啟、停過程中擺角一般調整在水平位置；正常運行中，視火焰中心、主、再熱溫度，壁溫控制情況，小范圍間斷調整燃燒器擺角。

3.7 其他方面調整與優化

1）減少鍋爐本體漏風

鍋爐漏風是鍋爐運行中的常見問題。爐底水封破裂、爐墻人孔、觀察孔漏風容易使火焰中心上移，主再熱汽溫超限、金屬壁溫超限，減溫水量增加，引風機出力增大等，影響鍋爐安全性和經濟性。應經常檢查爐底水封情況和鍋爐本體各孔門情況，及時處理，減少漏風問題。

2）四角切圓直徑調整

四角切圓燃燒的爐膛內四股氣流以一定角度相互作用，形成一個有一定直徑的假想切圓。氣流偏斜程度影響假想切圓直徑，從而影響煤粉氣流貼墻、結焦情況、汽溫調節、爐膛火焰的充滿程度和燃燒穩定性[7]。

當切圓直徑較大時，上游鄰角火焰向下游煤粉氣流的根部靠近，煤粉的著火條件較好，有利于燃盡。但容易燒壞燃燒器噴口，火焰貼墻，水冷壁容易結焦等問題。

當切圓直徑過小時，容易出現對角煤粉氣流對撞，火焰推遲，燃燒不穩定等情況，影響鍋爐安全運行。

所以，當鍋爐燃燒煤質變化較大時，有必要對切圓直徑進行適當調整。但是，一般情況下，四角切圓燃燒切圓直徑根據鍋爐設計煤種及爐膛容積等參數在鍋爐設計安裝時已經確定，實際運行中切圓直徑可調節性并不高。

4 結束語

燃煤電廠鍋爐燃燒優化調整措施能夠有效提高鍋爐整體效率，為鍋爐運行經濟性及安全穩定運行提供有效保障，在實際運行中要隨時關注各種優化調整手段，各種方式結合為一個整體，不斷發現問題，分析問題，并進行有效可行的優化調整，同時應不斷摸索新的調整手段并綜合應用，最大限度實現高效率高水平運行，降耗節能，減少污染物排放的目標。