660 MW四角切圓燃燒鍋爐燃燒調(diào)整策略優(yōu)化

姚永良，黎乃斌

(廣東粵電大埔發(fā)電有限公司，廣東 梅州 514000)

1 燃燒調(diào)整策略優(yōu)化的背景

某電廠鍋爐為660 MW超超臨界參數(shù)變壓直流爐，單爐膛Π型，設(shè)計(jì)煤種為淮南煙煤，以神華混煤和晉北煙煤作為校核煤種；燃燒方式采用擺動式四角切圓燃燒技術(shù)，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式燃燒器，共設(shè)置六層煤粉噴嘴，自上而下分別為 A，B，C，D，E，F(xiàn)層煤粉噴嘴。

由于煤種供應(yīng)的不穩(wěn)定，致使實(shí)際入爐煤的各項(xiàng)指標(biāo)長期偏離設(shè)計(jì)值，加上機(jī)組長時間參與電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻，爐內(nèi)工況變化頻繁以及部分爐膛吹灰器長時間處于故障狀態(tài)等因素，導(dǎo)致鍋爐在變負(fù)荷過程中(尤其當(dāng)負(fù)荷在400 MW及以下時)，后墻水冷壁垂簾管/懸吊管段極易超溫，同時A，B兩側(cè)分離器出口溫度及A，B兩側(cè)過熱蒸汽溫度偏差增大，最大甚至超過30 ℃，大大降低了鍋爐運(yùn)行的可靠性。

2 燃燒調(diào)整策略優(yōu)化的必要性

2.1 火焰偏斜導(dǎo)致鍋爐水冷壁的溫度難以控制

優(yōu)化前，后墻水冷壁垂簾管、懸吊管靠3號角區(qū)域的部分管壁溫度經(jīng)常異常升高直至接近限制值，負(fù)荷穩(wěn)定時如此，負(fù)荷變動時(尤其是減負(fù)荷)更是難以控制；經(jīng)過長時間的觀察與分析，判斷為爐內(nèi)火焰發(fā)生了偏斜、間斷性或連續(xù)性貼近3號角靠后墻垂直管段所致，如果不找出解決問題的方法，長期以往將可能造成設(shè)備損壞。

2.2 熱偏差導(dǎo)致兩側(cè)主蒸汽的溫度難以平衡

由于火焰偏斜，使得爐膛上部以及水平煙道A，B側(cè)的煙氣量分配不均勻，屏式過熱器A側(cè)進(jìn)出口蒸汽溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于B側(cè)。由于屏式過熱器兩側(cè)出口管道通過左右交叉之后進(jìn)入高溫過熱器，因此最終導(dǎo)致A側(cè)主汽溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于B側(cè)。雖然鍋爐至汽輪機(jī)的主蒸汽管道采用的是2-1-2布置方式，基本消除了汽輪機(jī)兩側(cè)進(jìn)汽的熱偏差，然而對于屏式過熱器進(jìn)出口集箱以及高溫過熱器進(jìn)出口集箱而言，熱偏差的長期存在會降低其使用壽命，甚至在運(yùn)行中出現(xiàn)拉裂泄漏的事故，危及工作人員人身及設(shè)備安全。

2.3 熱偏差對機(jī)組的性能產(chǎn)生不良影響

即便機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(基于爐跟機(jī))經(jīng)過多次優(yōu)化，其對于入爐煤的適應(yīng)范圍已經(jīng)較為寬廣，然而火焰偏斜的存在會導(dǎo)致協(xié)調(diào)控制的紊亂，比如：中間點(diǎn)溫度控制頻繁跳為手動(A/B側(cè)分離器出口溫度偏差大于30 ℃時)，A/B側(cè)氧量偏差大導(dǎo)致總風(fēng)量自動控制精度下降，主汽壓力控制精度下降等。如果問題得不到解決，機(jī)組的可靠性將大打折扣，在電力現(xiàn)貨市場的大環(huán)境下，機(jī)組的競爭力將下降。

3 燃燒調(diào)整策略優(yōu)化

3.1 燃燒調(diào)整策略優(yōu)化的內(nèi)容

3．1．1 鍋爐燃燒系統(tǒng)簡單介紹

鍋爐燃燒器及其配風(fēng)采用的是分級分段、強(qiáng)化燃燒、可有效降低氮氧化物生成的技術(shù)，同時具備防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣、高溫腐蝕和降低爐膛出口煙溫偏差的作用；主風(fēng)箱設(shè)有六層強(qiáng)化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)(周界風(fēng))。在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有一層輔助風(fēng)噴嘴，其中包括上下兩只偏置的DAP噴嘴，一只直吹風(fēng)噴嘴。在主風(fēng)箱上部設(shè)有兩層端部風(fēng)(UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ)噴嘴，在主風(fēng)箱下部設(shè)有一層端部風(fēng)FF層風(fēng)噴嘴(當(dāng)F層停運(yùn)后則由EF層風(fēng)噴嘴來充當(dāng)最下層端部風(fēng))，下層端部風(fēng)噴嘴可以提高火焰底端的含氧量，防止螺旋水冷壁結(jié)焦，同時托住火焰，降低鍋爐的底渣含碳量。在主風(fēng)箱上部布置六層分離燃盡風(fēng)(三層低位燃盡風(fēng)BAGP、三層高位燃盡風(fēng)UAGP)燃燒器，其切園方向與火焰相反，可以消除火焰上部的殘余旋轉(zhuǎn)、降低A，B兩側(cè)水平煙道內(nèi)的熱偏差，同時控制氮氧化物的生成量；實(shí)際應(yīng)用中，關(guān)小UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ以及分離燃盡風(fēng)可以有效降低爐內(nèi)的還原性氛圍，降低爐膛溫度，防止結(jié)渣。

3．1．2 優(yōu)化前二次風(fēng)門的控制策略

優(yōu)化前鍋爐燃燒調(diào)整對于二次風(fēng)門的控制策略如下：煤層正常運(yùn)行時，周界風(fēng)、偏置風(fēng)風(fēng)門的開度與本層給煤機(jī)的轉(zhuǎn)速成函數(shù)關(guān)系，停運(yùn)時開度是鍋爐總空氣流量的函數(shù)。觀察發(fā)現(xiàn)當(dāng)上下兩層制粉系統(tǒng)(A，F(xiàn)層)停運(yùn)后，后墻水冷壁垂直管段靠近3號角區(qū)域的管壁溫度極易升高，且對比A，B兩面墻的垂直管段發(fā)現(xiàn)B側(cè)墻垂直管段靠近3號角區(qū)域的管壁溫度偏高，而四面墻的螺旋水冷壁的管壁溫度相差很小；同時結(jié)合A，B兩面爐墻的第2組吹灰器(位于低位燃盡風(fēng)與高位燃盡風(fēng)之間)當(dāng)中有數(shù)個長期處于故障狀態(tài)，對爐內(nèi)四角切圓的火焰進(jìn)行三維建模，推斷出爐墻第2組吹灰器所在水平切面的火焰存在向右和向后兩個方向的傾斜，以致于后墻水冷壁垂直管44，50號，B側(cè)墻水冷壁垂直管238，218號溫度偏高，甚至出現(xiàn)超過允許值的情況。

3．1．3 燃燒調(diào)整策略的優(yōu)化

經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、模型推演、科學(xué)分析，決定從調(diào)節(jié)二次風(fēng)門入手，具體方法如下：在F層制粉系統(tǒng)停運(yùn)后，開大F層煤粉噴嘴的相關(guān)二次風(fēng)門，其中包括周界風(fēng)F、輔助風(fēng)噴嘴二次風(fēng)門FI，EF，關(guān)小上層端部風(fēng)UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ；在保證NOx生成量不超標(biāo)，SCR脫銷裝置不超負(fù)荷的情況下，盡量關(guān)小分離燃盡風(fēng)(但需保證三層低位燃盡風(fēng) BAGP有60 %及以上開度，防止因消旋力度不足而導(dǎo)致主、再蒸汽熱偏差的出現(xiàn))。通過以上策略使得在A層制粉系統(tǒng)也停運(yùn)后，維持火焰中心的相對穩(wěn)定，大大降低A/B側(cè)煙氣含氧量的偏差，從而消除火焰貼壁工況。

3.2 燃燒調(diào)整策略優(yōu)化的效果

通過上述的一系列優(yōu)化調(diào)整，在A，F(xiàn)層制粉系統(tǒng)停運(yùn)的工況下，降低了兩側(cè)煙氣含氧量的偏差，后墻水冷壁垂簾管、懸吊管靠3號角區(qū)域的原先異常升高的部分管壁溫度恢復(fù)正常，兩側(cè)分離器出口溫度、兩側(cè)主蒸汽溫度的偏差也大為縮小，整個協(xié)調(diào)控制也變得相對穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行的可靠性得到了顯著提高。

3.3 燃燒調(diào)整策略優(yōu)化存在的不足

此次的優(yōu)化主要是針對磨煤機(jī)組合搭配正常、煤種相對穩(wěn)定且某些吹灰器故障的工況下局部水冷壁溫度異常而展開，如果想要拓寬調(diào)節(jié)的適應(yīng)范圍，仍需要繼續(xù)進(jìn)行探索和試驗(yàn)。

4 結(jié)束語

本次燃燒調(diào)整策略的優(yōu)化有效地解決了低負(fù)荷階段火焰偏斜的問題，間接地提高了機(jī)組協(xié)調(diào)控制的精度，可以為鍋爐配風(fēng)自動控制優(yōu)化提供一定的數(shù)據(jù)支撐及策略參考。