某300MW煤粉鍋爐燃燒調整試驗

史海紅

（江蘇上電八菱集團有限公司，江蘇鹽城224001）

隨著電力工業的迅速發展，我國火電裝機容量逐年增加，且電力負載的谷峰差很大，機組降負荷運行帶來發電成本增加。因此，急需對鍋爐燃燒系統進行優化調整，使其處于最佳運行狀態，從而在一定范圍內提高機組的安全性和經濟性。運行實踐表明，鍋爐效率每提高1%，標準煤耗可下降3～4 g/(kW·h)[1，2]。因此，通過燃燒調整試驗進一步挖掘機組的節能潛力，尋求鍋爐安全和經濟的運行方式已愈來愈重要。文中在介紹燃燒調整試驗的基本內容及注意事項的基礎上，結合徐塘發電有限公司6號鍋爐燃燒調整試驗，分析了運行氧量、二次風配風方式和燃盡風量對鍋爐運行的影響。

1 概述

徐塘發電有限公司6號鍋爐為上海鍋爐廠設計制造的SG-1036/17.47-M876型亞臨界中間再熱控制循環鍋爐，采用單爐膛、∏型露天布置，全鋼架懸吊結構，平衡通風，固態除渣。鍋爐爐膛深度11.76 m，寬度14.02 m。燃燒器采用四角布置，切向燃燒。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，配置5臺ZGM-95型中速磨煤機。鍋爐最大蒸發量（MCR）負荷4臺磨煤機運行，1臺備用。鍋爐的主要設計參數見表1，試驗煤種為煙煤，煤質特性見表2。

2 燃燒調整的內容及方法

燃燒調整試驗主要包括煤粉量的調整、風量的調整、爐膛負壓及引風機的調整和燃燒器的調整與運行。

2.1 煤粉量的調整

對于采用直吹式制粉系統的鍋爐，其負荷的變化將直接影響制粉系統的出力。負荷變化較小時，改變給煤機轉速就能達到目的；鍋爐負荷變化較大時，改變給煤機轉速有時不能滿足調節負荷的要求，此時應以投停磨煤機作為粗調，再以改變給煤機轉速作為細調節。投停磨煤機時應盡量平穩，以免破壞整個爐內的空氣動力工況。

表1 鍋爐主要設計參數

表2 煤種特性

給煤機轉速的正常調節范圍不宜過大，若轉速過高，煤粉濃度過大，容易引起不完全燃燒，也易使給煤機過負荷發生事故；若轉速過低，在爐膛溫度變化不太高的情況下，由于煤粉濃度低，會影響著火的穩定性，易導致爐膛滅火。因此，徐塘發電有限公司的給煤機皮帶轉速一般控制在1.2～12 m/min范圍內。此外，各臺給煤機事先都要進行轉速、出力試驗，了解每臺給煤機的特性，保持給粉均勻。給煤機調節一定要平穩，應避免大幅度調節，任何時間的過量給粉或給粉中斷，都會使爐內火焰發生跳動，著火不穩，甚至可能引起鍋爐滅火。

2.2 風量的調整

鍋爐負荷變化時，進入爐內的風量必需與送入爐內的燃料量相適應，同時也要對引風量進行相應的調整。進入鍋爐的空氣是有組織的一、二次風，其次是少量的漏風。運行人員可根據氧量來調節風量，盡可能保持爐膛內為最佳空氣系數狀態，以獲得較高的鍋爐效率。此外，判斷燃燒情況還要注意分析飛灰、灰渣中的可燃物量，觀察爐內火焰顏色等，綜合分析爐內的燃燒工況。進入爐內的空氣量可以用爐內的過量空氣系數（氧量）來表示。對于各種燃料，可提前制定出相應的過量空氣系數（氧量）和負荷的關系曲線。運行人員可參考此曲線來控制爐內空氣量，使其盡可能保持較佳運行狀況，以獲得較高的鍋爐熱效率。

在鍋爐燃燒中，風煤比對爐內的燃燒穩定有著決定性作用。燃燒處于正常穩定狀態時，爐內的火焰為光亮的金黃色火焰，火焰中心應為淡灰色。如果火焰熾白刺眼，表明風量偏大，運行氧量偏高。如果火焰暗紅不穩，若此時運行氧量表指示偏低，火焰末端發暗并有黑色煙氣，同時煙囪冒黑煙等，表明風量偏小；若氧量表指示偏高，則可能是送風量過大或漏風嚴重的緣故。此外，煤粉太粗或不均勻煤的灰分高等，容易產生火焰閃動，煤水分高而揮發分低時，火焰會發黃無力[3]。

二次風量的改變是由送風機的動葉調節來實現的。以徐塘發電有限公司300MW機組為例，動葉的調節有一定的階躍性，當指令值大于反饋值時，才能調節動葉。但這樣容易導致在某一指令時，風機出力變化很大，引起爐膛負壓大幅波動，所以調節動葉時需謹慎進行，不僅要注意反饋的變化，還要注意送風量和送風機電流的變化，以防止爐膛負壓波動而引起燃燒不穩定。

爐膛兩側的二次風風箱為多層風室，各層風室均設有風室擋板，以合理分配燃燒器各層噴口之間的配風。根據作用的不同可以分為輔助風、燃料風和燃盡風。輔助風擋板的調節，不但影響火焰中心的位置，同時還對火焰的切圓有一定影響，有時還可能影響到火檢系統[4]。例如2007年徐塘發電有限公司6號爐，先后滅火10余次，其原因與爐內空氣動力場有關。通常在鍋爐輔助風調節中，調節風擋板的開度主要受控于爐膛的風箱差壓ΔP。由經驗得知，當負荷小于35%時，ΔP為常數值；當負荷大于75%時，ΔP為小于1000Pa的常數值；當負荷在35%MCR與75%MCR之間時，ΔP隨負荷的增大而線性增大。在保證風箱差壓的前提下，可根據需要來調節各層輔助風的大小。例如，要提高蒸汽溫度，可適當提高火焰中心，將下層輔助風稍開大，上層適當關小；要減小主再汽溫兩側的偏差，可適當開大頂層輔助風的開度，以減小爐內煙氣的旋轉，同時對主再汽溫的偏差調節也有一定作用。

2.3 爐膛負壓及引風的調整

爐膛負壓是反映燃燒工況是否正常的重要參數之一，正常的爐膛燃燒應處于微負壓下進行，爐膛負壓一般維持在-40～-60 Pa之間，既不會出現煙氣外泄的現象，也不會出現漏風系數偏大的情況。負壓的波動反映了爐膛排出的煙氣量和燃燒產生的煙氣量之間的平衡關系，兩者相平衡時，爐膛負壓保持穩定，當后者大于前者時爐膛負壓降低，反之則負壓增大。當爐膛的燃燒發生故障或異常時，最先反應在爐膛負壓的變化方面。燃燒不穩定時爐內負壓產生劇烈波動。實踐表明，爐內負壓大波動往往是爐膛滅火的先兆。

2.4 燃燒器的調整與運行

2.4.1 燃燒器出口風速和風率的調整

燃燒器保持適當的一、二次風出口風速和風率是建立正常的空氣動力場、保持風粉均勻和良好著火條件所必需的條件，對于不同煤種，其相關配風條件如表3[5]所示。

表3 燃燒器的配風條件

四角切圓燃燒器的鍋爐要求四角的配風風速、風量相差較小，還需保持切圓的穩定性及切圓中心處于爐膛中心，以保證爐內良好的空氣動力場，利于燃料在爐內的穩定燃燒。

2.4.2 燃燒器的運行

在負荷允許的條件下，可采用多火嘴、少燃料的運行方式，這樣有利于火焰間的相互引燃，便于調節，同時風粉混合較好，火焰充滿度也好，燃燒穩定充分，這樣有利于燃用揮發分較高的煤種；當燃用揮發分較低的煤種時，則可以考慮采用集中火嘴和增加煤粉濃度的運行方式，使爐膛負荷較集中，有利于新燃料的著火和穩定燃燒。

3 燃燒調整試驗結果分析

根據上述的理論分析，對徐塘發電有限公司6號鍋爐進行了燃燒調整試驗，燃燒調整的內容包括變氧量、變二次風配風、變燃盡風等試驗，試驗負荷均為300MW。

3.1 變氧量試驗

在變氧量的試驗中，進行了3個試驗工況，運行氧量分別為2.11%，2.63，2.94%，試驗期間合理調整煤粉量的分配，保持一、二次風風速在合理范圍，并密切關注爐膛負壓的變化，同時保持其他運行參數基本一致。

試驗結果（如表4所示）表明，運行氧量在2.1%～3.0%的變化范圍，鍋爐熱效率隨氧量的升高而上升顯著，NOx排放質量濃度（折算到6%O2）隨氧量升高呈現先快后慢的上升趨勢，送、引風機電流隨氧量的上升也在不斷攀升。該變氧量試驗也符合文獻[6，7]中鍋爐熱效率隨氧量上升階段的變化規律。但是，在實際中考慮到氧量升高對主、再熱蒸汽減溫水流量、風機電耗和NOx排放質量濃度帶來的負面影響，運行氧量控制在2.8%左右即可。

表4 氧量對鍋爐性能的影響

3.2 變二次風配風方式試驗

在變氧量試驗的基礎上，進行了變二次風配風方式的試驗，運行氧量控制在2.8%左右，選取的二次風配風方式為均等、倒塔和束腰。試驗結果（如表5所示）表明，從鍋爐熱效率和NOx排放質量濃度來看，二次風采用倒塔配風方式都是最優的，但是在該種配風方式下主、再熱汽溫均較難達到設計值；束腰配風與均等配風相比則互有優缺，與均等配風相比其鍋爐熱效率和NOx排放質量濃度均略占優，但存在主、再汽溫達不到設計要求的現象。在試驗煤種條件下，當只考慮鍋爐熱效率和NOx排放質量濃度時，可采用倒塔配風；當要兼顧鍋爐熱效率、NOx排放質量濃度和主、再汽溫時，可采用束腰配風。

表5 二次風配風方式對鍋爐性能的影響

3.3 變燃盡風試驗

在變燃盡風試驗中，共進行了3個試驗工況，燃盡風的開度分別為20%，50%，100%，試驗期間保持其他參數基本一致。試驗結果（如表6所示）表明，燃盡風對過熱蒸汽和再熱蒸汽汽溫影響不大，隨著燃盡風的增大，鍋爐熱效率先增大后減小，NOx排放質量濃度呈降低趨勢。其主要原因是燃盡風緊挨主燃燒區的上部，燃盡風量增加，保證了鍋爐后期燃盡所需的氧氣，但過度增加燃盡風量又會導致主燃燒區缺氧從而鍋爐熱效率下降，因此鍋爐熱效率會隨燃盡風量的增加而呈先增大后減小的趨勢，從另外一個角度考慮，燃盡風的存在加強了爐內的分級燃燒，故NOx排放質量濃度隨燃盡風量的增加而不斷降低。綜合考慮，燃盡風開度宜放置在50%左右。

表6 燃盡風開度對鍋爐性能的影響

4 結束語

根據徐塘發電有限公司6號鍋爐燃燒調整試驗結果，提出如下建議：

（1）綜合NOx排放質量濃度和鍋爐效率考慮，建議運行氧量控制在2.8%附近。

（2）只考慮鍋爐熱效率和NOx排放質量濃度時，宜采用倒塔配風；若同時要兼顧主、再汽溫時，可采用束腰配風。

（3）建議燃盡風門開度宜保持在50%左右。

（4）進行燃燒調整試驗，需要把握煤質的特性，根據實際情況，合理調整制粉系統的出力，選取合適的運行氧量、二次風配風方式及燃盡風開度，可在保證較高鍋爐熱效率的同時，使NOx排放質量濃度在較低水平，從而實現機組在運行過程中的節能減排。

[1] 李青，高山，薛彥延.火力發電廠節能技術及其應用[M].北京：中國電力出版社，2007.

[2] 西安熱工研究院.發電企業節能降耗技術[M].北京：中國電力出版社，2010.

[3] 金維強.大型鍋爐運行[M].北京：中國電力出版社，2004.

[4] 黃新元.電站鍋爐運行與燃燒調整[M].北京：中國電力出版社，2003.

[5] 姚文達.鍋爐燃燒設備[M].北京：中國電力出版社，2003.

[6] 寧新宇，梁紹華，岳峻峰.低NOx切向燃燒系統的改造及性能優化試驗[J].動力工程，2010，30(7)：502-507.

[7] 岑可法，周昊，池作和.大型電站鍋爐安全及優化運行技術[M].北京：中國電力出版社，2007.