長海＃2鍋爐燃燒優化調整分析

黃伙敬

（佛山市南海長海發電有限公司，廣東 佛山528211）

0 引言

2011年，為響應國家“節能減排”政策號召，我公司委托武漢華是能源環境工程有限公司對＃2鍋爐整組燃燒器進行重新設計及整組更換，將原燃水煤漿／輕油燃燒器更換為燃水煤漿、燃煤／等離子點火組合型燃燒器，使改造后的燃燒器實現煤粉無油點火功能。為提高鍋爐運行穩定性，2012年進行制粉系統的技改，新增1臺雙進雙出鋼球磨直吹制粉系統。由于是供熱機組，鍋爐負荷受用戶影響較大，多在410～430t／h之間運行，為摸索出＃2爐在420t／h負荷附近安全、穩定、經濟、環保最優運行水平工況，對鍋爐的煙溫特性、汽溫特性、鍋爐目前的運行方式以及存在的問題做了分析，通過燃燒工況的優化調整，提高了鍋爐效率，降低了三大風機的耗電量，降低了NOx排放濃度，提高了鍋爐的整體經濟性。

1 設備概述

我公司＃2機組670t／h爐配75MW調整抽汽壓汽輪發電機，是本地工業園區配套的供熱機組，于2007年開始建設，2009年建成投產。＃2鍋爐本體是由武漢鍋爐廠設計制造的高溫高壓燃水煤漿鍋爐，2011年對整組燃燒器進行改造，采用水煤漿／煤粉專用直流式燃燒器，燃燒器采用大切角、四角切圓、直流式燃燒器，乏氣送粉。燃燒器布置2層SOFA結構，其中H－SOFA與L－SOFA間隔3000mm，L－SOFA與燃燒器最上層一次風噴口間隔3000mm。燃燒器布置有6層一次風噴口。燃燒器一次風噴口從上到下依次為：水煤漿—煤粉—煤粉—水煤漿—煤粉—等離子。在燃燒器頂部設有2層OFA風和2組獨立的SOFA風，OFA風反切13.5°，SOFA結構獨立設計可以實現上下左右自由擺動，每個二次風進口都采用獨立風門調節。原燃燒器2只點火油槍和1只助燃油槍均保留。保證爐膛燃燒火焰中心不變，在水煤漿緊缺的情況下4層煤粉燃燒器可以實現煤粉滿負荷燃燒；經2012年制粉系統改造后，新增1臺雙進雙出鋼球磨直吹系統分別接入A層和B層，鄰近＃10、＃12爐的粉倉送粉分別接入D層和E層，水煤漿噴槍分別接入C層和F層。

2 鍋爐燃燒工況優化調整

整個優化運行調整過程燃用同一煤種以及在負荷不變的工況下進行最優燃燒調整運行試驗。

2.1 煤粉細度優化調整

雙進雙出球磨機下層分離器開度在70%，上層分離器開度分別在30%和50%對煤粉細度影響差別較大，在磨煤機出力超過56t／h工況下，考慮到當前今后煤種的適應性，同時結合燃燒工況的灰渣可燃物結果，最后將上層分離器折向門擋板設在30%的開度。

2.2 變氧量（總風量）工況優化調整

試驗在420t／h負荷附近鍋爐進行了運行氧量的工況調整。分別采取小氧量3.29%、中氧量4.53%、大氧量5.36%這3個點進行測試。從測試結果看，在變氧量調整工況下，飛灰可燃物均維持在一定水平，CO含量也較少，說明爐內燃燒比較完全，因此氧量的變化對未燃盡碳熱損失的影響不大，而采取降低氧量的措施，會使排煙熱損失有不同程度的降低。所以在保證煤粉及水煤漿燃盡的條件下，采用低氧量運行，可使鍋爐的效率有不同程度的提高。采用低氧量運行對NOx排放濃度的降低也有明顯的效果，各調整工況中，氧量降低0.8～1個百分點，NOx排放濃度降低約10mg／Nm3，由于新型燃燒器在NOx控制方面已經相當優秀，所以氧量的變化對NOx排放濃度的影響幅度有限。低氧量運行對降低送、引風機的電耗有一定效果。低氧量運行會使總風量減少，從而降低風機電耗。從測試數據可知，運行氧量降低1個百分點，風機總電流約降低8A左右。

綜合考慮，在保證煤粉和水煤漿燃盡及鍋爐安全運行的前提下，鍋爐可采用相對較低的氧量運行，420t／h負荷下運行氧量值約3.0%左右。

2.3 SOFA風門開度優化調整

輔助風風量沿爐膛高度方向上的分配變化會對爐內燃燒帶來一定影響，優化調整在保持總風量不變的前提下，通過改變鍋爐的SOFA風的風門開度來進行輔助風的配風優化調整，監測不同配風方式下的飛灰、排煙溫度、汽溫以及NOx排放濃度等參數。由于SOFA風占整個二次風的比例相對較大，所以改變SOFA風配比對飛灰可燃物、底渣可燃物、NOx排放濃度以及爐效有較大的影響。當SOFA風上2層全關下4層全開時，SOFA風比例相對增加，主燃燒器區域配風比例相對減少，鍋爐分級燃燒效果增強，NOx排放濃度減少，與SOFA風上4層關下2層開時的工況相比，NOx排放濃度降低了10mg／Nm3左右。但SOFA風比例增加，會使主燃燒區域極度缺氧，造成較大顆粒的煤粉燃燒不完全，底渣含碳量較高；同時，SOFA風比例增加也會使火焰中心抬高，主燃燒區域燃燒減弱，影響鍋爐低負荷的穩燃性，而且會導致過熱器超負荷運行，噴水量增加，影響鍋爐效率。

綜合考慮，在420t／h左右負荷下，建議將SOFA風上3層全關，下2層全開，中間層開50%，這樣不僅對NOx排放濃度影響較小，而且會降低排煙熱損失和未燃碳損失，大大提高鍋爐效率。

2.4 OFA風門開度優化調整

燃燒器布置2層OFA燃燼風，位于L－SOFA層的下部，OFA風反切13.5°，OFA燃燼風的開度可以在DCS上調節。OFA燃燼風既可以有效降低NOx的生成，也可以對爐膛出口煙溫進行調節。但由于OFA燃燼風比例較低、反切角度小，因此，消旋效果沒有SOFA風好，對煙溫的調節也沒有SOFA風明顯。

優化調整是在保持總風量不變的前提下，通過改變OFA燃燼風的風門開度來進行輔助風的配風試驗。通過試驗，監測不同配風方式下的飛灰含碳量、底渣含碳量、排煙溫度、汽溫以及NOx排放濃度等參數，用于綜合分析OFA燃燼風配風方式對鍋爐經濟性以及環保指標的影響。考慮到燃燒器上部燃燼風的比例已經較大，故只對上層OFA燃燼風進行調整。當上層OFA燃燼風從10%開到75%時，爐膛煙溫偏差由122.5℃降低到90.2℃，相應地，各級過熱器的汽溫偏差也得到有效改善，減溫水量有所降低。當上層OFA燃燼風4個角的開度分別為40%、40%、40%和42%時，煙溫偏差進一步降低，汽溫特性得到進一步的改善。上層OFA燃燼風調整后，排煙熱損失和未燃碳損失在一定程度上有所增加，這是因為煤質變差的緣故。改變OFA燃燼風風門開度對飛灰可燃物、底渣可燃物以及爐效的影響較小。

2.5 A、B層周界風風門開度調整試驗

周界風開度對鍋爐燃燒及其運行性能的影響，試驗在保持總風量不變的前提下，通過改變A、B層的周界風風門開度進行試驗，以監測不同周界風開度下相關參數的變化。

由于周界風占整個二次風的比例相對較小，所以改變SOFA風配比周界風的開度對飛灰可燃物、底渣可燃物、NOx排放濃度以及爐效的影響很小。當A、B下周界風的擋板開度從10%增加到50%時，鍋爐的蒸汽特性變化不大，飛灰和爐渣的可燃物含量也比較穩定，但NOx的排放濃度卻增加較多，從調整前的259.3mg／Nm3增加到288.3mg／Nm3。

綜合考慮，在保證爐內穩燃的基礎上，A、B下周界風的擋板開度應在30%左右，從而使鍋爐能夠更加環保的運行。

2.6 組合工況優化調整

通過變氧量和變SOFA風風門開度等單因素優化調整試驗和其他一系列變輔助風門開度調整試驗，在對鍋爐實際運行狀況有了較充分了解后，通過分析運行方式中存在的問題，在420t／h負荷下對鍋爐進行了最優運行組合工況優化調整。

3 燃燒優化調整的效果

鍋爐燃燒優化調整試驗前后經濟指標對比如表1所示。

（1）鍋爐效率得到大幅提高，由優化前的90.98%提高到92.05%。

（2）通過輔助風配風的調整，爐膛煙溫偏差得到有效控制，左右側煙溫偏差由優化前的80℃減小到20℃以內。

（3）由于燃燒中心下移，加上爐膛煙溫偏差得到有效控制，汽水側偏差大為改善，減溫水量也大幅減少，由優化前的8t／h左右，降低到2t／h左右。

（4）NOx的排放濃度降低，一般在220～280mg／m3范圍內，通過降低運行氧量以及合理的配風，進一步降低熱力型NOx的生成，優化后工況將NOx排放濃度控制在270mg／m3左右，比優化前306mg／m3有較大幅度降低。420t／h負荷工況下完全可以將NOx排放濃度控制在250mg／m3左右。

表1 鍋爐燃燒優化調整試驗前后經濟指標對比

（5）＃2爐調整前存在著運行氧量過高、風機出力大的問題，通過優化調整，將運行氧量控制在3.0%～3.5%，大幅降低了風機電耗。優化后的工況，在鍋爐出力比優化前工況大約13t／h的情況下，送、引、一次風機總電流仍然降低了約40A，若按照年5000h上網電價0.45元／kW·h計算，僅1臺機組風機電耗此項下降便可獲得約40萬元的經濟效益。

4 結語

＃2爐的技術改造達到了設計要求，通過優化燃燒組合工況調整摸索出鍋爐及其輔機安全、高效、低電耗，同時兼顧NOx排放特性的最優運行方式，確定了鍋爐在420t／h負荷左右能夠達到最優運行水平的燃燒工況。

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