正交試驗法在鍋爐燃燒優化調整中的應用

吳 貴 李保良

（姚孟發電有限責任公司，河南 平頂山 467031）

正交試驗法在鍋爐燃燒優化調整中的應用

吳 貴 李保良

（姚孟發電有限責任公司，河南 平頂山 467031）

本文介紹了某廠應用正交試驗方法對鍋爐燃燒優化調整試驗的情況，通過對各種影響鍋爐效率的因素進行分析對比，找出了鍋爐最佳運行工況。

正交試驗；鍋爐效率；燃燒優化

某廠#5號鍋爐為東方鍋爐廠引進日本技術制造的國產超臨界滑壓運行直流鍋爐，鍋爐型號DG1900/25.4-Ⅱ1型，單爐膛，一次中間再熱，尾部雙煙道結構，固態排渣，全鋼構架，全懸吊露天布置，采用中速磨直吹式制粉系統，配6臺磨煤機，其中1臺備用；采用前后墻對沖燃燒方式，24只HT-NR3低NOx燃燒器分三層布置在爐膛前后墻上；燃燒器上方布置有燃盡風（OFA）風口，前后墻各6只。設計燃用當地煙煤，鍋爐保證效率為93.49%。

1 問題的產生

#5爐自投產以來尚未進行大修，一直存在預熱器換熱效率低問題，排煙溫度超設計值約30℃；燃燒煤種長期低于設計值，在500MW負荷以上需投運6套制粉系統；長時間運行后燃燒器噴口磨損，預熱器阻力增加。

公司曾于2011年9月委托電科院對#5爐進行了性能測試，試驗結果顯示機組在500MW-600MW區間運行時，鍋爐熱效率僅約為91%，遠低于保證值93.49%。鍋爐存在燃燒優化調整的必要。

2 正交試驗法的基本思想

正交試驗設計是利用正交表來安排與分析多因素試驗的一種設計方法。它于試驗因素的全部水平組合中，挑選部分有代表性的水平組合進行試驗，通過對這部分試驗結果的分析了解全面試驗的情況，找出最優的水平組合。例如影響鍋爐效率的因素有：煤質、煤粉細度、二次風配風方式、燃盡風比率、氧量等；而這些因素都具備多個數值或者狀態，稱之為水平。

日常運行中，煤質受控于市場無法自主選擇，而煤粉細度不能頻繁調整，因此，在實際運行中，一般通過調整二次風配風方式、氧量和燃盡風比率三個因素來優化鍋爐燃燒。

試驗選定二次風配風方式（A）、運行氧量（B）、燃燼風開度（C）三個因素。每因素選取三個水平：A1 A2 A3、B1 B2 B3、C1 C2 C3。這是一個三因素三水平的試驗，若按全面實驗要求，取三因素所有水平之間的組合，即A1B1C1、A1B1C2、A1B1C3......A3B3C3，須進行33=27種組合的實驗。

全面試驗對各因子與指標間的關系剖析得比較清楚，但試驗次數太多，在實際工作中不可行。若采用L9（34）的正交試驗方案，只要做9次，工作量減少了2/3，而在一定意義上代表了27次試驗。由于試驗次數少，縮短了試驗周期，減少了時間干擾誤差，從而可以提高試驗精度，快速找到最適的鍋爐燃燒方式。

3 正交試驗方案設計

該試驗選定二次風配風方式、運行氧量、燃燼風開度三個影響因素。每因素選取三個水平，二次風配風方式為三角配風、束腰配風、均等配風；運行氧量取三水平；燃燼風開度取三水平。對以上3因素3水平試驗，可利用正交表L9(34)安排，各因素、水平及試驗方案如表1。

表1 因素與水平

表2 試驗方案

4 試驗結果與分析

試驗開始前測試原始工況的鍋爐效率為90.91%。然后按照正交試驗方案逐個工況測試，試驗在550MW負荷下進行，以鍋爐效率作為分析對象，數據結果如表3。

表 3 試驗數據與結果

（續表3）

顯著性檢驗:根據以上計算，進行顯著性檢驗，列出方差分析表，結果如表4。

表4 顯著性檢驗

原工況效率90.91%，工況9效率91.80%，效率提高了0.89%。

通過極差分析，三個因素對效率的影響順序為：配風方式、燃燼風、氧量；最佳運行工況是A3B3C2，正好對應工況9；即：配風方式均等、燃燼風開度25%、氧量取3.2%時。

方差分析表明，配風方式對鍋爐效率影響是顯著的。

為驗證試驗結果的有效性，經過一段時間后，再次對原工況、工況9進行了重復試驗。結果顯示原工況鍋爐效率91.21%，工況9的鍋爐效率92.02%，后者效率提高0.81%。兩次鍋爐效率提升幅度相近，證明結果是可信的。

5 經濟性分析

5.1 廠用電率變化對供電煤耗的影響。

工況調整前后，鍋爐風煙系統的廠用電發生變化。統計上只考慮送風機、吸風機、增壓風機的廠用電變化。統計如表5。

表 5 三大風機功率變化統計

工況9與原工況相比廠用電功率增加288.02KW，影響#5機廠用電率增加0.052%，影響#5機組供電煤耗升高約0.17g/kw·h。

5.2 鍋爐效率變化對供電煤耗影響

優化調整后的鍋爐效率兩次試驗測得分別提高0.89%和0.81%，平均提高為0.85%，影響機組供電煤耗降低約2.89 g/ kw·h。

5.3 兩相比較，機組供電煤耗降低約2.72 g/kw·h

優化調整后，鍋爐效率提升帶來的效益遠高于廠用電增加帶來的影響。

6 結語

6.1 在高負荷區間內，配風方式的變化對鍋爐效率的影響顯著，采用均等配風方式、燃燼風開度25%、氧量3.2%時鍋爐運行效率最高。

6.2 采用正交試驗法試驗工作量小、試驗費用低、試驗結果正確。經過實踐證明該方法可以用于鍋爐燃燒優化調整，試驗目標可以是鍋爐效率，也可以NOx等其他指標。

[1]何長征，張永福，韋紅旗.正交試驗設計及其在鍋爐燃燒調整中的應用[J].潔凈煤燃燒與發電技術，2004（6）：40-43.

[2]趙晴川，李建生，渠富元.正交試驗法在燃煤電站鍋爐燃燒優化中的應用[J].華東電力，2008（8）.

[3]謝兵，沈瑾.正交試驗法在低溫鍋爐調試中的應用[J].節能與環保，2008（8）.

TK227.1

A

1671-0037（2014）09-76-2

吳貴（1980.8-），男，本科，工程師，研究方向：運行管理。

李保良（1957.4-），男，本科，高級工程師，副總工程師，研究方向：運行管理。