300MW燃煤鍋爐一次風優化探析

張衛東

摘 要： 鍋爐是火電廠發電的主要工具之一，鍋爐運行情況的優劣直接關系到電廠最終的效益，而鍋爐運行中排煙熱損失是所有熱損失中最大的一項，可占總熱損失的60%-70%左右，為此，尋找有效途徑，優化鍋爐一次風，改善排煙溫度，降低機組標準煤耗，提高電除塵效率對于企業減少熱損失意義重大。基于此，本文分析現階段我國電廠300MW燃煤鍋爐的運行現狀，并提出了幾點關于如何解決鍋爐運行中排煙溫度普遍偏高等問題的意見和建議，旨在調整鍋爐燃燒、提高燃燒經濟性，以供相關企業參考。

關鍵詞：300MW燃煤鍋爐 一次風 優化 自適應調節

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0301-02

電力的使用使人們物質生活水平得到了較大改善，近年來，隨著我國經濟的不斷發展，人們日常的生活、生產與電力的關系不斷密切，電廠傳統的僅僅以保障用電安全、用電穩定為生產目的的生產方式已不能很好的滿足人民日益增長的電力需求；此外，環境的變化、資源的稀缺以及國家對節能減排指標要求的日益嚴格，也使得火力發電企業的發展和生存變得困難重重，單純依靠傳統的操作規程手段，已無法實現生產成本控制要求。因此，為確保我國經濟和社會的可持續發展以及企業的自身發展，火力發電企業應將節能增效作為改革的一個重要的方向，不斷改善技術，確保發展符合經濟需要和社會需要。目前，我國燃煤電站多使用300MW、600MW機組，二者中又以300MW機組數量最多，對300MW燃煤鍋爐機組進行燃燒優化調整試驗研究對于鍋爐機組運行安全性和經濟性的提高有著重要意義。

一、300MW燃煤鍋爐機組燃燒系統及排煙溫度高的原因

1.系統組成

本文以某電廠#8機組鍋爐熱力系統為研究對象，所使用的煤種為大同煙煤，并以神華混煤作為校核煤種。鍋爐型號為DGIO25/18.2-Ⅱ4，該鍋爐為全鋼架、全懸吊結構，亞臨界參數、自然循環汽包爐、四角切圓燃燒，燃用煙煤、平衡通風、固態排渣。爐膛由膜式水冷壁以及水冷壁上部的折焰角組成，高熱負荷區由內螺紋管組成，爐膛斷面尺寸為13335x12829mm，頂棚管中心線標高6l000mm，汽包中心線標高65000mm。壁式再熱器布置與爐膛兩側墻靠水冷壁和下部前墻的向火側，爐膛出口處配備過熱器，水平煙道內配備中溫、高溫再熱器及高溫過熱器。兩臺三分倉回轉式空氣預熱器分別布置與尾部煙道。正常工況下以一級減溫器作為主調，三級減溫器作為微調，二級減溫器作為備用或調節左右側汽溫偏差。主蒸汽以二級噴水減溫方式為主，并配備事故噴水降溫，以提高系統運行安全性。再熱器三級，分別為壁式再熱器、中溫再熱器、高溫再熱器；過熱器六級，分別為頂棚過熱器、全大屏過熱器、包墻過熱器、低溫過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器。

1.1燃燒過程

燃料鍋爐系統設備眾多、結構復雜，燃煤電站在利用燃料鍋爐發電時，主要是通過燃煤的燃燒熱量來加熱給水，輸出達到一定壓力和溫度的主蒸汽，進而為電廠發電機組提供必要能量。燃煤燃燒過程主要步驟如下：① 鍋爐燃燒所需的燃料通過給煤機送至入磨煤機，磨煤機中再將燃料磨制成細度適中的煤粉。② 一次風機分兩路吸入輸送燃料，一路直接進入磨煤機，作為冷一次風；一路經空氣預熱器加熱后進入磨煤機，作為熱一次風。在磨煤機中，冷、熱兩路一次風與煤粉充分混合，共同將煤粉經燃燒器送入爐膛。③ 送風機將二次風送入空氣預熱器，空氣預熱器對二次風進行加熱后在再經過必要數量的風箱、風擋板后進入爐膛，進入風箱、風擋板的二次風再與煤粉混合，以確保煤粉能夠得到完全燃燒。④ 燃煤在燃燒過程中可產生一定的熱量，給水經該熱量加熱后可輸出符合一定壓力和溫度要求的主蒸汽，進而為電廠汽輪發電機組提供發電動力。⑤ 利用煙道轉換燃煤燃燒過程中與空氣混合產生的高溫煙氣，即通過煙道中的過熱器、再熱器、省煤器以及空氣預熱器對熱量進行必要交換，該舉措可確保高溫煙氣攜帶的熱量不被浪費，轉換后的高溫煙氣最后通過引風機經煙囪排入大氣，燃煤過程結束。

1.2排煙溫度高的原因

導致鍋爐排煙溫度過高的原因有很多，常見的如設計燃用煤質與實際使用的燃燒煤質之間存在較大偏差，空氣預熱器（與煤器受熱面偏小、爐膛漏風、吹灰器布置不合理等。此外，對于300MW燃煤鍋爐來說，導致排煙溫度過高還有一個最重要的原因，即磨煤機出口溫度設置上限，出于制粉系統安全考慮，大多數300MW燃煤鍋爐磨煤機的出口溫度往往有一個安全上限，若制粉熱風溫度大于所需風溫，則制粉系統將自動摻入冷風進行運行，且該部分冷風量往往大于預設計值，使得有組織風量下降，最終導致排煙溫度上升。

二、300MW燃煤鍋爐燃燒特性

300MW燃煤鍋爐在燃燒過程中可受到多方面的影響，包括煤的燃燒特性、四角切圓燃燒的動力特性、飛灰含碳量等。煤的燃燒特性又具體包括煤的常規特性對燃燒的影響以及煤粉氣流著火特性對燃燒的影響2方面；四角切圓燃燒的動力特性又具體包括穩定的空氣動力場對燃燒的影響、木爐空氣動力場的動力特性對燃燒影響2方面；飛灰含碳量對又包括爐膛氧量對飛灰含碳量的影響、爐膛溫度對飛灰含碳量的影響、一二次風的擾動和混合對飛灰含碳量的影響、鍋爐的運行負荷對飛灰含碳量的影響、制粉系統運行方式對飛灰含碳量的影響、爐膛內的燃燒時間對飛灰含碳量的影響6方面。

其中，一、二次風的擾動與混合對飛灰含碳量的影響主要體現在以下方面，煤粉在進行燃燒時大多為多相燃燒，并以煤粉表面作為燃燒反應的主要“場所”，空氣到煤粉表面的擴散速度以及煤粉燃燒反應速度是決定燃燒反應速度的關鍵因素。為此，為確保燃煤完全燃燒，提高電廠燃煤經濟效益，不僅需要設置保證溫度足夠的爐溫、供應適量的空氣，同時還必須尋找有效途徑，使一、二次風良好配合，確保煤粉與空氣能充分混合，以便將空氣及時輸送指煤粉燃燒表面，幫助燃燒。此外，完全燃燒不經包括著火后的燃燒階段，同時也應當包括燃盡階段，可燃物和氧的數量是隨著燃燒的進行而不斷減少的，至燃盡階段，可燃物和氧的數量以基本降至最低點，且煤粉表面可被灰包裹，此時利用一、二次風加強混合擾動，可有效增加煤粉和空氣的接觸機會，使燃燒更為徹底。

三、300MW燃煤鍋爐一次風調試

選用與設計煤種相近的煤種，保持鍋爐各參數穩定，整個運行期間一次風壓、鍋爐運行氧量等保持不變，自動控制系統投入自動，熱工人員要對各磨煤機風量、差壓、一次風流量等測點進行吹掃，確保實驗結果準確。

試驗分別在不同機組負荷下完成。每個工況下，均確保二次風配風方式保持不變，單獨對一次風壓進行調整；機組投入CCS自動狀態，負荷保持不變，一次風機調整一次，風壓隨之改變一次；同時二次風門擋板的開度保持不變，穩定運行1h后，測飛灰可燃物含量。試驗中若有異常，則馬上停止實驗。

試驗顯示，一次風壓變化對飛灰含碳量有顯著影響，以負荷26OMW為例，當負荷保持穩定且其他條件不變的情況下，當一次風壓從7.SKPa上升至8.SKPa時，飛灰含碳量呈下降趨勢，但一次風壓若繼續升高，則飛灰含碳量又呈升高趨勢。據此，同一負荷下，有使飛灰含碳量最小的最佳一次風壓。其次，在負荷、二次風穩定的情況下，一次風壓越高，則一次風速變化趨勢越大，煤粉著火推遲。

四、300MW燃煤鍋爐一次風優化的意義

按照以上步驟對300MW燃煤鍋爐一次風進行優化后，試驗數據顯示，其排煙溫度得到了有效降低，平均下降溫度在5℃左右，可節約標準煤1660t，若按煤價780元/t計算，則每年可為企業節約成本130萬元左右；同時，鍋爐效率也得到了顯著提高，平均提高幅度約為0.2%左右；此外，節約企業成本的同時，對于機組經濟性、機組使用壽命的提高亦有著重要意義，能夠較大幅度的降低制粉系統的摻冷風量，提高布袋除塵器運行壽命。

總之，適度增加煤粉氣流混合物中的一次風壓，不僅可相應的增大一次風量，使著火熱增大，同時，還可以延遲著火過程，降低燃煤消耗量。此外，能夠有效解決發電廠300MW燃煤鍋爐組制粉系統摻入冷風，而導致的排煙溫度過高的問題，具有重要的指導意義及較高的借鑒價值。

五、結束語

綜上所述，在負荷一定的情況下，一次風壓的變化對鍋爐飛灰含碳量的影響較大，對中速磨直吹式制粉系統而言，可關閉冷風門，并將一次風門保持在在50%的開度，以確保煤粉煤粉細度均勻，提高綜合效益；此外，爐效率受鍋爐摻燒低熱值煤的影響，為使機組能保持較好的經濟性，可進行制粉系統、燃燒系統優化調整試驗。

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