燃煤鍋爐燃燒優化調整方案分析

廖明華

摘要：高效率和低污染是電力發展永恒的主題。通過調整鍋爐的煤粉細度，過剩空氣系數（煙氣含氧量），一、二次風量，燃燒器擺角等參數，優化鍋爐燃燒狀況來達到提高鍋爐效率，實現降低供電煤耗，減少NOX排放。

關鍵詞：氧量；分離器轉速；鍋爐效率；發電煤耗

隨著技術進步，目前我國的電站鍋爐的發展也步入了大容量、高參數化和低排放階段。在當前經濟環境下，去產能及產業結構調整，使電力產能過剩嚴重，電廠競價上網的政策實施，燃煤電廠的生存壓力越來越大。在現有條件下，尋找最優的調節參數以及調節手段來降低供電煤耗，提高機組效率，減少排放，提高機組的競爭力。鍋爐燃燒優化就是一種可以提高鍋爐安全性、穩定性、經濟性的有效方案。

1 鍋爐概況

佛山恒益發電有限公司#1機組裝機容量為600MW，所配鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的SG1913/25.4型單爐膛、超臨界直流燃煤鍋爐。燃燒器為強化燃燒直流擺動燃燒器，四角布置，切向燃燒。燃燒系統采用中速碗式磨煤機，磨煤機配備內置式旋轉動態分離器，并在A磨入配置有蒸汽加熱暖風器以配合等離子點火系統。爐內采用分級供氧、切圓燃燒方式，采用24只低氮同軸（LNCFS）擺動式直流燃燒器，分6 層布置于爐膛下部四角，在爐膛中呈四角順時針切圓方式燃燒（爐頂看）。主燃燒器上部設兩層緊湊燃盡風（CCOFA），在主燃燒器上部布置有5 層可水平擺動的分離燃盡風（SOFA）噴嘴。

2 鍋爐燃燒優化方案

鍋爐燃燒優化系統，在主蒸汽壓力、主蒸汽溫度和分離器溫度達到設計工況的下，通過調節SOFA風量、設置不同給煤機沒量、各層燃料風門開度、磨煤機入口一次風量等參數使NOx、爐膛出口煙氣溫度偏差、飛灰含碳量等達到合適的值，再熱蒸汽溫度控制在設計值。通過試驗，整定出適合機組在安全穩定運行下最經濟的參數，滿足節能減排需求。

在此基礎上，進一步優化煙氣過剩空氣系數（煙氣含氧氧）設定值，使風量在合理的范圍，既能保證鍋爐的穩定燃燒，降低煙氣中NOX的含量，降低廠用電率。

3 SOFA風量控制調整優化

在不同的負荷設定不同的SOFA風量，可以有效降低煙氣中的NOX，通過調整SOFA風水平擺角來肖璇，以減小爐膛出口的煙溫差，減小汽溫偏差。SOFA風的水平擺角通過調整試驗確立并固定，在運行中通過調整SOFA風量滿足工藝要求。通過動態試驗，在燃燒優化系統中，適當改變四個角的SOFA風的垂直擺角，以減小爐膛出口的煙溫偏差。

4 分層給煤量控制優化

鍋爐爐內燃燒工況的好壞，不僅受到配風方式、燃燒器的負荷分配的影響，而且還與磨煤機投停方式，各層磨煤機出力有關。改變各層磨煤機出力，減小爐膛出口煙氣溫度偏差，磨煤機投運方式對鍋爐安全、穩定、經濟運行的影響。

在上層給煤機運行時，鍋爐爐膛出口煙氣溫度偏差加大，嚴重時一側減溫水全開，另一側減溫水全關，兩側主汽溫度仍相差20度以上。通過適當減少上層給煤量，增加下層給煤量，可以有效減小爐膛出口煙溫偏差。

5 各燃料風門開度控制優化

燃料風是供給一次風煤粉氣流以適當的空氣，補充燃燒初期可能出現的氧量不足。燃料風門開度設定與各層燃料量成比關系，當各層給煤量增加時，燃料風門也相應開大，滿足燃燒需求。通過試驗，進一步優化燃料風與各層給煤量之間的函數關系，使燃料風門開度達到比較合理的值。

6 一次風量控制優化

一次風量與煤粉著火、燃燒過程密切相關。一次風量越大，達到氣粉混合物著火溫度需要吸收的熱量就越多，著火將會推遲。反之，一次風量過低，一次風氣流的剛性較差，煤粉氣流衰減較快，容易產生偏斜和掉粉，造成爐渣含碳量增加。因此，保持適當的一次風量對鍋爐安全、穩定和經濟地運行就極為重要。

電廠機組穩定運行時，運行磨的一次風進風量在80t/h以上，一次風量比較大，通過試驗，在高負荷時，適當降低一次風量后，鍋爐效率有所提高，同時可以降低供電煤耗。

7 磨煤機分離器轉速控制優化

合格的煤粉細度是實現煤粉均勻分配并具有較低飛灰含碳質量濃度（6%以下）的基礎。煤粉越細，著火越容易，燃燒穩定性好，飛灰含碳量下降，但會增加廠用電率，因此需尋找合適的煤粉細度，并得到磨煤機分離器轉速與煤粉細度的特性曲線。

兩臺機組原始運行狀況下，磨煤機分離器轉速固定在600r/min，通過在不同符合下改變分離器轉速，發現在600MW時，將分離器轉速提高到700r/min時，鍋爐效率有所提高，發電煤耗也有所降低，在450MW和300MW時，適當提高分離器轉速到650r/min時，可以適當提高鍋爐效率和降低發電煤耗。

8 燃燒器擺角控制優化

主燃燒器的上下傾角可以用來調整爐膛火焰中心高度，以方便調整再熱蒸汽的溫度，同時燃燒器噴嘴射流切向速度減小，會使得燃燒區域的旋流強度改變，從而對主蒸汽和再熱蒸汽溫度左右兩側偏差有一定影響，但是通過試驗發現，在不同的配風比例、風量和負荷變動下，不同因素的影響強度會有所改變，需要在保證主再熱蒸汽溫度達到額定且不超溫的情況下，根據不同燃燒情況找到合適的傾角，減小汽溫偏差，這一種調整方式需要實時調節。

9 氧量控制優化

其他因素不變，在保證鍋爐安全運行的條件下，通過調整二次風量，來改變爐膛出口過量空氣系數。有文獻證明，1）氧量提高，飛灰含碳量將減小；2）氧量提高，排煙溫差有可能增大；3）氧量提高，排煙損失有可能也增大。考慮到摸底工況下空氣過量系數較設計值偏低，即適當提高空氣過量系數，測試能否降低飛灰含碳量，提高鍋爐效率。

通過試驗發現：在600MW時，將氧量由原來的35%提高40%時，供電煤耗由31673克標煤/度降至31414克標煤/度，降低了259克標煤/度；在450MW時，將氧量由原來的40%上調或下調，都會是供電煤耗升高，所以，在450MW時氧量保持在40%不變；在300MW時，將氧量由原來的50%上調或下調，都會是供電煤耗升高，所以，在300MW時，氧量設定在50%比較合適。

10 小結

通過此次鍋爐燃燒優化試驗，得出了更合理的控制參數，減少了主汽溫度偏差，降低了供電煤耗，同時降低NOX含量，達到了節能減排的效果。

參考資料：

[1]張紅福，張曦，羅嘉.基于預測控制方法的燃燒優化研究與應用[J].自動化博覽，2015，7.

作者簡介：廖明華（1982），男，湖北仙桃人，研究方向：電廠熱控。