350MW鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化措施

董武

摘 要：本文敘述了某發(fā)電公司4號(hào)鍋爐（1165t/h）運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，針對(duì)出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析并采取了措施，在保證安全的基礎(chǔ)上通過大量的試驗(yàn)測試、分析和優(yōu)化調(diào)整，保證了鍋爐在低負(fù)荷的穩(wěn)定燃燒，使氧量等能耗指標(biāo)大幅度下降，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，并對(duì)取得的成果進(jìn)行分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：鍋爐；氧量；燃燒；優(yōu)化；調(diào)整

中圖分類號(hào)：TK227.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）18-0195-02

300MW燃煤機(jī)組與600MW燃煤機(jī)組是現(xiàn)階段我國電力企業(yè)應(yīng)用較為廣泛的燃煤機(jī)組。隨著我國電力事業(yè)的不斷發(fā)展，燃煤機(jī)組投入量得到大幅度提升。在此背景下，為促進(jìn)電力企業(yè)優(yōu)化發(fā)展，響應(yīng)國家能源節(jié)約與環(huán)境保護(hù)號(hào)召，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能增效目的，實(shí)現(xiàn)低負(fù)荷下燃煤機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行成為企業(yè)以及相關(guān)工作人員關(guān)注與思考的重點(diǎn)。基于此，某公司于2012年年初成立了300MW燃煤機(jī)組低負(fù)荷降本增效攻關(guān)小組，確立了攻關(guān)課題，作為小組的一員，現(xiàn)將鍋爐專業(yè)優(yōu)化調(diào)整采取的措施和取得的成果匯報(bào)如下：

1 300MW燃煤機(jī)組概況

發(fā)電廠所應(yīng)用的4號(hào)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司制造生產(chǎn)的HG-1165/17.5-HM3型鍋爐。鍋爐基本特征：亞臨界參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)自然循環(huán)、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣以及一次中間再熱，鍋爐整體形態(tài)表現(xiàn)為“全鋼構(gòu)架∏型汽包爐”；鍋爐的燃燒方式：以四角切向燃燒方式為主要燃燒方式，配有5臺(tái)MPS212HP-II中速磨煤機(jī)，每臺(tái)MPS212HP-II中速磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一層燃燒器；鍋爐制粉系統(tǒng)：正壓直吹式制粉系統(tǒng)；鍋爐燃燒器；一次風(fēng)噴口，可在鍋爐系統(tǒng)中進(jìn)行上下擺動(dòng)，最大擺角為±30°（刻度50為水平，500為逐漸上揚(yáng)；50100為逐漸下擺）；鍋爐排渣方式：固態(tài)連續(xù)干式排渣（排渣系統(tǒng)漏風(fēng)率不高于鍋爐總風(fēng)量的1%）。鍋爐配有SCR系統(tǒng)（Selective Catalyst Reduction，選擇性催化系統(tǒng)）用以滿足鍋爐運(yùn)行中的脫硝需求。

2 原鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行過程中存在的常見問題

為改造前的350MW鍋爐，在低負(fù)荷運(yùn)行過程中的問題主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）鍋爐運(yùn)行過程中以甲側(cè)爐墻為基準(zhǔn)的燃燒器區(qū)域存在明顯結(jié)焦現(xiàn)象，易導(dǎo)致甲側(cè)渣斗處出現(xiàn)焦塊堆積問題；（2）一次風(fēng)機(jī)耗電率偏高，一次風(fēng)管磨損嚴(yán)重；（3）磨煤機(jī)研磨部件、出口管等磨損嚴(yán)重；（4）350MW鍋爐存在過熱器超溫問題，影響過熱器運(yùn)行效果；（5）氧量偏高；（6）吸風(fēng)機(jī)耗電率偏高，滿負(fù)荷時(shí)出力不足；（7）鍋爐脫硝系統(tǒng)配置不科學(xué)，液氨應(yīng)用量過大；（8）鍋爐二次配風(fēng)存在不合理性，易導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)結(jié)焦問題。

3 措施及對(duì)策

3.1 降低一次風(fēng)速（風(fēng)壓），減少爐膛結(jié)渣試驗(yàn)

工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，發(fā)電廠所應(yīng)用的4號(hào)鍋爐，自投產(chǎn)以來，多次因結(jié)渣問題，出現(xiàn)爐膛內(nèi)氣流不穩(wěn)定現(xiàn)象，導(dǎo)致350MW鍋爐內(nèi)部燃燒不完全，從而降低鍋爐應(yīng)用性能，影響鍋爐運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

小組討論與研究發(fā)現(xiàn)，350MW鍋爐運(yùn)行過程中，爐膛內(nèi)的結(jié)渣通常具有不均性特征，這在一定程度上增加了水冷壁傳熱熱阻，加大水冷壁熱量吸收難度，從而降低鍋爐出力，影響350MW鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定與安全。與此同時(shí)，受爐膛內(nèi)結(jié)渣不均勻問題的影響，爐內(nèi)換熱減弱將導(dǎo)致350MW鍋爐爐膛出口煙溫、蒸汽溫的不斷升高，為保障鍋爐正常運(yùn)行，需增加減溫水的用量，不僅影響鍋爐運(yùn)行性能，也不利于水資源的節(jié)約。此外，大面積渣塊的掉落，不可避免的對(duì)冷灰斗產(chǎn)生影響，導(dǎo)致水冷壁冷灰斗破損問題的產(chǎn)生。而水冷壁冷灰斗破損問題的產(chǎn)生，以導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)大量熱氣、熱渣以及熱水的噴出，將在一定程度上對(duì)撈渣機(jī)品平臺(tái)上工作的人員造成威脅，形成鍋爐運(yùn)行故障。另外，350MW鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行過程中，隨著一次風(fēng)量的逐漸加大，煤粉氣流要想達(dá)到著火溫度，所需要的熱量也相應(yīng)增加，因此著火速度相應(yīng)的減慢，火焰在鍋爐內(nèi)部的行程發(fā)生改變，易出現(xiàn)爐內(nèi)燃料燃燒不完全問題的產(chǎn)生。而爐內(nèi)燃料燃燒不完全將在一定程度上提升鍋爐爐膛出口煙溫度，使?fàn)t膛出口出現(xiàn)結(jié)渣現(xiàn)象，同時(shí)影響過熱器、再熱器的正常運(yùn)行。

針對(duì)上述問題，對(duì)350MW鍋爐進(jìn)行改造，即在保證煤粉管道不沉積煤粉的前提下，盡可能減小一次風(fēng)量。

小組工作人員在三月八日組織開展了350MW鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)工作。在此過程中，對(duì)350MW燃煤機(jī)組系統(tǒng)中的磨煤機(jī)風(fēng)門開度與一次風(fēng)機(jī)偏置方式進(jìn)行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，即將原有機(jī)組中的磨煤機(jī)出口風(fēng)俗從原來的32m/s調(diào)整為25m/s；將一次風(fēng)壓從10kpa調(diào)整為8kpa；將同等負(fù)荷運(yùn)行條件下的一次風(fēng)機(jī)電流減小了12A，有效實(shí)現(xiàn)了一次風(fēng)量的減少，一次風(fēng)險(xiǎn)約減少100t/h。與此同時(shí)，綜合分析鍋爐運(yùn)行過程中，可能存在的影響因素，如不同煤質(zhì)的著火性、磨煤機(jī)給煤量等，對(duì)鍋爐磨煤機(jī)出口溫度以及出口風(fēng)速進(jìn)行了科學(xué)管控，其中溫度控制在55℃以上，出口風(fēng)速控制在22m/s左右。

試驗(yàn)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過調(diào)整后的鍋爐，在運(yùn)行過程中一次風(fēng)機(jī)耗電率降低了0.25%；磨煤機(jī)出口管路與一次風(fēng)管在運(yùn)行過程中的磨損程度在不同程度上等到改善；鍋爐結(jié)焦問題、大焦塊掉落堆渣問題得到改善。

3.2 提高再熱汽溫控制過熱汽溫試驗(yàn)

目前，在國內(nèi)擺動(dòng)式燃燒器技術(shù)尚未成熟，再加上設(shè)備原因造成擺動(dòng)式燃燒器經(jīng)常卡澀甚至卡死，直接影響燃燒，造成燃燒不穩(wěn)，鍋爐負(fù)荷帶不上等現(xiàn)象，同時(shí)在異常和事故情況下，燃燒器擺角必須在水平位置，否則油槍投不上。因此，在鍋爐改造過程中，通過調(diào)整燃燒器擺角進(jìn)行鍋爐性能優(yōu)化的行為相對(duì)較少，從而導(dǎo)致350MW鍋爐改造后運(yùn)行過程中仍無法滿足再熱汽溫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，在進(jìn)行鍋爐改造時(shí)，應(yīng)注重再熱氣溫的提升，實(shí)現(xiàn)對(duì)過熱氣溫的有效控制。此外，公司2011年10月份因再熱吹灰器故障將再熱管束吹漏，造成機(jī)組非停后，再熱吹灰器一直沒有投入運(yùn)行。針對(duì)這種情況，一方面應(yīng)加強(qiáng)燃燒器的檢修工作，注重對(duì)燃燒器活動(dòng)構(gòu)建進(jìn)行檢查，保證油槍在鍋爐運(yùn)行過程中的科學(xué)應(yīng)用；另一方面，加強(qiáng)吹灰器運(yùn)行管控，做到投入有人監(jiān)視，完全退出后斷電，防止發(fā)生意外。

小組工作人員于三月十三日，對(duì)4號(hào)爐燃燒器擺角進(jìn)行了調(diào)整：（1）將號(hào)爐燃燒器擺角由原來的50°調(diào)整為40°用以提高火焰中心位置。帶燃燒器擺角穩(wěn)定后（2小時(shí)）提高再熱汽溫，約3℃；（2）在次日對(duì)4號(hào)爐燃燒器擺角進(jìn)行再次調(diào)整，由40°調(diào)整為30°，在此過程中再熱汽溫又一次提高，提高3～4℃，在再熱器運(yùn)行體系中投入長吹灰器，此時(shí)再熱汽溫由520℃提高到了540℃。

試驗(yàn)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)負(fù)荷為185MW時(shí)，調(diào)整后的鍋爐，吹灰前甲側(cè)排煙為133℃，吹灰后甲側(cè)排煙為130℃，溫度降低了3℃；吹灰前乙側(cè)排煙為128℃，吹灰后乙側(cè)排煙為124℃，溫度降低了4℃。與此同時(shí)，一級(jí)甲乙側(cè)的過熱減溫水由21/19t/h下降到12/8t/h；二級(jí)甲乙側(cè)的過熱減溫水由原來的8/9t/h下降到2/3t/h。有效實(shí)現(xiàn)了過熱汽溫超溫問題的改善（調(diào)整后超溫現(xiàn)象出現(xiàn)過兩次），實(shí)現(xiàn)再熱汽溫的有效提高（約提升16℃）。

3.3 降低氧量及其調(diào)整試驗(yàn)

鍋爐運(yùn)行過程中，當(dāng)爐膛出口運(yùn)行氧量產(chǎn)生變化時(shí)，與之相關(guān)的因素指標(biāo)參數(shù)（包括灰渣不完全燃燼的碳含量、送引風(fēng)機(jī)總耗電量、排煙溫度、減溫水量等）也將發(fā)生改變。對(duì)此，在進(jìn)行鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化過程中，可通過適當(dāng)改變爐膛出口氧量進(jìn)行實(shí)踐。

在本次試驗(yàn)中，設(shè)計(jì)減少送風(fēng)量與控制鍋爐本體漏風(fēng)量實(shí)現(xiàn)氧量的降低。即小組工作人員于4月2日開始，對(duì)鍋爐送風(fēng)機(jī)性能進(jìn)行研究，提過改善送風(fēng)機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)邏輯，減少送風(fēng)量。在此過程中，實(shí)現(xiàn)55%負(fù)荷條件下與40%負(fù)荷負(fù)荷條件下送風(fēng)量的減少，分別降低氧量2.3%與5.5%。與此同時(shí)，通過調(diào)整干排渣系統(tǒng)冷卻風(fēng)門（由40個(gè)全開調(diào)整為20個(gè)）減少送風(fēng)量。在此過程中，冷卻風(fēng)量約減少4000m3/h，雖然氧量降低的不明顯，但也產(chǎn)生了一定作用。

3.4 一、二次風(fēng)配比調(diào)整試驗(yàn)

鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行過程中。一、二次風(fēng)混合特性在一定程度上對(duì)著火和燃燒存在重要影響。通常情況下，過早送入二次風(fēng)，鍋爐著火點(diǎn)將推遲，過晚送入二次風(fēng)，著火需氧量不足。對(duì)此，可通過調(diào)整一、二次風(fēng)配比，進(jìn)行二次風(fēng)送入時(shí)機(jī)的科學(xué)有效把控。

小組工作人員于4月22日對(duì)鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)45%負(fù)荷條件下，當(dāng)送風(fēng)量由490t/h減少至330t/h時(shí)，雖然氧量降到了5%以下，但是鍋爐運(yùn)行過程中出現(xiàn)明顯的燃燒不穩(wěn)定問題。追其原因，在于一、二次風(fēng)配比不合理。對(duì)此，小組成員于4月28日，對(duì)鍋爐一、二次風(fēng)配比進(jìn)行了調(diào)整。即，將小備用燃燒器風(fēng)門關(guān)至2%，將小粉層風(fēng)門關(guān)至25%，在保證冷卻燃燒器噴口作用正常發(fā)揮的基礎(chǔ)傻瓜，提高風(fēng)箱壓差，以“下托上壓”的形式進(jìn)行配風(fēng)。

試驗(yàn)對(duì)比分析表明：燃燒器出口煤粉流運(yùn)行情況得到有效控制，提升鍋爐燃燒的穩(wěn)定性；燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷得到有效降低，避免兩側(cè)煙溫偏差問題的產(chǎn)生，改善鍋爐結(jié)焦問題；風(fēng)機(jī)電耗量降低，實(shí)現(xiàn)鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益的提升。

3.5 降低吸風(fēng)機(jī)耗電率試驗(yàn)

降低吸風(fēng)機(jī)耗電率在一定程度上也可改善鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行性能。即小組工作人員將風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓由原來的-200pa調(diào)整到了-400pa。試驗(yàn)對(duì)比分析表明：風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓的改變雖然使風(fēng)機(jī)電流得到提升（約3A），但鍋爐中吸風(fēng)機(jī)電流有所減少（約7A）。與此同時(shí)，一次風(fēng)機(jī)與送風(fēng)機(jī)風(fēng)量的降低，有效實(shí)現(xiàn)了吸風(fēng)機(jī)電耗問題的改進(jìn)，且主汽流量、吸風(fēng)機(jī)電流以及靜葉開度均滿足350MW鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行需求。

3.6 降低脫硝系統(tǒng)NOx入口含量試驗(yàn)

根據(jù)國家“十二五”減排計(jì)劃，新建機(jī)組必須要控制NOx的排放量。減少NOx的生成主要是控制氧量，再次是優(yōu)化燃燒，實(shí)現(xiàn)送風(fēng)量以及一、二次風(fēng)配比的科學(xué)管控。在此過程中，可采用如下方法進(jìn)行鍋爐調(diào)整：在負(fù)荷一定的條件下，改變磨煤機(jī)數(shù)量，用以減少磨煤機(jī)出口煤粉濃度；在鍋爐配風(fēng)方式一定的條件下，提升一次風(fēng)含粉量，用以控制NOx的生成；通常情況下，降低1%的氧量，可減少60-80mg/Nm3NOx的生成。因此，可通過降低鍋爐機(jī)組脫硝系統(tǒng)NOx入口含量（由750mg/Nm3降至450mg/Nm3）與液氨使用量（由100kg/h降至了60kg/h），保證國家對(duì)NOx排放環(huán)保指標(biāo)要求的滿足，降低了發(fā)電成本。

4 結(jié)語

通過2個(gè)月來對(duì)4號(hào)鍋爐燃燒調(diào)整的優(yōu)化，解決了鍋爐設(shè)備及運(yùn)行方式存在的問題，使鍋爐燃燒維持在最佳工況，使鍋爐主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有了較大提高，使鍋爐機(jī)組調(diào)峰運(yùn)行能力進(jìn)一步增強(qiáng)，使深度調(diào)峰運(yùn)行的可靠性提高，為350MW鍋爐機(jī)組長期安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。