提高燃煤鍋爐低負荷下熱效率技術探討

張強

摘 要：目前我國電力的供求關系和可再生能源的快速發展，以及各地電力輔助調峰市場的逐步完善，為提高機組經濟性和網上競爭力，越來越多的火電機組參與深度調峰，火電機組長時間低負荷運行將成為一種常態。因此，如果能通過運行優化的手段提高現役機組低負荷下鍋爐熱效率，無疑將有效降低燃煤機組低負荷運行對機組煤耗的影響。本文對提高燃煤鍋爐低負荷下熱效率的主要運行技術進行分析。

關鍵詞：燃煤鍋爐；低負荷；熱效率；運行技術

隨著我國經濟結構的轉型以及可再生能源的大力發展，燃煤火電機組長時間低負荷運行已成為一種常態。鍋爐是供熱系統的主要組成部分之一，也可以將其成為供熱系統的核心層，而鍋爐的熱效率不僅對供熱系統的運行效率有著直接的影響，同時也關系到能源的節約。鍋爐供熱系統在實際運營過程中，會消耗大量的燃料，而燃料燃燒的好壞將會對鍋爐的熱效率帶來直接的影響。因此，如果能通過運行優化的手段提高現役機組低負荷下鍋爐熱效率，無疑將有效降低燃煤機組低負荷運行對機組煤耗的影響。

一、鍋爐低負荷運行經濟性分析

與高、中負荷相比，低負荷下鍋爐運行具有以下特點：爐膛熱負荷減小，導致爐膛溫度降低，排煙溫度降低；為保證低負荷下的汽溫和煤粉的燃盡程度，低負荷下鍋爐運行氧量通常較大；CO 濃度降低，化學不完全燃燒熱損失減??；輻射對流熱損失增加。影響鍋爐熱效率的兩大主要熱損失為干煙氣熱損失和未燃碳熱損失。一般來講，干煙氣損失占到鍋爐熱損失的4.0%-8.0%，未燃碳熱損失則占到鍋爐熱損失的0.5%-3.0%。在入爐煤質一定的情況下，干煙氣熱損失主要受排煙溫度和運行氧量影響，而未燃碳熱損失則主要由飛灰含碳量和爐渣含碳量決定。要提高低負荷下鍋爐熱效率，就必須在保持合適運行氧量的基礎上，降低排煙溫度、飛灰含碳量和爐渣含碳量。

二、鍋爐設備熱效率的影響因素

1、排煙過程中的能量損失。鍋爐設備在燃煤期間會排放出大量氣體，在這些煙氣被排出的過程中，會從鍋爐設備中帶走很多的熱量，造成很大的能量損失。此外，鍋爐設備本身在燃煤過程中出現漏風的異常情況，導致燃煤期間大量空氣進入鍋爐內部，極大的提高了煙氣的排量，而且在長期的使用過程中，鍋爐內部會積累下很多的煤渣和爐灰，如果不能夠及時清理掉，那么在燃煤時就會加大煤炭的消耗，熱能量轉化的效率就會下降，并且煙氣的排量會顯著上升，不利于合理利用煤炭資源，會造成很大的資源浪費。

2、燃煤的不充分燃燒。鍋爐設備所需要的能量源是依靠燃煤產生的熱能轉化而來的，但是因為煤粉本身的細度較高，并且在燃煤期間所配給的風速較低的情況下，煤粉在燃燒時就不能達到充分的標準，燃燒不充分所產生的飛灰之中就會含有很多可燃物質，機械式的不完全燃燒就是這種情況下造成的，而且會造成熱量的大量損耗和浪費，但是如果所選用的煤炭煤粉的細度太小的話，盡管能夠達到充分的目標，可是會造成燃燒面積也就是受熱面之上出現結焦的問題，很快會形成一層飛灰，如果不能及時的清理排除，那么就會加大熱量傳遞和轉換的阻礙，使得熱轉化的效率迅速降低，同時這些細度很小的煤粉也會對鍋爐內部的制粉裝置造成很大的電能損耗，而且會加劇鍋爐內關鍵裝置的老化速度。

三、提高燃煤鍋爐低負荷下熱效率技術措施

1、適當降低運行氧量。運行氧量是鍋爐運行最重要的參考指標之一。運行氧量過低，會導致爐內嚴重缺氧，造成未燃碳損失和化學不完全燃燒損失增加，在運行安全性方面，還會導致爐內結焦、高溫腐蝕等發生。運行氧量過高，會導致排煙熱損失增加，送、引風機電耗增加，NOx 排放增加。特定煤質在不同負荷下均存在一個最佳運行氧量，使得干煙氣熱損失與未燃碳損失之和最小。一般來說，揮發分越高、煤粉細度越細，最佳運行氧量越低。根據經驗，50%-60% 額定負荷下，燃用無煙煤鍋爐推薦運行氧量控制在5.5%-6.0%；燃用貧煤鍋爐，推薦運行氧量控制在5.0%-5.5%；燃用煙煤鍋爐，推薦運行氧量控制在4.5%-5.0%；燃用褐煤鍋爐，推薦運行氧量控制在4.0%-4.5%。

2、適當降低煤粉細度。煤粉細度是煤粉的重要特征參數之一，直接影響著煤粉在爐內的著火、燃燒和燃盡。煤粉顆粒過粗會導致煤粉著火困難，影響燃燒的穩定性，同時也會導致飛灰、爐渣含碳量增加，影響鍋爐熱效率，還會帶來鍋爐結焦、受熱面磨損等一系列問題。機組低負荷運行時，適當降低煤粉細度，可以使煤粉著火提前，起到穩定爐內燃燒的作用，同時也會降低飛灰和爐渣含碳量，減少未燃碳熱損失，提高鍋爐熱效率。

3、適當降低一次風速。機組在低負荷下運行時，一次風速控制在較低水平對爐內燃燒尤為關鍵。一次風速過高，將導致風粉氣流著火所需熱量增加，煤粉著火推遲，火焰中心升高，排煙溫度增加，煤粉在爐內燃燒時間縮短，未燃碳損失增加。當燃用揮發分較低的煤種時，一次風速過高還可能導致脫火，影響爐內燃燒的穩定性，甚至導致滅火事件發生。因此，在保證不堵塞磨煤機和粉管的前提下，適當降低一次風速，有利于提高低負荷下鍋爐運行的安全性和經濟性。

4、適當提高磨煤機出口風粉溫度。磨煤機出口風粉溫度的控制，對鍋爐運行的安全性和經濟性有重要影響。對于直吹式制粉系統，磨煤機出口風粉溫度的控制直接影響煤粉的著火，在一次風速一定的前提下，磨煤機出口風粉溫度越高，煤粉著火越容易，對低負荷穩燃越有利。此外，在不改變一次風速的前提下，提高磨煤機出口風粉溫度，磨煤機進口冷風量會減少，如運行氧量維持不變，通過空氣預熱器的風量會增加，空氣預熱器換熱量增加，排煙溫度將有所降低。

低負荷下采取適當降低運行氧量、適當降低煤粉細度、適當降低一次風速、適當提高直吹式磨煤機出口風粉溫度、采取合適的配風方式、投運下層燃料、下擺燃燒器噴嘴等運行技術，可有效提高鍋爐熱效率，減少機組低負荷運行對煤耗的影響。

參考文獻

[1]鐘禮今，孫偉杰.低負荷下燃燒器投運方式對鍋爐性能的影響[J].科學技術創新，2018（02）81.

[2]趙俊杰，羅立權.影響燃煤鍋爐熱效率的原因分析[J].山東工業技術，2017（19）：22.

[3]張勁銳，王云峰.如何提高燃煤鍋爐熱效率的途徑探析[J].科技創新導報，2015，12（05）：85.

[4]王曉旭，柳宏剛，陳永祥，曾蘭珍.燃煤鍋爐節能減排技術研究[J].化工管理，2017（20）：24.