切圓燃燒方式兩側運行氧量偏差的優化調整

華陽電業有限公司后石電廠 李任飛

切圓燃燒方式的大容量電站鍋爐，由于殘余旋轉的存在會造成沿煙道寬度的煙速煙溫偏差，進而引起兩側運行氧量的偏差。目前的研究主要集中在兩側運行氧量無偏差時經濟運行模型和新算法的建立，實際運行過程中則不然，兩側運行氧量的偏差問題已嚴重地影響了機組節能降耗工作的開展，優化調整勢在必行。

1 試驗內容及標準

本次選取了三種典型的切圓燃燒方式機組作為研究對象，包括一臺350MW亞臨界四角切圓燃燒方式低氮改造機組（三菱重工制造的亞臨界參數、一次中間再熱、強制循環鍋爐；四角切圓燃燒方式；五層一次風、六層二次風噴口，四角布置；四層燃盡風，四角布置）、一臺600MW超臨界雙切圓燃燒方式低氮改造機組（三菱重工設計制造的超臨界參數、一次中間再熱、直流鍋爐；雙切圓燃燒方式；五層一次風、兩層油噴口、六層二次風噴口和三層貼壁風噴口，八角布置；三層燃盡風，八角布置）、一臺新建660MW超超臨界墻式切圓燃燒方式機組（哈鍋生產的超超臨界參數、一次中間再熱、直流鍋爐；墻式切圓燃燒方式；六層一次風、三層油噴口、十二層二次風噴口，墻式布置；六層燃盡風，墻式布置），三個機組的參數分別為：一次風率（%）23.0/22.0/25.4、一次風速（m/s）25.0/25.0/27.0、二次風率（%）72.5/73.7/70.6、二次風速（m/s）46.0/45.0/47.0、漏風（%）4.5/4.3/4.0、燃盡風占二次風比例（%）25.0/30.0/40.0，涵蓋了國內主要的切圓燃燒方式類型。

本次試驗內容主要包括：原煤取樣；灰渣取樣；省煤器和空預器出口截面煙氣成分測試；環境參數的記錄。試驗期間原煤取樣從運行的給煤機上進行，每臺給煤機每次取樣2kg，裝入桶內密封好。飛灰取樣采用電除塵器第一電場的取樣點，爐渣的取樣在爐底撈渣機排渣口處接取。取樣結束后，樣品混合均勻。省煤器和空預器出口截面煙氣成分按照標準規定的點數采用等截面網格法進行[1]。煙氣樣品是用經驗證無裂紋的不銹鋼管引出至煙道外后進行煙氣成分分析，分析的主要項目有O2、CO、CO2、NO。為比較優化前后機組的經濟性指標，試驗期間采集了煤灰渣樣，并進行了鍋爐熱效率的計算，鍋爐熱效率的計算及修正按照《電站鍋爐性能試驗規程》進行。

2 試驗結果

2.1 摸底試驗結果

切圓燃燒方式鍋爐運行時，通常采用對制粉系統的標定、調整燃燒器擺角和傾角、調整燃燒器風門擋板開度來對汽溫及氧量等進行控制。在進行常規調整后，額定負荷下350MW亞臨界機組、600MW超臨界機組及660MW超超臨界機組摸底試驗結果分別為：機組負荷（MW）351.1、597.2、660.0；運行氧量實測值（A/B，單位%）4.47/1.68、2.49/3.78、1.70/4.20；飛灰可燃物含量實測值（A/B，單位%）0.88/3.34、1.70/1.08、0.79/0.51；CO排放濃度實測值（A/B，單位μL/L）102/2437、1127/450、804/40；NOx排放濃度實測值（A/B，單位mg/m3）312/233、246/315、185/238；修正后的鍋爐熱效率（%）92.60、93.25、94.22。

摸底試驗數據表明，實際運行過程中，盡管運行氧量按設計值設定，但三臺機組兩側氧量均偏差過大，分別為2.79%、1.29%和2.50%，導致局部嚴重缺氧燃燒，局部氧量過剩，引起爐內兩側燃燒的差異，缺氧側煙氣中CO含量和飛灰可燃物含量偏高，爐內存在高溫腐蝕和結焦的隱患，氧量過剩側NOx生成濃度偏高，與此同時也降低了鍋爐熱效率，不利于機組的安全、經濟、環保運行，不利于機組的節能降耗工作的進一步開展，所以有必要對兩側氧量偏差進行優化調整。

2.2 優化調整手段

切圓燃燒方式鍋爐兩側運行氧量偏差的產生，主要是由于切圓殘余旋轉的存在，造成沿煙道寬度方向的煙速煙溫偏差而引起。切圓燃燒方式鍋爐中二次風的配風調整主要是影響低氮燃燒效果及合理的爐內動力工況，即對鍋爐整體的NOx生成、煤粉燃盡性、合理的氧量值、火焰中心高度等參數有影響，難以平衡兩側殘余旋轉。在常規的配風手段外，本文針對兩側運行氧量偏差問題，根據鍋爐的實際情況嘗試了非常規的調整手段：350MW機組SOFA風水平擺角，600MW機組主燃燒器區域兩側大風箱擋板，660MW機組SOFA風垂直擺角。

其中350MW機組SOFA風水平擺角的執行機構如圖1，調整前后水平擺角位置如表1。一般SOFA風水平擺角主要作為調整兩側汽溫偏差的手段[2]，本次通過燃盡風水平擺角調整減小殘余旋轉，以調整兩側氧量偏差，得到了顯著效果。

圖1 SOFA水平擺角調節機構

表1 調整前后的SOFA風門水平擺角位置匯總

為減小節流損失，正常情況下鍋爐兩側風箱擋板為全開，通過燃燒器小風門擋板開度調節風量分配。本文中600MW超臨界雙切圓燃燒機組兩側風箱前后左右四角擋板均可單獨控制，通過兩側風箱開度差異化調整可調節單個切圓進風量，進而平衡爐內兩個切圓間燃燒偏差，試驗中通過兩側風箱擋板區別化調整，在解決兩側氧量偏差的同時，低負荷兩側汽溫偏差的問題也得到妥善解決，一舉兩得。1～4#風箱擋板開度調整前設定值均為80%，調整后對應鍋爐A側的#1、#2角為100%，對應鍋爐B側的#3、#4角為80%。

660MW超超臨界墻式切圓燃燒機組缺乏燃盡風水平擺角和兩側風箱開度調節手段，為減小氧量偏差，嘗試了燃盡風垂直擺角調整方法；四角燃盡風垂直擺角差異化控制會影響爐內煙氣流場分布，進而影響燃燒和氧量以達到消除兩側偏差的目的。燃盡風擺角調整原則為：#4角LL燃盡風擺角開大（下擺）、#1角LL燃盡風擺角關小（下擺）、#2角LL燃盡風擺角關小（下擺），其氧量偏差變化方向都是減小。

2.3 優化后的試驗結果

根據上述優化原則，對相關設備及參數優化設置后，350MW機組、600MW機組、660MW機組實驗結果分別為：機組負荷（MW）350.0、600.5、660.0；運行氧量實測值（A/B，單位%）3.08/3.08、3.26/3.46、2.67/2.93；飛灰可燃物含量實測值（A/B，單位%）0.94/0.73、0.57/0.59、0.58/0.34；CO排放濃度實測值（A/B，單位μL/L）4/0、345/109、98/0；NOx排放濃度實測值（A/B，單位mg/m3）257/265、262/277、192/204；修正后的鍋爐熱效率（%）93.32、93.52、94.44。

三臺機組優化后，兩側的氧量偏差從2.79%、1.29%和2.50%降低至0.00%、0.20%和0.26%，兩側飛灰可燃物含量、CO排放濃度和NOx排放濃度偏差明顯下降。CO排放濃度和飛灰可燃物含量大幅降低，鍋爐熱效率與優化前相比均有一定程度地提升，通過兩側氧量偏差的優化調整平衡了爐內燃燒狀況，對機組運行經濟性有明顯改善，可為同類型機組優化調整時提供特別參考。