300MW電廠燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整淺析

羅家寶

（國(guó)家能源集團(tuán)陽(yáng)宗海發(fā)電有限公司，昆明 652103）

目前國(guó)內(nèi)燃煤電廠仍在繼續(xù)運(yùn)行，而且對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定、調(diào)峰等必不可少，其中燃煤電廠鍋爐的重要性尤為突出。燃煤鍋爐在運(yùn)行中存在著不同程度的問(wèn)題，其中鍋爐燃燒問(wèn)題是重中之重，弄清燃燒調(diào)整存在的問(wèn)題，對(duì)癥下藥，不斷探究?jī)?yōu)化鍋爐的燃燒調(diào)整措施，有效提升鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益及安全穩(wěn)定性是燃煤鍋爐運(yùn)行的一項(xiàng)重要任務(wù)。

1 燃燒優(yōu)化調(diào)整的目的及意義

300MW電廠燃煤鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整是在機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行及滿足外界負(fù)荷要求的前提下進(jìn)行的，目的是穩(wěn)定鍋爐燃燒，減少鍋爐熱損失，降低鍋爐系統(tǒng)輔機(jī)與風(fēng)煙系統(tǒng)電耗，探究最佳燃燒調(diào)整方式，改善爐內(nèi)燃燒工況，提高爐內(nèi)燃燒效率，以提升鍋爐整體效率。鍋爐燃燒的調(diào)整和優(yōu)化是鍋爐運(yùn)行過(guò)程中的主要內(nèi)容之一，對(duì)鍋爐的燃燒效率十分關(guān)鍵[1]，對(duì)減少鍋爐設(shè)備損害，減少污染物排放，提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能尤為重要。

2 燃燒調(diào)整中存在的問(wèn)題

300MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整中經(jīng)常出現(xiàn)以下問(wèn)題：

1）煤質(zhì)變化較大，煤質(zhì)較差，運(yùn)行參數(shù)控制不合理。

2）各種煤質(zhì)情況下煤粉細(xì)度調(diào)整不合理。

3）一次、二次風(fēng)調(diào)整不當(dāng)，配風(fēng)不合理。

4）制粉系統(tǒng)負(fù)荷分配不合理，燃燒器擺角調(diào)整不當(dāng)。

5）對(duì)爐膛壓力的控制和關(guān)注不夠密切。

6）存在其他調(diào)整不合理的情況。

以上問(wèn)題容易導(dǎo)致燃燒狀況差，主再熱蒸汽溫度降低，減溫水量大幅度變化，各受熱面金屬壁溫超溫，泄漏爆管，結(jié)焦[2]，煙溫偏差大，排煙溫度高，飛灰爐渣含碳量高，風(fēng)煙系統(tǒng)電耗高等各種問(wèn)題。

3 燃燒優(yōu)化調(diào)整措施

3.1 對(duì)煤質(zhì)變化的應(yīng)對(duì)措施

為適應(yīng)煤炭市場(chǎng)緊張情況，降低燃料成本，本廠300MW煙煤鍋爐大量摻燒或全燒褐煤。褐煤揮發(fā)分在40%～50%左右，容易著火燃盡，但是水分大，發(fā)熱量低，一般在3000kcal/kg～4000kcal/kg之間，摻雜泥土等異物較多，可磨性指數(shù)低，且飛灰熔點(diǎn)較低，易結(jié)渣。因?yàn)楹置簱]發(fā)分較高，煤粉比較容易自燃和爆炸，所以給燃燒優(yōu)化調(diào)整帶來(lái)較大困難。

以下是本廠幾種褐煤煤質(zhì)情況，見(jiàn)表1。

表1 本廠幾種褐煤煤質(zhì)情況Table 1 The coal quality of several lignites in our factory

1）大量摻燒褐煤期間，需做好爐膛火焰火檢監(jiān)視，密切關(guān)注制粉系統(tǒng)各參數(shù)，經(jīng)常檢查燃油系統(tǒng)是否正常，油槍備用是否良好。若有斷煤堵煤情況，及時(shí)投油穩(wěn)燃，防止燃燒不穩(wěn)造成熄火。

2）加強(qiáng)爐膛熱負(fù)荷、火檢強(qiáng)度、爐膛負(fù)壓、汽包水位、爐膛出口氧量，高、低溫過(guò)熱器后煙溫、排煙溫度等參數(shù)的監(jiān)視，參數(shù)異常波動(dòng)時(shí)，及時(shí)調(diào)整，采取穩(wěn)燃措施。

3）在處理制粉系統(tǒng)缺陷或故障時(shí)，可投入等離子點(diǎn)火器運(yùn)行，減少燃油消耗。

4）本廠使用的中速碗式磨煤機(jī)，正壓、一次風(fēng)直吹式制粉系統(tǒng)，底部設(shè)石子煤排除系統(tǒng)，經(jīng)常出現(xiàn)石子煤排除系統(tǒng)結(jié)焦堵塞情況。因此，必須經(jīng)常檢查每臺(tái)磨煤機(jī)石子煤排除情況、石子煤量、石子煤程序控制系統(tǒng)等，防止石子煤系統(tǒng)故障引起被迫停運(yùn)制粉系統(tǒng)而導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定等問(wèn)題。

5）另一個(gè)重要方面是由于褐煤煤粉揮發(fā)分高，容易自燃爆炸，控制好磨煤機(jī)出口溫度尤為重要。全燒褐煤時(shí)，磨煤機(jī)出口溫度控制在45℃～55℃范圍；煙煤摻燒量≥60%，磨煤機(jī)出口溫度不超60℃控制；煙煤摻燒量≤40%，按全燒褐煤控制磨煤機(jī)出口溫度；煙煤摻燒40%～60%，磨煤機(jī)出口溫度不超57℃控制，磨煤機(jī)通風(fēng)量均不低于100km3/h，同時(shí)加強(qiáng)磨煤機(jī)電流、磨碗差壓、風(fēng)壓等參數(shù)監(jiān)視。磨煤機(jī)停運(yùn)過(guò)程中，控制磨煤機(jī)出口溫度不超70℃，風(fēng)量不低于90km3/h，吹掃不少于10min，充分抽盡磨煤機(jī)內(nèi)余粉，防止磨煤機(jī)著火爆炸。

3.2 適當(dāng)?shù)拿悍奂?xì)度

煤粉細(xì)度存在一個(gè)最佳經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度，可通過(guò)制粉系統(tǒng)電耗、可磨性指數(shù)和鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)確定。

由圖1可知，煤粉最佳經(jīng)濟(jì)細(xì)度與排煙熱損失、機(jī)械未完全燃燒熱損失，制粉系統(tǒng)金屬消耗量、磨煤機(jī)電耗有關(guān)，需要通過(guò)制粉系統(tǒng)性能、燃料性質(zhì)和鍋爐燃燒調(diào)整確定，所以，煤質(zhì)變化時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整磨煤機(jī)粗細(xì)粉分離器擋板，使煤粉細(xì)度盡量接近最佳經(jīng)濟(jì)細(xì)度，保證爐膛著火情況最佳。

圖1 煤粉經(jīng)濟(jì)細(xì)度的曲線圖Fig.1 Curve of economic fineness of pulverized coal

3.3 合理調(diào)整一次風(fēng)

一次風(fēng)用來(lái)輸送和干燥煤粉，并提供煤粉中揮發(fā)分燃燒的氧量，對(duì)一次風(fēng)的調(diào)節(jié)主要是一次風(fēng)量、溫度、風(fēng)速和一次風(fēng)率4個(gè)方面的控制與優(yōu)化。

1）一次風(fēng)量主要取決于煤質(zhì)條件。當(dāng)煤質(zhì)確定，一次風(fēng)量影響煤粉氣流著火速度和著火穩(wěn)定性[3]。一次風(fēng)量大，煤粉氣流加熱至著火所需的熱量就越多，著火速度就越慢，火焰中高，容易引起過(guò)再熱器管壁超溫；燃燒不完全，飛灰含碳量升高，爐膛出口煙溫升高，爐膛出口受熱面結(jié)焦，影響鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

一般情況下，在不影響磨煤機(jī)干燥出力的情況下，適當(dāng)減小一次風(fēng)量。調(diào)整一次風(fēng)量，應(yīng)根據(jù)煤粉著火特性和干燥出力來(lái)調(diào)整。

表2 四角布置燃燒器一次風(fēng)速推薦值Table 2 Recommended values of primary air velocity for four-corner-arranged burners

2）一次風(fēng)溫度影響煤粉著火和燃燒速度。一次風(fēng)溫低煤粉著火推遲，燃燒不穩(wěn)定，燃燒效率降低，導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫升高，引起過(guò)熱器超溫或汽溫升高，提高一次風(fēng)溫度著火較好，有利于爐內(nèi)燃燒工況，是低負(fù)荷穩(wěn)燃的一個(gè)重要措施。

但是，一次風(fēng)溫不可不顧及其它參數(shù)而提高。根據(jù)煤種不同，揮發(fā)分也不同，此時(shí)要考慮制粉系統(tǒng)的安全性問(wèn)題，應(yīng)嚴(yán)格控制好磨煤機(jī)出口溫度不超限。

3）一次風(fēng)速也是建立爐內(nèi)良好燃燒工況的必要條件。一次風(fēng)速過(guò)高，著火推遲，火焰中心升高，而且當(dāng)風(fēng)速大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧r(shí)容易造成“脫火”現(xiàn)象，導(dǎo)致燃燒不穩(wěn)定甚至?xí)禍缁鹧妫瑢?dǎo)致鍋爐熄火。

一次風(fēng)速過(guò)低，煤粉氣流剛性減弱，旋轉(zhuǎn)切圓不理想，火焰容易偏斜，容易發(fā)生“回火”現(xiàn)象，導(dǎo)致燃燒器噴口燒壞，同時(shí)還會(huì)造成送粉管堵塞，燃燒器噴口結(jié)焦情況。

所以，需要根據(jù)不同煤種、不同摻燒比例和燃燒器型式來(lái)調(diào)整一次風(fēng)速，主要保證煤粉氣流有一定剛度，加熱良好，爐內(nèi)擾動(dòng)強(qiáng)烈，不“回火”，不“脫火”，不堵磨，送粉通暢，與一次風(fēng)溫度共同控制調(diào)整燃燒。

4）一次風(fēng)率主要是相對(duì)于進(jìn)入爐膛總風(fēng)量的多少而言，主要體現(xiàn)在一次風(fēng)量的調(diào)整控制，原則上只要能滿足揮發(fā)分的燃盡即可。一次風(fēng)率過(guò)小，煤粉燃燒初期氧量不足，揮發(fā)分析出時(shí)不能完全燃燒，因此會(huì)影響著火速度。

3.4 二次風(fēng)的控制是關(guān)鍵

本廠300MW燃煤鍋爐二次風(fēng)即為送風(fēng)機(jī)送進(jìn)爐膛內(nèi)的風(fēng)量。適量的二次風(fēng)供應(yīng)，為燃料充分燃燒提供足夠的氧氣。

1）二次風(fēng)量（氧量）的控制

二次風(fēng)量供應(yīng)不足，煤粉得不到足夠的氧氣，爐膛火焰一般呈暗紅色，火焰閃爍，容易造成滅火事故[4]。煤粉燃燒不完全，導(dǎo)致缺氧燃燒所產(chǎn)生的CO含量、化學(xué)和機(jī)械未完全燃燒，熱損失增加。

二次風(fēng)量過(guò)大，容易導(dǎo)致?tīng)t膛內(nèi)整體溫度水平下降，火焰中心上移，主再熱器管壁容易超溫，爐膛出口煙溫升高，排煙熱損失增大，風(fēng)煙系統(tǒng)電耗增加；另一方面，熱力型NOx急劇增加，導(dǎo)致脫硝系統(tǒng)噴氨量增加，出現(xiàn)不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。

因此，合適的爐膛總風(fēng)量使?fàn)t膛內(nèi)火焰穩(wěn)定且盡量接近金黃色，合理控制煙氣含氧量可使鍋爐總的熱損失最小，熱效率達(dá)到最高。

2）二次風(fēng)與爐膛煙氣壓差的控制

在鍋爐不同負(fù)荷階段，二次風(fēng)與爐膛煙氣壓差控制范圍也應(yīng)該相應(yīng)改變。負(fù)荷較低時(shí)，二次風(fēng)與爐膛煙氣壓差較高，容易引起燃燒波動(dòng)較大，出現(xiàn)吹滅等情況。因此，調(diào)節(jié)好二次風(fēng)與爐膛煙氣壓差對(duì)煤粉燃燒的穩(wěn)定性、燃盡性及NOx的排放量至關(guān)重要。

低負(fù)荷時(shí)，應(yīng)適當(dāng)開大輔助風(fēng)門，既保證足夠的燃燒所需氧量，又能減小二次風(fēng)與爐膛煙氣壓差，使?fàn)t膛著火良好，提高鍋爐燃燒的安全性與經(jīng)濟(jì)性。

3）輔助風(fēng)與燃盡風(fēng)量控制[5]

鍋爐燃燒器輔助風(fēng)主要有純二次風(fēng)口、油槍周界風(fēng)、煤粉周界風(fēng)、燃盡風(fēng)和高位燃盡風(fēng)。

底層輔助風(fēng)具有托粉助燃的作用，正常運(yùn)行時(shí)純二次風(fēng)和油槍周界風(fēng)主要提供燃燒所需的氧量，調(diào)節(jié)煤粉剛度、充分混合煤粉；燃盡風(fēng)主要是提供煤粉最后燃燒所需空氣量，使煤粉完全燃盡；高位燃盡風(fēng)主要是補(bǔ)充燃燒后期所需氧，減少煙溫偏差，通過(guò)改變整體輔助風(fēng)配風(fēng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒，有效減少熱力型NOx生成。

正常運(yùn)行時(shí)底層輔助風(fēng)一般開度大，有利于托粉和混合助燃，低負(fù)荷時(shí)可適當(dāng)減小周界風(fēng)開度，減小煤粉氣流剛度，防止火焰中心上移燃燒不穩(wěn)；負(fù)荷較高時(shí)，適當(dāng)增大燃燒器周界風(fēng)門開度，防止燃燒器結(jié)焦或發(fā)生煤粉貼壁情況。

輔助風(fēng)、燃盡風(fēng)的大小應(yīng)根據(jù)實(shí)際燃燒的煤質(zhì)情況、燃燒火焰情況、爐膛出口煙氣氧量、飛灰爐渣含碳量、爐膛結(jié)焦情況、NOx濃度、主再熱汽溫、爐膛出口煙溫偏差、排煙溫度等實(shí)際情況調(diào)節(jié)。

4）二次風(fēng)配風(fēng)總體方式

一般情況下，鍋爐二次風(fēng)配風(fēng)有以下幾種基本方式：

① 均等配風(fēng)：輔助風(fēng)門開度一致，爐內(nèi)的熱負(fù)荷分布均勻，適用于燃燒穩(wěn)定的大負(fù)荷配風(fēng)，但在低負(fù)荷、低揮發(fā)分煤種時(shí)，易造成燃燒不穩(wěn)定。

② 束腰配風(fēng)：將中部二次風(fēng)適當(dāng)關(guān)小，提高局部斷面熱負(fù)荷，有利于燃燒穩(wěn)定，適用于低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)定情況，但束腰部分二次風(fēng)量小，容易燒壞燃燒器和引起局部結(jié)焦。

③ 鼓腰配風(fēng)：將中部的二次風(fēng)適當(dāng)開大，切割分離燃燒中心，降低爐內(nèi)溫度，適用于爐膛溫度過(guò)高或易結(jié)焦情況，但是易造成燃燒不穩(wěn)定，鍋爐經(jīng)濟(jì)性下降。

④ 倒寶塔型配風(fēng)：適當(dāng)收小下部二次風(fēng)，開大上部二次風(fēng)，火焰中心上移，有利于再熱氣溫升高，但過(guò)再熱器管壁容易超溫。

⑤ 正寶塔型配風(fēng)：適當(dāng)開大下部二次風(fēng)，關(guān)小上部二次風(fēng)，煤粉與空氣混合充分，易燃盡，燃燒效率高，但是燃料型NOx濃度排放量會(huì)增加。

應(yīng)根據(jù)實(shí)際燃燒的煤質(zhì)情況、負(fù)荷高低等情況，選擇合適的配風(fēng)方式并進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化。

3.5 爐膛負(fù)壓的調(diào)節(jié)

爐膛負(fù)壓是反映鍋爐燃燒工況變化和燃燒系統(tǒng)故障最直接的一個(gè)重要參數(shù)。爐膛負(fù)壓增大，火焰中心上移，同時(shí)會(huì)增加鍋爐本體和煙道的漏風(fēng)，導(dǎo)致燃燒情況惡化，極易發(fā)生滅火事故[6]，同時(shí)使引風(fēng)機(jī)電耗增加。爐膛負(fù)壓偏低或產(chǎn)正時(shí)，火焰及高溫飛灰將可能從爐膛不嚴(yán)密處噴出，使燃燒工況惡化且危及人身及設(shè)備安全。正常運(yùn)行時(shí)，爐膛負(fù)壓應(yīng)該維持在一定范圍，波動(dòng)較為平緩且不超限。

在調(diào)整爐膛負(fù)壓時(shí)，根據(jù)煙氣氧量變化來(lái)增減引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)出力，配合增減燃料量；控制兩臺(tái)送風(fēng)機(jī)、兩臺(tái)引風(fēng)機(jī)出力基本一致，防止單側(cè)引風(fēng)機(jī)出現(xiàn)“搶風(fēng)”現(xiàn)象或風(fēng)機(jī)運(yùn)行掉入喘振區(qū)，影響鍋爐安全運(yùn)行。

3.6 制粉系統(tǒng)負(fù)荷分配與燃燒器擺角控制

1）制粉系統(tǒng)負(fù)荷分配

各制粉系統(tǒng)煤量的分布情況也會(huì)影響鍋爐燃燒調(diào)整，與上部燃燒器對(duì)應(yīng)的制粉系統(tǒng)煤量較多時(shí)，上部燃燒器熱負(fù)荷高，火焰中心升高，同樣給鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性帶來(lái)很大影響。

在配煤摻燒中，易于燃燒的煤種應(yīng)放在對(duì)應(yīng)于上層燃燒器的制粉系統(tǒng)中。難燃煤種應(yīng)置于下層燃燒器對(duì)應(yīng)的制粉系統(tǒng)中，使煤粉在爐膛中能充分地混合加熱，延長(zhǎng)燃燒時(shí)間，確保充分燃盡。

2）燃燒器擺角調(diào)節(jié)

燃燒器噴嘴設(shè)計(jì)為上下可擺動(dòng)，主要是根據(jù)過(guò)熱汽溫、再熱汽溫和減溫水實(shí)際情況來(lái)調(diào)節(jié)爐膛火焰中心高度。燃燒器擺角一般不可以大幅度調(diào)整，機(jī)組啟、停過(guò)程中擺角一般調(diào)整在水平位置；正常運(yùn)行中，視火焰中心、主、再熱溫度，壁溫控制情況，小范圍間斷調(diào)整燃燒器擺角。

3.7 其他方面調(diào)整與優(yōu)化

1）減少鍋爐本體漏風(fēng)

鍋爐漏風(fēng)是鍋爐運(yùn)行中的常見(jiàn)問(wèn)題。爐底水封破裂、爐墻人孔、觀察孔漏風(fēng)容易使火焰中心上移，主再熱汽溫超限、金屬壁溫超限，減溫水量增加，引風(fēng)機(jī)出力增大等，影響鍋爐安全性和經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)經(jīng)常檢查爐底水封情況和鍋爐本體各孔門情況，及時(shí)處理，減少漏風(fēng)問(wèn)題。

2）四角切圓直徑調(diào)整

四角切圓燃燒的爐膛內(nèi)四股氣流以一定角度相互作用，形成一個(gè)有一定直徑的假想切圓。氣流偏斜程度影響假想切圓直徑，從而影響煤粉氣流貼墻、結(jié)焦情況、汽溫調(diào)節(jié)、爐膛火焰的充滿程度和燃燒穩(wěn)定性[7]。

當(dāng)切圓直徑較大時(shí)，上游鄰角火焰向下游煤粉氣流的根部靠近，煤粉的著火條件較好，有利于燃盡。但容易燒壞燃燒器噴口，火焰貼墻，水冷壁容易結(jié)焦等問(wèn)題。

當(dāng)切圓直徑過(guò)小時(shí)，容易出現(xiàn)對(duì)角煤粉氣流對(duì)撞，火焰推遲，燃燒不穩(wěn)定等情況，影響鍋爐安全運(yùn)行。

所以，當(dāng)鍋爐燃燒煤質(zhì)變化較大時(shí)，有必要對(duì)切圓直徑進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。但是，一般情況下，四角切圓燃燒切圓直徑根據(jù)鍋爐設(shè)計(jì)煤種及爐膛容積等參數(shù)在鍋爐設(shè)計(jì)安裝時(shí)已經(jīng)確定，實(shí)際運(yùn)行中切圓直徑可調(diào)節(jié)性并不高。

4 結(jié)束語(yǔ)

燃煤電廠鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整措施能夠有效提高鍋爐整體效率，為鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性及安全穩(wěn)定運(yùn)行提供有效保障，在實(shí)際運(yùn)行中要隨時(shí)關(guān)注各種優(yōu)化調(diào)整手段，各種方式結(jié)合為一個(gè)整體，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題，并進(jìn)行有效可行的優(yōu)化調(diào)整，同時(shí)應(yīng)不斷摸索新的調(diào)整手段并綜合應(yīng)用，最大限度實(shí)現(xiàn)高效率高水平運(yùn)行，降耗節(jié)能，減少污染物排放的目標(biāo)。