300 MW鍋爐低NOx燃燒器改造后燃燒優化調整試驗研究

宋 揚，趙 陽，關風一

(1.國家電投集團東北電力有限公司撫順熱電分公司，遼寧 撫順 113005；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

某電廠2×300 MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司設計制造的HG-1025/17. 5-HM35型亞臨界參數自然循環鍋爐。為響應國家對火電廠污染物排放的環保要求，對1號鍋爐進行了低NOx燃燒器改造。改造完成后鍋爐運行中出現了一次風管堵塞、兩側汽溫及煙溫偏差較大、低負荷下再熱汽溫偏低、灰渣可燃物含量偏高等問題，同時為了降低運營成本，大比例燃用劣質煙煤，該煤種灰分高、熱值低，導致問題更加突出。

本文采用燃燒調整手段對運行參數進行優化試驗研究，以緩解低NOx燃燒器改造后運行中出現的一系列問題，保證機組穩定經濟運行。

1 實際燃用煤種情況

目前鍋爐主要燃用煤種有內蒙古褐煤、劣質煙煤以及少量當地煙煤。為了降低運行成本，電廠大比例摻燒劣質煙煤，其低位發熱量一般在13～14 MJ/kg，略低于內蒙古褐煤，但原煤水分在13%～15%，遠低于內蒙古褐煤全水分(一般在30%以上)。

鍋爐實際運行中在65%以下額定負荷時，一般維持3臺磨煤機運行，為保證再熱汽溫等參數，一般最上層E磨配內蒙古褐煤，B/C/D磨配劣質煙煤；或者D/E磨配內蒙古褐煤，B/C磨配劣質煙煤。當前實際燃用煤種情況見表1。

表1 當前實際燃用煤種情況

2 鍋爐摸底試驗

為了解低NOx燃燒器改造后鍋爐實際運行情況，首先進行了鍋爐性能摸底試驗。試驗負荷為160 MW，磨煤機投運組合為C/D/E，試驗結果見表2。

表2 鍋爐摸底試驗結果

由表2可知，低NOx改造后鍋爐主要存在以下問題。

a.在試驗負荷下實測鍋爐熱效率為92.50%，爐渣可燃物含量相對偏高，飛灰可燃物含量基本在正常范圍內。

b.過熱蒸汽溫度基本接近設計值，當燃燒器上擺到最大時，再熱汽溫仍低于額定值15～20 ℃。

c.左右兩側煙溫偏差較大，最高達到70 ℃以上；兩側汽溫偏差較大，達到40 ℃以上。

d.低負荷下全燒劣質煙煤的磨煤機一次風量偏低，管道風速有時接近18 m/s，一次風管道經常發生堵管現象，且磨煤機出口溫度偏高(最高在80～85 ℃)且難于控制，影響設備安全穩定運行。

針對當前鍋爐存在的主要問題，一般在60%以下額定負荷時較為常見，因此本文主要在低負荷段下進行了燃燒調整試驗[1-3]。

3 制粉系統優化

3.1 一次風速調平

針對制粉系統，首先對A/B/C/D/E磨煤機逐一進行了一次風速測量及調平，試驗結果見表3。

表3 一次風速調平結果

由表3可知，5臺磨煤機出口一次風速偏差較大，最大達24%，一般均為1、4號角風速偏高，通過反復調節一次風管道上的可調縮孔基本將一次風速調平。經運行觀察后發現，堵管現象有所減少。

調節過程中發現，當一次風速調平后，兩側汽溫及煙溫偏差有增大的趨勢。從理論和實踐經驗上分析，當一次風速調平后，爐內動力場應更趨于穩定均勻，爐內溫度場分布更加合理，兩側煙溫偏差將會縮小，但實際未達到預想效果。

試驗期間發現，前墻一次風噴口風速適度提高后，兩側煙溫及汽溫偏差逐漸縮小。其中3號角燃燒器安裝角度存在一定偏差，通過不對稱調整后，取得較好效果，也說明了燃燒器本身可能存在安裝問題，因此出現了一次風速調平后兩側煙溫偏差反而增大的問題。

3.2 煤粉細度優化調整

在一次風調平完成的基礎上，對5臺磨煤機進行了煤粉細度測定及調整試驗，試驗結果見表4。

表4 煤粉細度優化結果

由表4可知，A/B/C磨常燒劣質煙煤，煤粉細度經過調整后基本控制在24%～29%較為合理，飛灰和爐渣可燃物含量不大。D/E磨經常配內蒙古褐煤，煤粉細度保持在30%左右，調整后飛灰可燃物含量在0.4%左右，爐渣可燃物含量在5.0%左右，均較調整前有所降低。因此維持調整后煤粉細度保持不變。

4 存在問題及解決措施

4.1 再熱汽溫偏低

當前設備條件下，當機組負荷低于180 MW時，再熱汽溫不能夠達到額定設計值，再熱汽溫在500～520 ℃，低于設計值20～30 ℃，且當機組負荷越低時再熱汽溫下降越明顯，影響機組經濟穩定運行。結合現場實際從以下方面進行了燃燒調整試驗。

4.1.1 二次風配比調整

本次試驗在165 MW負荷下進行，運行氧量維持在4.0%～4.2%，B/D/E磨運行，燃燒器擺角開度均為10%，試驗結果見表5。

表5 二次風配風方式調整試驗

由表5可知，試驗期間保持運行氧量不變時，當主燃燒器二次風門開啟同時關小SOFA風門后，再熱汽溫呈現下降的趨勢。若只將最下層AA二次風門由50%關至10%，其他二次風門開度不變，左右汽溫偏差有增大趨勢，再熱汽溫變化不大。

4.1.2 煤粉細度調整

根據電廠要求，5臺磨煤機煤粉細度R90控制在24%～30%。考慮到下層磨煤機配燒劣質煙煤，上層磨煤機配燒內蒙古褐煤，將D/E磨煤粉細度適當增大，使煤粉著火點后移，燃燒段加長，有利于提高再熱汽溫，但同時灰渣可燃物含量將會升高。結合各工況試驗結果，飛灰可燃物含量在0.4%～0.5%，爐渣可燃物含量在5%左右，總體變化幅度不大。

4.1.3 運行氧量控制

運行氧量對再熱汽溫有一定影響，但增大氧量后，過量空氣系數增加，NOx生成量增大，脫硝系統噴氨量增大，環保指標難以保證。在保證環保要求的前提下，通過試驗研究各個負荷下氧量控制值見表6。

表6 不同負荷下運行氧量推薦值

此外，進行了鍋爐在低負荷段不同磨煤機投運組合試驗。結合試驗結果發現，當保持上層磨煤機運行且不斷層連續投入運行時，再熱汽溫最高達525 ℃。

結合本節各項試驗結果，分析造成鍋爐燃燒器改造后再熱汽溫偏低的原因如下。

a.低負荷下爐膛溫度較低，而低NOx燃燒器改造后，爐內采用分級送風方式，為了控制NOx生成量，爐膛溫度下降較大，輻射換熱量下降明顯，導致低負荷下再熱汽溫難以達到設計值。

b.燃用煤種發生重大改變，當前劣質煙煤摻燒比例達到60%以上，其水分在15%左右，遠低于內蒙古褐煤水分(30%以上)，在熱值相差不大情況下，相同燃料量下劣質煙煤燃燒生成的煙氣量較設計煤種下降8%～10%，導致煙氣流速下降，受熱面換熱量不足，因此造成再熱汽溫偏低，特別是低負荷下該問題更加突出。

4.2 兩側汽溫和煙溫偏差較大

4.2.1 一次風速調整

結合一次風速調平試驗結果，將1、4號角一次風速適當提高，2、3號角一次風速降低，兩側偏差有明顯減小的趨勢。但調整后同層一次風速不均，運行中磨煤機出現一次風管堵管問題。通過試驗觀察，一次風速控制在調整后的數值能基本杜絕煙溫偏差和堵管問題的發生。

4.2.2 二次風不對稱配風調整

依據一次風速的調整思路，對各級SOFA風層進行不對稱調整，參數控制見表7。

由表7可知，低負荷下分別改變前后墻和左右墻SOFA風門開度后，兩側煙溫和汽溫偏差有所減小，但并不明顯。

此外，結合磨煤機投運組合試驗結果發現，低負荷下一次風速適度調整且保持磨煤機不斷層運行時，兩側煙溫偏差最大20～30 ℃，汽溫偏差也有所減小，已有明顯好轉。

結合各項試驗結果，分析造成鍋爐燃燒器改造后兩側煙溫和汽溫偏差原因如下。

表7 SOFA風配風調整試驗參數

a.直流燃燒器四角切圓燃燒鍋爐燃燒產生強烈的煙氣殘余旋轉，特別是在低負荷下，兩側燃燒強度不均，爐內溫度場分布及其不均衡導致。

b.3號角燃燒器安裝角度存在偏差，可能造成火焰中心偏斜，導致兩側煙氣溫度分布不均，尤其是當一次風速調平后兩側煙溫偏差反而增大。

c.低NOx燃燒器改造取消了原設計消除兩側煙溫偏差的反切OFA風，實際調節手段缺失，建議條件允許時恢復OFA風噴口。

4.3 一次風管堵管

鍋爐進行低NOx燃燒器改造后運行中出現了一次風管堵塞問題，影響鍋爐正常穩定運行。當前劣質煙煤占比較大，水分在15%左右，遠低于設計煤種(30%以上)，在相同磨煤機出力下造成通風量降低，磨煤機出口溫度難以控制，因此一次風速控制偏低，實測中發現個別一次風管道風速有時達20 m/s，易發生堵管問題。為了避免發生一次風管堵管或減緩堵管發生頻率，采取以下措施。

a.保證同層4根一次風管道風速均勻，避免個別管道風速過低，試驗期間已調整到合適值。

b.200 MW負荷以下，保持3臺磨煤機運行時，配劣質煙煤的磨煤機入口風壓控制在不低于5.5 kPa，磨煤機出口溫度控制在90 ℃以下。

c.結合當前煤質，確定合適的磨煤機風煤比曲線，保證能夠投入自動運行。

d.加強運行監視，發現異常及時切換磨煤機，并對一次風管進行逐一吹掃。

5 結語

針對某電廠300 MW亞臨界參數鍋爐低NOx燃燒器改造后運行中出現的一次風管堵塞、兩側汽溫及煙溫偏差較大、低負荷下再熱汽溫偏低、灰渣可燃物含量偏高等問題，采用燃燒調整手段進行了燃燒優化調整試驗研究。通過一次風速調平、煤粉細度優化、運行氧量優化、二次風配比優化等試驗研究，低NOx燃燒器改造后涉及的問題得到良好改善，同時結合試驗結果，提出了合理化建議，保證機組經濟、穩定運行。