660 MW四角切圓燃燒鍋爐燃燒調整策略優化

姚永良，黎乃斌

(廣東粵電大埔發電有限公司，廣東 梅州 514000)

1 燃燒調整策略優化的背景

某電廠鍋爐為660 MW超超臨界參數變壓直流爐，單爐膛Π型，設計煤種為淮南煙煤，以神華混煤和晉北煙煤作為校核煤種；燃燒方式采用擺動式四角切圓燃燒技術，煤粉燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式燃燒器，共設置六層煤粉噴嘴，自上而下分別為 A，B，C，D，E，F層煤粉噴嘴。

由于煤種供應的不穩定，致使實際入爐煤的各項指標長期偏離設計值，加上機組長時間參與電網調峰調頻，爐內工況變化頻繁以及部分爐膛吹灰器長時間處于故障狀態等因素，導致鍋爐在變負荷過程中(尤其當負荷在400 MW及以下時)，后墻水冷壁垂簾管/懸吊管段極易超溫，同時A，B兩側分離器出口溫度及A，B兩側過熱蒸汽溫度偏差增大，最大甚至超過30 ℃，大大降低了鍋爐運行的可靠性。

2 燃燒調整策略優化的必要性

2.1 火焰偏斜導致鍋爐水冷壁的溫度難以控制

優化前，后墻水冷壁垂簾管、懸吊管靠3號角區域的部分管壁溫度經常異常升高直至接近限制值，負荷穩定時如此，負荷變動時(尤其是減負荷)更是難以控制；經過長時間的觀察與分析，判斷為爐內火焰發生了偏斜、間斷性或連續性貼近3號角靠后墻垂直管段所致，如果不找出解決問題的方法，長期以往將可能造成設備損壞。

2.2 熱偏差導致兩側主蒸汽的溫度難以平衡

由于火焰偏斜，使得爐膛上部以及水平煙道A，B側的煙氣量分配不均勻，屏式過熱器A側進出口蒸汽溫度遠遠低于B側。由于屏式過熱器兩側出口管道通過左右交叉之后進入高溫過熱器，因此最終導致A側主汽溫度遠遠高于B側。雖然鍋爐至汽輪機的主蒸汽管道采用的是2-1-2布置方式，基本消除了汽輪機兩側進汽的熱偏差，然而對于屏式過熱器進出口集箱以及高溫過熱器進出口集箱而言，熱偏差的長期存在會降低其使用壽命，甚至在運行中出現拉裂泄漏的事故，危及工作人員人身及設備安全。

2.3 熱偏差對機組的性能產生不良影響

即便機組的協調控制系統(基于爐跟機)經過多次優化，其對于入爐煤的適應范圍已經較為寬廣，然而火焰偏斜的存在會導致協調控制的紊亂，比如：中間點溫度控制頻繁跳為手動(A/B側分離器出口溫度偏差大于30 ℃時)，A/B側氧量偏差大導致總風量自動控制精度下降，主汽壓力控制精度下降等。如果問題得不到解決，機組的可靠性將大打折扣，在電力現貨市場的大環境下，機組的競爭力將下降。

3 燃燒調整策略優化

3.1 燃燒調整策略優化的內容

3．1．1 鍋爐燃燒系統簡單介紹

鍋爐燃燒器及其配風采用的是分級分段、強化燃燒、可有效降低氮氧化物生成的技術，同時具備防止爐內結渣、高溫腐蝕和降低爐膛出口煙溫偏差的作用；主風箱設有六層強化著火煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(周界風)。在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有一層輔助風噴嘴，其中包括上下兩只偏置的DAP噴嘴，一只直吹風噴嘴。在主風箱上部設有兩層端部風(UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ)噴嘴，在主風箱下部設有一層端部風FF層風噴嘴(當F層停運后則由EF層風噴嘴來充當最下層端部風)，下層端部風噴嘴可以提高火焰底端的含氧量，防止螺旋水冷壁結焦，同時托住火焰，降低鍋爐的底渣含碳量。在主風箱上部布置六層分離燃盡風(三層低位燃盡風BAGP、三層高位燃盡風UAGP)燃燒器，其切園方向與火焰相反，可以消除火焰上部的殘余旋轉、降低A，B兩側水平煙道內的熱偏差，同時控制氮氧化物的生成量；實際應用中，關小UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ以及分離燃盡風可以有效降低爐內的還原性氛圍，降低爐膛溫度，防止結渣。

3．1．2 優化前二次風門的控制策略

優化前鍋爐燃燒調整對于二次風門的控制策略如下：煤層正常運行時，周界風、偏置風風門的開度與本層給煤機的轉速成函數關系，停運時開度是鍋爐總空氣流量的函數。觀察發現當上下兩層制粉系統(A，F層)停運后，后墻水冷壁垂直管段靠近3號角區域的管壁溫度極易升高，且對比A，B兩面墻的垂直管段發現B側墻垂直管段靠近3號角區域的管壁溫度偏高，而四面墻的螺旋水冷壁的管壁溫度相差很小；同時結合A，B兩面爐墻的第2組吹灰器(位于低位燃盡風與高位燃盡風之間)當中有數個長期處于故障狀態，對爐內四角切圓的火焰進行三維建模，推斷出爐墻第2組吹灰器所在水平切面的火焰存在向右和向后兩個方向的傾斜，以致于后墻水冷壁垂直管44，50號，B側墻水冷壁垂直管238，218號溫度偏高，甚至出現超過允許值的情況。

3．1．3 燃燒調整策略的優化

經過數據采集、模型推演、科學分析，決定從調節二次風門入手，具體方法如下：在F層制粉系統停運后，開大F層煤粉噴嘴的相關二次風門，其中包括周界風F、輔助風噴嘴二次風門FI，EF，關小上層端部風UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ；在保證NOx生成量不超標，SCR脫銷裝置不超負荷的情況下，盡量關小分離燃盡風(但需保證三層低位燃盡風 BAGP有60 %及以上開度，防止因消旋力度不足而導致主、再蒸汽熱偏差的出現)。通過以上策略使得在A層制粉系統也停運后，維持火焰中心的相對穩定，大大降低A/B側煙氣含氧量的偏差，從而消除火焰貼壁工況。

3.2 燃燒調整策略優化的效果

通過上述的一系列優化調整，在A，F層制粉系統停運的工況下，降低了兩側煙氣含氧量的偏差，后墻水冷壁垂簾管、懸吊管靠3號角區域的原先異常升高的部分管壁溫度恢復正常，兩側分離器出口溫度、兩側主蒸汽溫度的偏差也大為縮小，整個協調控制也變得相對穩定，機組運行的可靠性得到了顯著提高。

3.3 燃燒調整策略優化存在的不足

此次的優化主要是針對磨煤機組合搭配正常、煤種相對穩定且某些吹灰器故障的工況下局部水冷壁溫度異常而展開，如果想要拓寬調節的適應范圍，仍需要繼續進行探索和試驗。

4 結束語

本次燃燒調整策略的優化有效地解決了低負荷階段火焰偏斜的問題，間接地提高了機組協調控制的精度，可以為鍋爐配風自動控制優化提供一定的數據支撐及策略參考。