燃燒調整與鍋爐經濟性運行的應用與分析

黃 岳 王 珊 李 煜

（1.湖南華電平江發電有限公司，湖南岳陽 414513；2.中國大唐集團有限公司江西分公司，江西南昌 330000；3.北京京能清潔能源電力股份有限公司華南分公司，廣東湛江 524000）

0 引言

當前我國產業發展處于轉型升級的關鍵時期，工業化和城市化水平顯著提高，原來的粗放型能源利用方式已經不適用當前的發展模式，綠色發展是高質量、可持續的發展，已經成為各國共識。要不斷開拓新能源市場，優化現有的燃煤技術。我國火電廠主要通過煤炭燃燒的方式運行，如何有效提高煤炭的使用效率，提高能源轉換率，降低供電煤耗率，成為當前火力發電廠考慮的重點問題[1]?；诖?，重點介紹鍋爐燃燒調整在電廠鍋爐經濟性運行與安全運行中的有效利用與分析，為電力系統的可持續發展提供借鑒。

1 燃燒調整的作用與意義

燃燒調整是利用不同的調整方式，盡量減少各種潛在的損失，提高鍋爐的熱效率。根據不同工況下的風、煤、水的配比，優化燃煤技術才能做到效率最大化。在鍋爐所有損失中，排煙熱損失和機械未完全燃燒熱損失所占比例最大，燃燒調整可以有效減少這些損失，最大限度地提高鍋爐效率。燃燒調整配合新技術的應用，使發電煤耗率與供電煤耗率不斷降低，可以有效延長煤炭資源的可用周期[2]。

2 影響鍋爐經濟性運行的因素

鍋爐是火力發電廠的心臟，使用周期較長。有些鍋爐本身存在設計缺陷，再經過長時間的使用，設備逐漸老化、劣化，難免存在一些經濟性運行方面的問題，分析影響鍋爐經濟性運行的因素至關重要[3]。

煤粉經過制粉系統研磨后進入鍋爐，在燃燒過程中會產生較多的飛灰和揮發性物質，隨著受熱面減少、煙道溫度降低，熔融性物質溫度點降低，吸附在受熱面上逐漸冷卻，從而使鍋爐受熱面結焦，鍋爐結焦又阻止了高溫煙氣和受熱面的換熱，大量煙氣無法完成熱量交換，從煙囪排入大氣。排煙溫度升高，不利于降低煤耗，也不利于環境保護。

煤粉燃燒過程中，由于煤粉過粗、煤粉在爐內停留時間過短、配風不合理等因素，導致機械不完全燃燒、化學不完全燃燒[4]。爐底間隙過大和空預器阻力過大，導致各項漏風系數的增加，進而導致能量的損失。

鍋爐設備老化，閥門在高溫高壓蒸汽的沖刷下不斷磨損，出現嚴重內漏，汽水損失量增加，鍋爐的給水品質缺乏必要的監督，導致爐管結垢嚴重，不能有效地吸收煤炭燃料釋放的能量。

配合調峰，鍋爐頻繁啟動和停機，大量高溫爐水向外排出，高溫熱水將熱量帶走，無法實現有效利用。為了控制住再熱蒸汽的穩定性，需要大量使用減溫水[5]。

鍋爐本體及其附件長期裸露在空氣中，未進行有效的保溫、保冷措施，又或者保溫缺失，長時間得不到修繕，導致散熱量增加。

3 基于燃燒調整對火力發電廠鍋爐節能降耗措施分析

3.1 合理安排吹灰，減少受熱面結焦

目前，多數電廠存在結焦嚴重的問題。合理安排吹灰，減少受熱面結焦是火力發電廠鍋爐節能降耗的重要措施，以1000MW 前后墻對沖鍋爐防止鍋爐結焦措施為例。

首先，定期進行鍋爐燃燒調整試驗，通過試驗獲得燃燒調整的第一手資料。選擇鍋爐最佳氧量運行，避免爐膛內出現影響結焦現象[6]。合理安排爐膛各受熱面的吹灰工作，結焦嚴重的區域要適當增加吹灰次數，防止吹灰對管壁的頻繁沖刷，造成四管泄露，影響鍋爐的安全運行。

其次，磨煤機各風管煤粉濃度和各燃燒器一、二次風門的配風應盡量均勻。燃燒器噴口風粉分配不均勻，必然會造成爐膛局部燃燒氧量、熱負荷分配不均勻，若放任爐膛在缺氧情況下燃燒而不進行調整，會進一步加劇爐膛受熱面的結焦。

最后，保持合適的一次風速，一次風速過高會加大廠用電率；一次風速過低會使煤粉聚集在燃燒器周圍，使燃燒器結焦，甚至損壞燃燒器[7]。改變燃燒器旋流角度和剛性同樣可以減輕燃燒器附近的結焦。

3.2 強化爐膛燃燒，減少排煙熱損失

首先，選擇合適的煤粉細度。煤粉越細，燃燒越充分。盲目增加煤粉細度會增加磨煤機的功耗與損耗，在廠用電和煤粉細度之間選擇一個最經濟性的運行方式，兼顧二者的平衡，減少不必要的機械不完全燃燒，節約廠用電率[8]。

其次，選擇合適的一次風溫和風壓，增加爐膛溫度和煤粉在爐膛內的停留時間，煤粉燃燒最長的階段是燃盡階段，要充分利用這一部分的燃燒熱量。一次風溫能很好地蒸發掉煤粉中的水汽，但風溫過高會造成煤粉在磨煤機或者粉管內的爆燃，不利于鍋爐安全運行。綜合安全運行、熱量交換、廠用電率等多個方面，選擇一個合適的運行工況，減少不必要的損失[9]。

再次，減少鍋爐各項漏風量。例如，加強空預器吹灰和空預器在線水沖洗，對脫硝參數進行調整時，注意供氨量的調整，防止大量硫酸氫氨的產生，避免空預器堵塞，減少爐底漏風。

另外，改變空氣動力場，延長煤粉在爐內停留的時間。例如改變燃燒傾角、改變火焰中心等措施。若火焰中心燃燒位置發生偏斜，會使爐膛形成較大的溫度偏差，使水冷壁吸熱不均勻，可能會破壞鍋爐的水循環與水動力，不利于鍋爐的安全運行[10]。

最后，燃燒調整時，及時關注著火情況。觀察火焰顏色及爐膛結焦情況，若發現火焰變暗或者燃燒不穩，應及時投入等離子或者油槍進行引燃。

3.3 減少汽水損失，加強汽水品質監督

機組啟停過程中存在著各種沖洗活動，例如凝汽器沖洗、凝結水沖洗、低加管道沖洗、除氧器沖洗、給水管道沖洗、鍋爐冷態開式沖洗、鍋爐冷態循環沖洗、鍋爐熱態沖洗等，沖洗活動伴隨著大量熱水外排。因此，要及時化驗水質，水質合格后，立即安排回收，減少不必要的熱損失，同時縮短啟停機時間，降低燃料的使用量。各階段汽水達到相應參數后，立即關閉各路疏水與爐頂排空，加強各疏水門與排汽門門后的測溫與監督，發現閥門內漏，立即聯系處理。實時掌握補水率這一重要參數，若發現異常應及時進行排查。

另一方面，增加凝結水、給水加藥的用量，加強汽水品質的在線監督，防止鍋爐爐管及各受熱面管內結垢。鍋爐結垢不僅僅影響了換熱效果，而且隨著換熱系數的不斷減小，管壁溫度逐漸升高，會造成受熱面爆管、爐管泄露，甚至會造成鍋爐爆炸。一旦發現汽水品質超標，應及時調整、排查，嚴格按照汽水國標四級控制標準執行[11]，以保證鍋爐各項運行參數穩定。合理使用減溫水，輔助減溫水調整，過熱器一級減溫水、二級減溫水要適量。通過擋板調整再熱汽溫參數，及時投入高加系統，通過抽汽實現加熱給水，提高給水溫度，降低煤耗量。

3.4 加強保溫保冷，減少鍋爐散熱損失

鍋爐本體及其附屬設備、各熱力系統管道的溫度比周圍環境溫度高，部分熱量會以對流和輻射的方式向周圍空氣擴散，成為鍋爐的散熱損失。因此，保溫或者保冷層在發生破損或跑冒滴漏的現象時，要及時進行修復。鍋爐在建設初期，一定要選擇合適的保溫材料，隨著保溫技術的迭代更新，及時對保溫保冷材料進行優化[12]。此外，采用煙氣余熱回收技術，進一步減少鍋爐的排煙熱損失。例如應用MGGH 技術，通過煙氣再熱器提高凝結水溫度，充分發揮省煤器和調溫省煤器的作用，對尾部煙道余熱進一步加熱給水。

3.5 完善小指標運行管理

鍋爐日常運行中，有必要應用新一套行之有效的小指標監督與管理辦法，促使運行人員對機組耗差進行調整。耗差的好壞直接反映了鍋爐的燃燒與調整水平的高低。鍋爐小指標包括主蒸汽溫度、主蒸汽壓力、再熱汽溫度、再熱器壓力、排煙溫度、氧量、飛灰含碳量、減溫水用量、爐膛負壓、制粉單耗、煤粉細度、給水溫度、一氧化碳含量、環保參數、廠用電率等。通過制定年度總體控制目標、開展月度考核評比、綜合日常每班得分等方式，對各主要運行參數進行過程控制管理，細分每一項參數信息，在保證機組安全運行的前提下，尋求最大化利益，全面激發運行人員的調整積極性與潛力，建立“指標異常即缺陷”的生產成本管理意識。

3.6 維持水位及氣壓穩定

直流鍋爐最大的特點就是缺少汽包的蓄熱，給水流量和蒸汽流量互相匹配，給水流量的變化會直接導致氣壓的變化，燃燒調整的核心是維持水煤比穩定，若水煤比失衡，會導致燃燒參數的不穩定，嚴重時會發生滿水或缺水事故，直接影響鍋爐的安全性與經濟性運行。因此，鍋爐在運行時必須時刻監視給水量和蒸汽量的匹配程度。若給水流量過低，應采取措施保護水動力，防止鍋爐受熱面爆管，設置給水流量低保護；若給水流量過高，即給水流量大于蒸汽流量時，很可能造成蒸汽帶水、主再熱汽溫驟降，如果主蒸汽溫度10 分鐘內降低50℃，應立即打閘停機[13]。

另一方面，鍋爐設計時，為了防止受熱偏差，在各個受熱面出口增加了聯箱，以混合不同溫度的汽水，消除熱偏差的疊加。實時掌握主再熱蒸汽壓力和主再熱蒸汽溫度的，使之與當前負荷及汽輪機調節氣門的開度匹配，盡量減少調門的節流損失。調整好高、低壓加熱器的水位，既要利用抽汽熱加熱給水及凝結水，也要防止加熱器銅管被水淹沒。

4 結語

火電廠的原理是煤燃燒產生的化學能轉換成熱能對給水進行加熱，給水通過吸熱狀態變成過熱蒸汽，過熱蒸汽的熱能轉換成機械能，推動汽輪機做功，汽輪機帶動發電機切割磁感線，產生電能。在電能生產過程中，必須消耗大量的能量，才能完成能量轉換[14]。一方面研究新技術、新方法從本質上提高能量轉換效率，減少煤炭燃料的使用量。另一方面，作為運行人員，應通過燃燒調整提高鍋爐的經濟性與安全性。不斷地進行燃燒調整實驗，制定合理的燃燒方案與技術措施，采用有效的節能方法，改善技術條件，提高燃燒效率的同時，也強化節能，使每一個環節的能量利用做到最大化、最優化，讓節能降耗發揮實質性的作用。