长海＃2锅炉燃烧优化调整分析

黄伙敬

（佛山市南海长海发电有限公司，广东 佛山528211）

0 引言

2011年，为响应国家“节能减排”政策号召，我公司委托武汉华是能源环境工程有限公司对＃2锅炉整组燃烧器进行重新设计及整组更换，将原燃水煤浆／轻油燃烧器更换为燃水煤浆、燃煤／等离子点火组合型燃烧器，使改造后的燃烧器实现煤粉无油点火功能。为提高锅炉运行稳定性，2012年进行制粉系统的技改，新增1台双进双出钢球磨直吹制粉系统。由于是供热机组，锅炉负荷受用户影响较大，多在410～430t／h之间运行，为摸索出＃2炉在420t／h负荷附近安全、稳定、经济、环保最优运行水平工况，对锅炉的烟温特性、汽温特性、锅炉目前的运行方式以及存在的问题做了分析，通过燃烧工况的优化调整，提高了锅炉效率，降低了三大风机的耗电量，降低了NOx排放浓度，提高了锅炉的整体经济性。

1 设备概述

我公司＃2机组670t／h炉配75MW调整抽汽压汽轮发电机，是本地工业园区配套的供热机组，于2007年开始建设，2009年建成投产。＃2锅炉本体是由武汉锅炉厂设计制造的高温高压燃水煤浆锅炉，2011年对整组燃烧器进行改造，采用水煤浆／煤粉专用直流式燃烧器，燃烧器采用大切角、四角切圆、直流式燃烧器，乏气送粉。燃烧器布置2层SOFA结构，其中H－SOFA与L－SOFA间隔3000mm，L－SOFA与燃烧器最上层一次风喷口间隔3000mm。燃烧器布置有6层一次风喷口。燃烧器一次风喷口从上到下依次为：水煤浆—煤粉—煤粉—水煤浆—煤粉—等离子。在燃烧器顶部设有2层OFA风和2组独立的SOFA风，OFA风反切13.5°，SOFA结构独立设计可以实现上下左右自由摆动，每个二次风进口都采用独立风门调节。原燃烧器2只点火油枪和1只助燃油枪均保留。保证炉膛燃烧火焰中心不变，在水煤浆紧缺的情况下4层煤粉燃烧器可以实现煤粉满负荷燃烧；经2012年制粉系统改造后，新增1台双进双出钢球磨直吹系统分别接入A层和B层，邻近＃10、＃12炉的粉仓送粉分别接入D层和E层，水煤浆喷枪分别接入C层和F层。

2 锅炉燃烧工况优化调整

整个优化运行调整过程燃用同一煤种以及在负荷不变的工况下进行最优燃烧调整运行试验。

2.1 煤粉细度优化调整

双进双出球磨机下层分离器开度在70%，上层分离器开度分别在30%和50%对煤粉细度影响差别较大，在磨煤机出力超过56t／h工况下，考虑到当前今后煤种的适应性，同时结合燃烧工况的灰渣可燃物结果，最后将上层分离器折向门挡板设在30%的开度。

2.2 变氧量（总风量）工况优化调整

试验在420t／h负荷附近锅炉进行了运行氧量的工况调整。分别采取小氧量3.29%、中氧量4.53%、大氧量5.36%这3个点进行测试。从测试结果看，在变氧量调整工况下，飞灰可燃物均维持在一定水平，CO含量也较少，说明炉内燃烧比较完全，因此氧量的变化对未燃尽碳热损失的影响不大，而采取降低氧量的措施，会使排烟热损失有不同程度的降低。所以在保证煤粉及水煤浆燃尽的条件下，采用低氧量运行，可使锅炉的效率有不同程度的提高。采用低氧量运行对NOx排放浓度的降低也有明显的效果，各调整工况中，氧量降低0.8～1个百分点，NOx排放浓度降低约10mg／Nm3，由于新型燃烧器在NOx控制方面已经相当优秀，所以氧量的变化对NOx排放浓度的影响幅度有限。低氧量运行对降低送、引风机的电耗有一定效果。低氧量运行会使总风量减少，从而降低风机电耗。从测试数据可知，运行氧量降低1个百分点，风机总电流约降低8A左右。

综合考虑，在保证煤粉和水煤浆燃尽及锅炉安全运行的前提下，锅炉可采用相对较低的氧量运行，420t／h负荷下运行氧量值约3.0%左右。

2.3 SOFA风门开度优化调整

辅助风风量沿炉膛高度方向上的分配变化会对炉内燃烧带来一定影响，优化调整在保持总风量不变的前提下，通过改变锅炉的SOFA风的风门开度来进行辅助风的配风优化调整，监测不同配风方式下的飞灰、排烟温度、汽温以及NOx排放浓度等参数。由于SOFA风占整个二次风的比例相对较大，所以改变SOFA风配比对飞灰可燃物、底渣可燃物、NOx排放浓度以及炉效有较大的影响。当SOFA风上2层全关下4层全开时，SOFA风比例相对增加，主燃烧器区域配风比例相对减少，锅炉分级燃烧效果增强，NOx排放浓度减少，与SOFA风上4层关下2层开时的工况相比，NOx排放浓度降低了10mg／Nm3左右。但SOFA风比例增加，会使主燃烧区域极度缺氧，造成较大颗粒的煤粉燃烧不完全，底渣含碳量较高；同时，SOFA风比例增加也会使火焰中心抬高，主燃烧区域燃烧减弱，影响锅炉低负荷的稳燃性，而且会导致过热器超负荷运行，喷水量增加，影响锅炉效率。

综合考虑，在420t／h左右负荷下，建议将SOFA风上3层全关，下2层全开，中间层开50%，这样不仅对NOx排放浓度影响较小，而且会降低排烟热损失和未燃碳损失，大大提高锅炉效率。

2.4 OFA风门开度优化调整

燃烧器布置2层OFA燃烬风，位于L－SOFA层的下部，OFA风反切13.5°，OFA燃烬风的开度可以在DCS上调节。OFA燃烬风既可以有效降低NOx的生成，也可以对炉膛出口烟温进行调节。但由于OFA燃烬风比例较低、反切角度小，因此，消旋效果没有SOFA风好，对烟温的调节也没有SOFA风明显。

优化调整是在保持总风量不变的前提下，通过改变OFA燃烬风的风门开度来进行辅助风的配风试验。通过试验，监测不同配风方式下的飞灰含碳量、底渣含碳量、排烟温度、汽温以及NOx排放浓度等参数，用于综合分析OFA燃烬风配风方式对锅炉经济性以及环保指标的影响。考虑到燃烧器上部燃烬风的比例已经较大，故只对上层OFA燃烬风进行调整。当上层OFA燃烬风从10%开到75%时，炉膛烟温偏差由122.5℃降低到90.2℃，相应地，各级过热器的汽温偏差也得到有效改善，减温水量有所降低。当上层OFA燃烬风4个角的开度分别为40%、40%、40%和42%时，烟温偏差进一步降低，汽温特性得到进一步的改善。上层OFA燃烬风调整后，排烟热损失和未燃碳损失在一定程度上有所增加，这是因为煤质变差的缘故。改变OFA燃烬风风门开度对飞灰可燃物、底渣可燃物以及炉效的影响较小。

2.5 A、B层周界风风门开度调整试验

周界风开度对锅炉燃烧及其运行性能的影响，试验在保持总风量不变的前提下，通过改变A、B层的周界风风门开度进行试验，以监测不同周界风开度下相关参数的变化。

由于周界风占整个二次风的比例相对较小，所以改变SOFA风配比周界风的开度对飞灰可燃物、底渣可燃物、NOx排放浓度以及炉效的影响很小。当A、B下周界风的挡板开度从10%增加到50%时，锅炉的蒸汽特性变化不大，飞灰和炉渣的可燃物含量也比较稳定，但NOx的排放浓度却增加较多，从调整前的259.3mg／Nm3增加到288.3mg／Nm3。

综合考虑，在保证炉内稳燃的基础上，A、B下周界风的挡板开度应在30%左右，从而使锅炉能够更加环保的运行。

2.6 组合工况优化调整

通过变氧量和变SOFA风风门开度等单因素优化调整试验和其他一系列变辅助风门开度调整试验，在对锅炉实际运行状况有了较充分了解后，通过分析运行方式中存在的问题，在420t／h负荷下对锅炉进行了最优运行组合工况优化调整。

3 燃烧优化调整的效果

锅炉燃烧优化调整试验前后经济指标对比如表1所示。

（1）锅炉效率得到大幅提高，由优化前的90.98%提高到92.05%。

（2）通过辅助风配风的调整，炉膛烟温偏差得到有效控制，左右侧烟温偏差由优化前的80℃减小到20℃以内。

（3）由于燃烧中心下移，加上炉膛烟温偏差得到有效控制，汽水侧偏差大为改善，减温水量也大幅减少，由优化前的8t／h左右，降低到2t／h左右。

（4）NOx的排放浓度降低，一般在220～280mg／m3范围内，通过降低运行氧量以及合理的配风，进一步降低热力型NOx的生成，优化后工况将NOx排放浓度控制在270mg／m3左右，比优化前306mg／m3有较大幅度降低。420t／h负荷工况下完全可以将NOx排放浓度控制在250mg／m3左右。

表1 锅炉燃烧优化调整试验前后经济指标对比

（5）＃2炉调整前存在着运行氧量过高、风机出力大的问题，通过优化调整，将运行氧量控制在3.0%～3.5%，大幅降低了风机电耗。优化后的工况，在锅炉出力比优化前工况大约13t／h的情况下，送、引、一次风机总电流仍然降低了约40A，若按照年5000h上网电价0.45元／kW·h计算，仅1台机组风机电耗此项下降便可获得约40万元的经济效益。

4 结语

＃2炉的技术改造达到了设计要求，通过优化燃烧组合工况调整摸索出锅炉及其辅机安全、高效、低电耗，同时兼顾NOx排放特性的最优运行方式，确定了锅炉在420t／h负荷左右能够达到最优运行水平的燃烧工况。

［1］吕玉坤，彭鑫.300MW燃煤锅炉NOx排放特性试验研究［J］.华北电力大学学报：自然科学版，2010（5）

［2］孙科，曹定华，刘海洋.600MW超临界机组锅炉燃烧调整试验研究［J］.电站系统工程，2011（2）

［3］岳峻峰，高远，黄磊，等.600MW超临界旋流燃烧器锅炉优化运行研究［J］.电站系统工程，2010（3）

［4］夏永俊，熊体华，林显敏，等.125MW机组锅炉飞灰可燃物含量偏高的原因分析［J］.电站系统工程，2011（3）