超超临界锅炉运行氧量优化调整

刘培红，张晓东

(华电莱州发电有限公司，山东 莱州　261400)



超超临界锅炉运行氧量优化调整

刘培红，张晓东

(华电莱州发电有限公司，山东 莱州261400)

摘要：华电莱州发电有限公司#1超超临界锅炉实际运行中存在两侧氧量偏差大、再热器减温水量偏高、过热器管壁超温和受热面高温腐蚀等问题，为解决该问题，对该锅炉的氧量进行优化调整试验。进行了锅炉氧量均匀性调整试验及950，800 MW工况变氧量试验，得出了不同工况下的最佳运行氧量及氧量临界值。优化后，飞灰中碳的质量分数及CO体积分数有效降低，过热器管壁超温及受热面高温腐蚀问题得到缓解，大幅度提高了锅炉的经济性。

关键词：超超临界锅炉；氧量；均匀性；变氧量；调整试验

0引言

对于超超临界百万机组的燃煤锅炉，运行氧量是一项主要指标，也是运行人员调整的主要参数，其与飞灰含碳量、炉渣含碳量、排烟热损失、风机电耗和NOx排放量等各项指标有较强的相关性[1]。华电莱州发电有限公司#1超超临界锅炉实际运行中存在两侧氧量偏差大、再热器减温水量偏高、过热器管壁超温和受热面高温腐蚀等问题，为了解决该问题，对锅炉的氧量进行调整优化试验。

1机组概况

华电莱州发电有限公司2×1 050 MW机组的锅炉为超超临界参数变压直流本生型锅炉，一次再热，单炉膛，前后墙对冲燃烧方式，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，岛式布置(运转层以下封闭布置)。制粉系统为正压直吹式，配6台中速辊式磨煤机。设计煤种采用神华煤，校核煤种采用神府和晋北混煤，燃用煤种为烟煤。锅炉点火及助燃采用#0轻柴油。

2氧量优化调整试验前的准备工作

机组在1 000 MW负荷下稳定运行4 h以后，在运行人员日常习惯运行工况下，试验人员进行空气预热器入口氧量场的标定，确定表盘排烟温度、分散控制系统(DCS)表盘显示氧量值与就地氧量测量值的对应关系，对锅炉目前的运行状况进行摸底，采集原煤、飞灰、大渣、煤粉样品，以此为后续优化试验的比较基准。

2.1锅炉膛出口氧量场标定试验

#1锅炉负荷1 000 MW，在常规运行工况下，对空气预热器入口氧量场分布情况进行测量，测量标定结果见表1。对比现场测量的氧量数据与DCS表盘显示的氧量，2组数据基本吻合，只有B侧烟道外侧DCS表盘氧量与实测值相比偏低。

表1　氧量场标定　%

注： A1～A8，B1～B8分别为A，B侧烟道内侧至烟道外侧的

测点。

2.2锅炉氧量均匀性调整试验

(1)调整前锅炉运行情况。运行A，B，D，E，F 5套制粉系统，进行氧量均匀性调整试验。调整前，A，B侧二次风门总开度为100%，两侧燃尽风门开度为50%，5层燃烧器对应的#1，#2，#7，#8外二次风门开度分别为60%，70%，70%，60%，中间的#3，#4，#5，#6风门开度为40%，A侧氧的体积分数分别为1.0%，2.2%和3.6%，B侧氧的体积分数分别为1.4%，2.6%和3.5%。

(2)外二次风门开度调整。将#3，#4，#5，#6

表2　氧量调平试验锅炉效率计算结果

表3　调整后内、外二次风门开度　%

外二次风门开度由40%关至35%，#1，#2，#7，#8外二次风门开度保持60%，70%，70%，60%不变。调整后A侧氧的体积分数分别为1.6%，3.5%和3.0%，B侧氧的体积分数分别为2.6%，2.9%和3.2%。

(3)燃尽风门调整。用燃尽风进行微调，A侧开度保持50%不变，将B侧开度关至45%，A侧氧的体积分数分别为2.2%，3.2%和3.0%，B侧氧的体积分数分别为2.9%，2.6%和3.2%。调整后，两侧氧量场达到了平衡且均匀的状态。为防止中间喷燃器煤粉飞边，将#3，#4，#5，#6内二次风门开度调整至40%(2格)。

通过调整试验，表盘和就地风门开度趋于合理，两侧烟道氧量基本达到平衡。氧量调平后锅炉效率变化见表2，风门开度见表3。

由计算结果可以看出，氧量调平后，锅炉效率比摸底试验升高0.59百分点，主要原因是氧量调平后，烟道外侧氧量正常，其对应的飞灰中碳的质量分数、CO体积分数降低，锅炉效率升高。

3氧量优化调整试验

在保证机组安全运行、其他运行参数不变的条件下，以空气预热器进口氧量为变化参数，改变锅炉运行氧量，测取锅炉特性数据，并采集原煤和飞灰样品，观察不同氧量对主蒸汽温度、再热蒸汽温度、排烟温度、受热面壁温、减温水量、结焦的影响[2]。测量烟气中NOx的质量浓度及锅炉热效率等数据，根据测量结果，确定锅炉最佳运行氧量以及脱硝设备入口的最佳NOx质量浓度。试验在950 MW和800 MW负荷下进行。

机组在950 MW负荷下稳定运行8 h以上，进行变氧量试验，锅炉运行的具体氧量设置为2.5%，3.0%和3.5%。机组在800 MW负荷下稳定运行8 h以上，进行变氧量试验，锅炉运行的具体氧量设置为2.7%，3.2%和3.7%。

3.1950 MW工况氧量优化试验

3.1.1试验情况

机组负荷950 MW，运行A，B，D，E，F 5套制粉系统，氧量试验分3个工况进行。第1个工况氧的体积分数设定3.5%，再热器减温水量为95 t/h，飞灰中碳的质量分数为1.26%，0.52%，0.58%和1.40%；第2个工况氧的体积分数设定3.0%，再热器减温水量为89 t/h，飞灰中碳的质量分数为1.15%，0.52%，0.33%和1.16%；第3个工况氧的体积分数设定2.5%，再热器减温水量为80t/h，飞灰中碳的质量分数为1.36%，0.78%，0.50%和1.86%。其他参数无明显变化。

3.1.2试验数据分析

氧的体积分数由3.5%降至3.0%，飞灰中碳的质量分数相差0.15百分点，再热器减温水量下降6 t/h；氧的体积分数由3.0%降至2.5%，炉膛出口氧量场分布均匀性变差，飞灰中碳的质量分数由0.790%升至1.125%，升高了0.335百分点，再热器减温水量下降9 t/h；第3个工况下，A，B烟道外侧两端氧量偏低，CO体积分数比前2个工况升高；排烟温度等其他参数无明显变化。

3.1.3最佳氧量确定

锅炉效率与运行氧量的关系曲线如图1所示，950 MW负荷工况下，氧的体积分数为2.5%，3.0%和3.5%时，锅炉效率变化不大，其中氧的体积分数为3.0%时锅炉效率最高。考虑高氧量运行后引、送风机电耗升高，低氧量运行炉膛氧量分布不均匀、高温腐蚀加剧等的影响，建议运行中在950 MW负荷工况下氧的体积分数应保持在3.0%。

图1　950 MW负荷下锅炉效率与运行氧量的关系

3.2800 MW工况氧量优化试验

3.2.1试验情况

机组负荷800 MW，运行A，B，C，D，F 5套制粉系统，氧量试验分3个工况进行。第1个工况氧的体积分数设定3.2%，再热器减温水量为100 t/h，飞灰中碳的质量分数为0.8%；第2个工况氧的体积分数设定3.7%，再热器减温水量为100 t/h，飞灰中碳的质量分数为0.7%；第3个工况氧的体积分数设定2.6%，再热器减温水量为90.2 t/h，飞灰中碳的质量分数为0.8%。

3.2.2试验数据分析

氧的体积分数由3.7%降至3.2%，飞灰中碳的质量分数相差0.1百分点，基本持平，再热器减温水量持平；氧的体积分数由3.2%降至2.7%，炉膛出口氧量场分布均匀性变差；第3 个工况下，A，B烟道外侧两端氧量偏低，CO体积分数比前2个工况升高；排烟温度等其他参数无明显变化。

3.2.3最佳氧量确定

锅炉效率与运行氧量的关系曲线如图2所示，800 MW负荷工况下，氧的体积分数为3.6%时锅炉效率最高。考虑高氧量运行后引、送风机电耗升高，低氧量运行炉膛氧量分布不均匀、高温腐蚀加剧等的影响，建议800 MW负荷工况下氧的体积分数应保持在3.5%。

图2　800 MW负荷下锅炉效率与运行氧量的关系

4CO检测试验

在1 000 MW工况下，对#1锅炉进行CO检测试验，改变氧量寻找CO与O2的关系曲线，寻找燃烧最佳氧量，试验结果如图3所示。

图3　CO与O2关系曲线

入炉总风量不足或炉内氧量分布不均，局部燃烧缺氧，不仅使烟气中CO的体积分数增加，而且会导致飞灰可燃物含量增加,反之亦然[3]。如果烟气中CO的体积分数较高，说明炉内局部缺氧。测试发现，#1锅炉沿烟道截面的烟气分层现象严重：锅炉B 侧烟道外部缺氧，烟气中CO的体积分数很高；锅炉烟道内侧氧富集，烟气中CO的体积分数低。

由试验结果看，烟气中CO的体积分数对氧量变化反应敏感，临界点附近氧量的微小变化就会导致CO体积分数急剧变化，该公司#1锅炉运行氧量的临界点在2%左右。建议运行中控制各DCS氧量测点显示不要低于2.0%,避免水冷壁高温腐蚀加剧。

5结论

通过调整外二次风、燃尽风，使#1锅炉的配风方式得到全面优化，炉膛出口氧量场基本调整均匀，局部缺氧问题明显改善，烟道中CO的体积分数平均值由0.95%降至0.12%，飞灰中碳的质量分数由摸底试验的1.87%降至0.79%，锅炉效率提高0.59百分点。调整后，过热器管壁超温和受热面高温腐蚀问题得到了有效缓解，运行方式达到全面优化，为锅炉安全、经济运行提供了技术支持。

参考文献：

[1]李贺，谢江，祁积满.1 000 MW超超临界机组锅炉运行参数控制[J].云南电力技术，2013，41(5)：89-93.

[2]刘吉臻,牛成林,李建强,等.锅炉经济性分析及最优氧量的确定[J].动力工程，2009，29(3):245-249.

[3]裘立春,张建华.基于CO的燃煤锅炉燃烧优化[J].浙江电力，2005(3)：10-12.

(本文责编：刘芳)

收稿日期：2015-12-21；修回日期：2016-02-25

中图分类号：TK 229.2

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)03-0044-04

作者简介：

刘培红(1975—)，女，山东潍坊人，助理工程师，从事火力发电厂节能工作(E-mail:1409031800@qq.com)。

张晓东(1977—)，男，福建仙游人，工程师，工程硕士，从事火力发电厂集控运行工作(E-mail:zxd7139@163.com)。