优化锅炉燃烧配风之低能耗运行研究

姚国华 朱建跃

上海外高桥第二发电有限责任公司

1 概况

上海外高桥第二发电有限责任公司的两台900MW超临界直流锅炉，由ALSTOM-EVT（阿尔斯通能源系统公司）设计与制造。单台锅炉的风烟系统配备有两台型号为SAF37.5-20-2的动叶可调轴流式吸风机、两台型号为FAF 27.5/14-1的动叶可调轴流式送风机、两台回转式空预器等组成。同时，每台锅炉的制粉系统配置6台型号为SM28/17的中速RP磨煤机以及两台进口叶片可调单吸离心式一次风机，型号为1854B/1446。

2 机组运行情况分析

目前的大容量火电厂机组实际运行情况为：锅炉辅机容量大、耗电多，在发电厂用电率中占相当大的比重。同时，由于外部发电环境日趋紧张，机组全年的发电量早已今不如昔。如何合理配置和调控锅炉各辅机的各项参数，从而达到大幅度降低厂用电率已成为电厂经济运行的首要课题。

结合外二厂机组的实际运行条件和运行工况，主要存在问题为二次风量偏大。

基于现有的资料以及与国内同类型机组在相同负荷条件下的比对，我公司机组中锅炉的实际运行氧量值明显偏大，这一现象直接体现在二次风量与理论设计风量存在较大的偏差，实际风量远高于理论风量。虽然二次风量偏大可能会使整个煤粉燃烧更加充分，降低不完全燃烧损失，但从整体而言，对锅炉的安全经济环保运行都是不利的。

首先，从锅炉NOX生成的机理来看，足够的空气量是产生NOX物的必要条件，而过大的氧量即二次风量正是为NOX物的生成提供的“温床”。由于大量的空气（即O2）没有在煤粉燃烧中被消耗，从而使得燃料中所携带的氮氧化物大量被氧化从而生成NOX物，严重影响了机组的环保运行。

其次，过大的二次风量虽然使得煤粉的燃烧更加充分，但是这仅仅是指氧量在一个合适的范围内的状况。如果超出此合适范围由于风量的增大势必造成风压也被提高，使煤粉流速增加，煤粉的着火点后移。这对稳定燃烧带来了负作用。同时，由于二次风量偏大造成了风机动叶开度的增加，一旦遇到极端高温天气，在机组满负荷运行的情况下，甚至动叶开度几乎达到100%，失去了调节余量。这些都将对锅炉的安全运行带来极大的影响。

第三，如前所述，过大的二次风量会使煤粉流速提高。这将使煤粉在炉膛内部燃烧时间被缩短，从而使整个炉内温度以及烟气温度降低，这样不但没有使锅炉效率增加，在某种程度上反而降低了锅炉的效率，降低了锅炉运行的经济性。

3 燃烧配风试验

基于对机组实际运行情况的分析以及对可能引起的相关参数发生变动的梳理，得出整个二次风配风调整可以分为几个部分执行。

3.1 燃尽风挡板开度试验

从目前的运行实际情况来看，我们的大风箱差压设定是一条不变的直线，始终是依据1 000pa这个恒定值来调整。基于这个前提，我们首先维持此恒定的设定值不变，做相应的燃尽风挡板开度试验。我们希望，以此时的燃尽风挡板开度，做出一根与负荷一一对应的曲线，并作为下一步试验的基准值。

我们取900MW～450MW负荷段，以50MW为一个负荷断点，在该负荷点维持负荷稳定的同时，以10%为一档逐步关小燃尽风挡板。观察各台磨煤机的辅助风门的开度以及机组NOX排放量的变化情况。

3.2 降氧量试验

依据之前燃尽风挡板开度试验，我们得到了一条更加适合实际运行工况的燃尽风挡板开度的曲线，此条曲线与负荷一一对应。在接下来的降氧量试验中，所有负荷段燃尽风挡板的开度，依据之前燃尽风挡板开度试验中所得的试验数据进行设置。

在900MW～450MW负荷段，以50MW为一个负荷断点，在该负荷点维持负荷稳定的同时，以0.1%为一档，降低锅炉氧量设定的偏置。待机组稳定后，观察机组各项参数的变化情况。

3.3 锅炉大风箱差压调整试验

在已知现行大风箱差压设定是一条不变的直线，始终是依据1 000pa这个恒定值来调整。只有当机组负荷＞750MW时，在燃尽风挡板全开的情况下，大风箱差压才会大于1 000pa这个恒定值。而关小燃尽风挡板的开度又会使这个负荷点下移，可能是730MW或者更低。但我们此时降低氧量的设定值，就会对此部分作用起到对冲的效果。此时，通过这一系列的调整，得出一个新的对应不同负荷的大风箱差压。

由于降大风箱差压与降氧量之间有着密不可分的关系，所以我们参照了之前的降氧量试验方案，制定了相关降大风箱差压的试验方案。

3.4 试验数据

通过以上3项试验，得到了以机组负荷为基准的大量基础数据，表1例举了机组在900MW负荷工况时的运行数据。

4 非正常工况下的锅炉燃烧配风分析

对于锅炉燃烧配风的重新调整，不仅要考虑正常运行的不同工况，还需考虑机组异常工况下的运行安全性。这些异常工况主要包括磨煤机跳闸引起的机组R.B.、其他辅机跳闸引起的机组R.B.和一次风机跳闸引发的一次风压力突变；燃烧配风参数调整后，对炉内燃烧充分及火焰中心位置的影响，最终导致对燃烧器区域水冷壁管壁的损害等。为此，收集和分析了历时运行工况中发生上述情况的数据，确保在非正常工况下能满足相关辅机的正常运行。

4.1 燃烧配风调整方案实施

参照制定的试验方案，我们先后进行了多达30次左右的各类试验，得到了大量的基础数据。在对这些数据的分析比对的同时，我们对整个锅炉燃烧配风系统进行了优化调整，对配风系统所涉及的关键参数设置进行了进一步的规范。其中包括在不同的负荷段，对锅炉的氧量、大风箱差压、燃尽风挡板的开度制定了差异化的控制规定。

4.2 安全性评估

从运行调整的角度，任何参数的修改和运行措施的重新制定都必须以机组安全运行为前提。而对于此项目而言，最担心的是由于降低了锅炉氧量以及一次风压运行，势必使得煤粉的着火点前移，更靠近水冷壁区域，造成管排的高温腐蚀。同时，由于燃烧行程变长使得整个燃烧切圆变大，这将增加水冷壁区域的冲刷磨损。

针对上述可能出现的问题，结合5#机组2016年3月开始的B级检修，我们增设了针对水冷壁区域管壁的专项检查项目。

表1 机组运行基础数据

图1 锅炉炉膛燃烧器

从检查的效果以及图1所显示的燃烧器照片可见，经过近一年的实际运行，水冷壁区域的管壁几乎未见明显的磨损量和高温腐蚀量的增加，由此可见上述方案实施后，对锅炉的整体安全性没有影响，机组的安全运行可以得到保证。

4.3 试验数据

2016年11 月，我们聘请相关试验机构进行了《锅炉运行方式优化调整对比试验》，这其中包括了锅炉优化配风方案实施后，对整体能耗影响的评估。根据试验数据（表2）显示，供电煤耗在各负荷段均有下降，平均下降了2.23g/kWh。

同时，试验报告还显示，锅炉出口的NOX排放值较方案实施前下降了100mg/Nm3，随之带来的即尿素使用量的下降。

综合以上两项收益情况，这套方案的实施对于降低机组运行能耗，提高发电企业整体效益有着极大的帮助。

5 结论

通过对锅炉燃烧配风的优化调整，经过近一年的运行实施，机组磨煤机的冷热风门调节正常，热风门最大开度不超过75%，冷风门开度则更小；锅炉的炉渣和飞灰含碳量没有明显增大的趋势。综合上述的情况可见锅炉燃烧配风的优化调整能满足锅炉正常安全运行的需要。

此套锅炉燃烧配风调整方案正式实施后，机组的供电煤耗、锅炉侧辅机的厂用电率都有了大幅度的降低，所取得的经济效益显著。环保排放指标明显改善。在取得显著经济效益的同时，社会效益也得到了大幅度提高。总结方案实施的经验，得出方案中所涉及的各项核心参数还有进一步优化调整的空间，由此所能带来的节能效果将进一步扩大，将有待于进行进一步的试验进行相应的验证。