提高燃煤锅炉低负荷下热效率技术探讨

张强

摘 要：目前我国电力的供求关系和可再生能源的快速发展，以及各地电力辅助调峰市场的逐步完善，为提高机组经济性和网上竞争力，越来越多的火电机组参与深度调峰，火电机组长时间低负荷运行将成为一种常态。因此，如果能通过运行优化的手段提高现役机组低负荷下锅炉热效率，无疑将有效降低燃煤机组低负荷运行对机组煤耗的影响。本文对提高燃煤锅炉低负荷下热效率的主要运行技术进行分析。

关键词：燃煤锅炉；低负荷；热效率；运行技术

随着我国经济结构的转型以及可再生能源的大力发展，燃煤火电机组长时间低负荷運行已成为一种常态。锅炉是供热系统的主要组成部分之一，也可以将其成为供热系统的核心层，而锅炉的热效率不仅对供热系统的运行效率有着直接的影响，同时也关系到能源的节约。锅炉供热系统在实际运营过程中，会消耗大量的燃料，而燃料燃烧的好坏将会对锅炉的热效率带来直接的影响。因此，如果能通过运行优化的手段提高现役机组低负荷下锅炉热效率，无疑将有效降低燃煤机组低负荷运行对机组煤耗的影响。

一、锅炉低负荷运行经济性分析

与高、中负荷相比，低负荷下锅炉运行具有以下特点：炉膛热负荷减小，导致炉膛温度降低，排烟温度降低；为保证低负荷下的汽温和煤粉的燃尽程度，低负荷下锅炉运行氧量通常较大；CO 浓度降低，化学不完全燃烧热损失减小；辐射对流热损失增加。影响锅炉热效率的两大主要热损失为干烟气热损失和未燃碳热损失。一般来讲，干烟气损失占到锅炉热损失的4.0%-8.0%，未燃碳热损失则占到锅炉热损失的0.5%-3.0%。在入炉煤质一定的情况下，干烟气热损失主要受排烟温度和运行氧量影响，而未燃碳热损失则主要由飞灰含碳量和炉渣含碳量决定。要提高低负荷下锅炉热效率，就必须在保持合适运行氧量的基础上，降低排烟温度、飞灰含碳量和炉渣含碳量。

二、锅炉设备热效率的影响因素

1、排烟过程中的能量损失。锅炉设备在燃煤期间会排放出大量气体，在这些烟气被排出的过程中，会从锅炉设备中带走很多的热量，造成很大的能量损失。此外，锅炉设备本身在燃煤过程中出现漏风的异常情况，导致燃煤期间大量空气进入锅炉内部，极大的提高了烟气的排量，而且在长期的使用过程中，锅炉内部会积累下很多的煤渣和炉灰，如果不能够及时清理掉，那么在燃煤时就会加大煤炭的消耗，热能量转化的效率就会下降，并且烟气的排量会显著上升，不利于合理利用煤炭资源，会造成很大的资源浪费。

2、燃煤的不充分燃烧。锅炉设备所需要的能量源是依靠燃煤产生的热能转化而来的，但是因为煤粉本身的细度较高，并且在燃煤期间所配给的风速较低的情况下，煤粉在燃烧时就不能达到充分的标准，燃烧不充分所产生的飞灰之中就会含有很多可燃物质，机械式的不完全燃烧就是这种情况下造成的，而且会造成热量的大量损耗和浪费，但是如果所选用的煤炭煤粉的细度太小的话，尽管能够达到充分的目标，可是会造成燃烧面积也就是受热面之上出现结焦的问题，很快会形成一层飞灰，如果不能及时的清理排除，那么就会加大热量传递和转换的阻碍，使得热转化的效率迅速降低，同时这些细度很小的煤粉也会对锅炉内部的制粉装置造成很大的电能损耗，而且会加剧锅炉内关键装置的老化速度。

三、提高燃煤锅炉低负荷下热效率技术措施

1、适当降低运行氧量。运行氧量是锅炉运行最重要的参考指标之一。运行氧量过低，会导致炉内严重缺氧，造成未燃碳损失和化学不完全燃烧损失增加，在运行安全性方面，还会导致炉内结焦、高温腐蚀等发生。运行氧量过高，会导致排烟热损失增加，送、引风机电耗增加，NOx 排放增加。特定煤质在不同负荷下均存在一个最佳运行氧量，使得干烟气热损失与未燃碳损失之和最小。一般来说，挥发分越高、煤粉细度越细，最佳运行氧量越低。根据经验，50%-60% 额定负荷下，燃用无烟煤锅炉推荐运行氧量控制在5.5%-6.0%；燃用贫煤锅炉，推荐运行氧量控制在5.0%-5.5%；燃用烟煤锅炉，推荐运行氧量控制在4.5%-5.0%；燃用褐煤锅炉，推荐运行氧量控制在4.0%-4.5%。

2、适当降低煤粉细度。煤粉细度是煤粉的重要特征参数之一，直接影响着煤粉在炉内的着火、燃烧和燃尽。煤粉颗粒过粗会导致煤粉着火困难，影响燃烧的稳定性，同时也会导致飞灰、炉渣含碳量增加，影响锅炉热效率，还会带来锅炉结焦、受热面磨损等一系列问题。机组低负荷运行时，适当降低煤粉细度，可以使煤粉着火提前，起到稳定炉内燃烧的作用，同时也会降低飞灰和炉渣含碳量，减少未燃碳热损失，提高锅炉热效率。

3、适当降低一次风速。机组在低负荷下运行时，一次风速控制在较低水平对炉内燃烧尤为关键。一次风速过高，将导致风粉气流着火所需热量增加，煤粉着火推迟，火焰中心升高，排烟温度增加，煤粉在炉内燃烧时间缩短，未燃碳损失增加。当燃用挥发分较低的煤种时，一次风速过高还可能导致脱火，影响炉内燃烧的稳定性，甚至导致灭火事件发生。因此，在保证不堵塞磨煤机和粉管的前提下，适当降低一次风速，有利于提高低负荷下锅炉运行的安全性和经济性。

4、适当提高磨煤机出口风粉温度。磨煤机出口风粉温度的控制，对锅炉运行的安全性和经济性有重要影响。对于直吹式制粉系统，磨煤机出口风粉温度的控制直接影响煤粉的着火，在一次风速一定的前提下，磨煤机出口风粉温度越高，煤粉着火越容易，对低负荷稳燃越有利。此外，在不改变一次风速的前提下，提高磨煤机出口风粉温度，磨煤机进口冷风量会减少，如运行氧量维持不变，通过空气预热器的风量会增加，空气预热器换热量增加，排烟温度将有所降低。

低负荷下采取适当降低运行氧量、适当降低煤粉细度、适当降低一次风速、适当提高直吹式磨煤机出口风粉温度、采取合适的配风方式、投运下层燃料、下摆燃烧器喷嘴等运行技术，可有效提高锅炉热效率，减少机组低负荷运行对煤耗的影响。

参考文献

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