330 MW锅炉燃烧试验及优化调整

(广州中电荔新热电有限公司，广东 广州 511340)

在火电厂中，锅炉的运行对火力发电的效率有决定性作用，对锅炉运行方案的调整与优化不仅是火力发电的要求，同时也符合我们对可持续发展理念的贯彻[1]。运行实践表明，掌握锅炉燃烧的最佳运行方式和各种影响因素变化的规律，对于锅炉的安全、经济运行有重要意义。

1 设备概况

某电厂1#锅炉型式为亚临界参数，汽包自然循环，四角切圆燃烧，直吹式制粉系统，一次中间再热摆动燃烧器调温，平衡通风，单炉膛“π”型布置，全钢架全悬吊结构，紧身封闭，炉顶带金属防雨罩，固态排渣煤粉炉。锅炉型号为DG1080/17.4-II6型。

锅炉炉膛采用百叶窗式水平浓淡喷嘴摆动式直流燃烧器，四角布置，切圆燃烧方式，四角燃烧器喷口中心线分别与炉膛中心的两假想圆相切，1#、3#角反向切小圆，2#、4#角正向切大圆，两假想切圆的直径分别为372 mm和856 mm。每角共装设14层喷嘴：5层煤粉燃烧器(一次风A、B、C、D、E喷口)、5层辅助风(二次风AA、AB、BC、CD、DE喷口)、4层燃烬风(SOFA1、SOFA2、SOFA3、SOFA4喷口)。每层煤粉燃烧器周围配有周界风，在7层辅助风之中配有3层轻油燃烧器，在A、B两层煤粉燃烧器之中配有等离子体点火设备，可实现锅炉的无油启动和低负荷无油稳燃。燃烧器喷嘴为摆动式，燃烧器上组4个燃烬风喷口可上下摆动±20°，中组喷口能上下摆动±30°，下组喷口能上下摆动±30°(安装等离子的A、B层将解列，不参与摆动)，燃烧器上、中、下组喷口的摆动由气动执行器带动完成，每角每组燃烧器配1个气动执行器，每角共3个，全炉共12个，为组控。周界风风室和二次风(辅助风)风室的风门的每角每层各1个气动执行器控制，为层控。锅炉设计煤种是山西大同烟煤，校核煤种是山西大同烟煤。

2 燃烧试验方案

在100%负荷和75%负荷工况下，调整锅炉运行氧量、锅炉配风方式和一次风压，可获得锅炉经济的运行方式。

高负荷燃烧调整试验包括以下步骤。

1)氧量调整试验：分别在1.8%、2.3%、2.9%、3.2%这4个氧量条件下进行试验；

2)配风方式调整试验：分别在常规配风、均匀配风和细腰型配风这3个配风条件下进行试验；

3)一次风压调整试验：分别在热一次风母管压力为7.5 kPa、8.5 kPa、9.5 kPa的条件下进行试验。

75%负荷燃烧调整试验包括以下步骤。

1)氧量调整试验：分别在3%、3.5%、3.8%这3个氧量条件下进行试验；

2)配风方式调整试验：分别在常规配风、均匀配风和细腰型配风这3个配风条件下进行试验；

3)一次风压调整试验：分别在热一次风母管压力为7 kPa、7.8 kPa、8.8 kPa、9.4 kPa进行试验。

3 试验数据及结果

3.1 氧量调整试验

运行氧量的调整试验分别在高负荷和中负荷条件下进行。在同一负荷条件下，调整锅炉的运行氧量，研究运行氧量对锅炉燃烧状况的影响[2]。

3.1.1 高负荷工况运行氧量调整试验

高负荷工况变氧量运行试验分别在1.8%、2.3%、2.9%、3.2%这4个氧量下进行。氧量调整试验在习惯配风工况下进行，即一层燃烬风50%开度而其他燃烬风全开，底层二次风全开而其他二次风50%开度，周界风50%开度。另外，氧量代表锅炉二次风配风乃至炉膛整体配风的水平[3]，为了减少飞灰炉渣可燃物，尝试在氧量设定值为3.5%且提高运行燃烧器周界风的情况下，观察飞灰炉渣可燃物、脱硝入口NOx浓度等指标的变化。记录这5个试验工况下锅炉运行的主要数据，见表1。

表1 高(工况5/2/3/7/6)、中(工况11/10/9)负荷氧量调整试验结果

分析试验数据可知：

1)运行氧量从1.8%提高到2.9%，机械不完全燃烧热损失明显下降，氧量提高至2.9%以后，进一步提高运行氧量，机械不完全燃烧热损失没有明显变化，因此高负荷工况下建议运行氧量控制在2.9%以下；

2)提高运行氧量后，CO浓度明显下降，化学不完全燃烧热损失减少；

3)提高运行氧量后，排烟热损失明显增加；

4)综合各方面的影响因素，2.3%氧量工况的热效率最高为94.375%；

5)在3.5%的运行氧量工况中，同时提高运行煤层周界风开度，即从50%提高到70% ，但飞灰炉渣可燃物并没有明显下降；

6)运行氧量提高到2.9%后，省煤器出口 NOx浓度明显增加。

综上所述，高负荷工况下建议运行氧量控制在2.9%以下，最佳运行氧量为2.3%左右，2.3%运行氧量工况的热效率最高为94.375%。

3.1.2 中负荷工况运行氧量调整试验

中负荷工况变氧量运行试验分别在3%、3.5%、3.8% 3个氧量下进行。氧量调整试验在细腰型配风工况下(详见配风调整试验)进行，即一层燃烬风75%开度而其他燃烬风全开，底层二次风全开，AB层二次风80%开度，A层周界风80%开度。记录这3个试验工况下锅炉运行主要数据，见表1。

分析试验数据可知：

1)采用细腰型配风后，3个工况中的飞灰炉渣可燃物均可控制在2.58%以下，3.5%氧量以下工况省煤器出口的NOx浓度也可控制在200 mg/m3以下。可见，细腰型配风在控制飞灰炉渣可燃物的同时，可兼顾控制NOx生成浓度；

2)提高运行氧量后，CO浓度明显下降，化学不完全燃烧热损失减少；

3)提高运行氧量后，排烟热损失明显增加；

4)综合各方面的影响因素，3%运行氧量工况下的热效率最高为94.444%；

综上所述，中负荷工况下建议运行氧量控制在3%左右，3%氧量工况的热效率最高为94.444%。

3.2 配风调整试验

在同一负荷和运行氧量条件下，调整配风方式进行试验，观察配风调整对NOx生成量、飞灰炉渣可燃物及一氧化碳排放量的影响[4]配风调整试验在高负荷和中负荷工况下进行。在前面试验的基础上，考虑到控制NOx生成浓度和炉渣可燃物的需求，高负荷配风方式调整试验在常规配风(倒三角)、均匀配风和细腰型配风这3个配风条件下进行。

3.2.1 高负荷配风调整试验

高负荷工况配风调整试验在3%氧量下进行。配风方式调整试验在常规配风、均匀配风和细腰型配风这3个配风条件下进行。记录这3个试验工况下锅炉运行主要数据，见表2。

分析试验数据可知：细腰型配风的炉渣可燃物最低为2.47%，细腰型配风增加了底层二次风量，可以有效降低炉渣可燃物含量，同时不会增加省煤器出口NOx浓度。另外，细腰型配风方式的锅炉热效率最高为94.351%。

表2 高(工况3/6/8)、中(工况4/15)负荷配风调整试验及燃烬风开度调整试验(工况16/17/18)结果

综上所述，结合本锅炉特性，建议采用细腰型配风方式。

3.2.2 中负荷配风调整试验

中负荷工况的配风调整试验在3.5%运行氧量下进行。配风方式调整试验在常规配风和细腰型配风这两个配风条件下进行，另外为了研究燃烬风开度对燃烧影响，进行燃烬风开度分别为100%、80%和60%的试验。记录常规配风和细腰型配风两个试验工况下锅炉运行主要数据，见表2。

分析试验数据可知其与高负荷配风试验结果相似。细腰型配风的炉渣可燃物含量为2.93%，相对常规配风工况大幅下降。细腰型配风方式的锅炉热效率为94.45%，高于常规型配风。同时细腰型配风的省煤器出口NOx浓度小幅升高，但仍然小于200 mg/m3。

综上所述，中负荷工况也建议采用细腰型配风方式。

记录3个燃烬风开度试验工况下锅炉运行的主要数据，见表2。不同燃烬风开度试验只改变第2至4层燃烬风开度。

分析试验数据可知，燃烬风开度关小，飞灰炉渣可燃物含量随之下降，且锅炉热效率提高，但省煤器出口NOx浓度也随之升髙。燃烬风开度从100%关至80%的过程中，省煤器出口NOx浓度只有小幅升高，但锅炉效率可以有效提高。

综上所述，建议在中负荷工况可以视省煤器出口NOx的浓度适当关小燃烬风开度。

3.3 一次风压调整试验

在同一负荷、运行氧量和配风方式的条件下，调整一次风压力进行试验，观察其对降低能耗、提高电厂的效率[5]，以及锅炉燃烧的影响。一次风压力调整试验在高负荷和中负荷工况下进行。高负荷工况下的试验一次风压力设定为7.5 kPa、8.5 kPa、9.5 kPa；中负荷工况下的试验一次风压力设定为7 kPa、7.8 kPa、8.8 kPa、9.4 kPa。

3.3.1 高负荷一次风压调整试验

记录高负荷一次风压调整试验3个工况下锅炉运行的主要数据，见表3。

表3 高(工况24/22/23)、中(工况21/15/19/20)负荷一次风压调整试验结果

分析试验数据可知，一次风压的提高会大幅增加一次风机电流，但是对锅炉燃烧的影响不明显，而降低一次风压力会增加粉管积粉的风险。习惯运行一次风压力8.5 kPa的工况热效率最高为94.355%。

综上所述，建议维持当前一次风压力(8.5 kPa)运行。

3.3.2 中负荷一次风压调整试验

记录中负荷一次风压调整试验4个工况下锅炉运行的主要数据，见表3。

分析试验数据可知，中负荷一次风压力试验与高负荷工况有相似规律。

综上所述，建议维持当前一次风压力(7.8 kPa)运行。

4 结语

本次锅炉燃烧试验，通过调整锅炉运行氧量、锅炉配风方式和一次风压，得到了相关数据，获得了某电厂1#锅炉经济的运行方式，掌握了锅炉燃烧各种影响因素变化的规律[6]，使得锅炉燃烧调整得到优化，锅炉效率得到提高。