300MW电厂燃煤锅炉燃烧优化调整浅析

罗家宝

（国家能源集团阳宗海发电有限公司，昆明 652103）

目前国内燃煤电厂仍在继续运行，而且对于电网的稳定、调峰等必不可少，其中燃煤电厂锅炉的重要性尤为突出。燃煤锅炉在运行中存在着不同程度的问题，其中锅炉燃烧问题是重中之重，弄清燃烧调整存在的问题，对症下药，不断探究优化锅炉的燃烧调整措施，有效提升锅炉运行经济效益及安全稳定性是燃煤锅炉运行的一项重要任务。

1 燃烧优化调整的目的及意义

300MW电厂燃煤锅炉燃烧优化调整是在机组安全稳定运行及满足外界负荷要求的前提下进行的，目的是稳定锅炉燃烧，减少锅炉热损失，降低锅炉系统辅机与风烟系统电耗，探究最佳燃烧调整方式，改善炉内燃烧工况，提高炉内燃烧效率，以提升锅炉整体效率。锅炉燃烧的调整和优化是锅炉运行过程中的主要内容之一，对锅炉的燃烧效率十分关键[1]，对减少锅炉设备损害，减少污染物排放，提高机组经济性能尤为重要。

2 燃烧调整中存在的问题

300MW机组锅炉燃烧调整中经常出现以下问题：

1）煤质变化较大，煤质较差，运行参数控制不合理。

2）各种煤质情况下煤粉细度调整不合理。

3）一次、二次风调整不当，配风不合理。

4）制粉系统负荷分配不合理，燃烧器摆角调整不当。

5）对炉膛压力的控制和关注不够密切。

6）存在其他调整不合理的情况。

以上问题容易导致燃烧状况差，主再热蒸汽温度降低，减温水量大幅度变化，各受热面金属壁温超温，泄漏爆管，结焦[2]，烟温偏差大，排烟温度高，飞灰炉渣含碳量高，风烟系统电耗高等各种问题。

3 燃烧优化调整措施

3.1 对煤质变化的应对措施

为适应煤炭市场紧张情况，降低燃料成本，本厂300MW烟煤锅炉大量掺烧或全烧褐煤。褐煤挥发分在40%～50%左右，容易着火燃尽，但是水分大，发热量低，一般在3000kcal/kg～4000kcal/kg之间，掺杂泥土等异物较多，可磨性指数低，且飞灰熔点较低，易结渣。因为褐煤挥发分较高，煤粉比较容易自燃和爆炸，所以给燃烧优化调整带来较大困难。

以下是本厂几种褐煤煤质情况，见表1。

表1 本厂几种褐煤煤质情况Table 1 The coal quality of several lignites in our factory

1）大量掺烧褐煤期间，需做好炉膛火焰火检监视，密切关注制粉系统各参数，经常检查燃油系统是否正常，油枪备用是否良好。若有断煤堵煤情况，及时投油稳燃，防止燃烧不稳造成熄火。

2）加强炉膛热负荷、火检强度、炉膛负压、汽包水位、炉膛出口氧量，高、低温过热器后烟温、排烟温度等参数的监视，参数异常波动时，及时调整，采取稳燃措施。

3）在处理制粉系统缺陷或故障时，可投入等离子点火器运行，减少燃油消耗。

4）本厂使用的中速碗式磨煤机，正压、一次风直吹式制粉系统，底部设石子煤排除系统，经常出现石子煤排除系统结焦堵塞情况。因此，必须经常检查每台磨煤机石子煤排除情况、石子煤量、石子煤程序控制系统等，防止石子煤系统故障引起被迫停运制粉系统而导致燃烧不稳定等问题。

5）另一个重要方面是由于褐煤煤粉挥发分高，容易自燃爆炸，控制好磨煤机出口温度尤为重要。全烧褐煤时，磨煤机出口温度控制在45℃～55℃范围；烟煤掺烧量≥60%，磨煤机出口温度不超60℃控制；烟煤掺烧量≤40%，按全烧褐煤控制磨煤机出口温度；烟煤掺烧40%～60%，磨煤机出口温度不超57℃控制，磨煤机通风量均不低于100km3/h，同时加强磨煤机电流、磨碗差压、风压等参数监视。磨煤机停运过程中，控制磨煤机出口温度不超70℃，风量不低于90km3/h，吹扫不少于10min，充分抽尽磨煤机内余粉，防止磨煤机着火爆炸。

3.2 适当的煤粉细度

煤粉细度存在一个最佳经济煤粉细度，可通过制粉系统电耗、可磨性指数和锅炉燃烧优化调整试验确定。

由图1可知，煤粉最佳经济细度与排烟热损失、机械未完全燃烧热损失，制粉系统金属消耗量、磨煤机电耗有关，需要通过制粉系统性能、燃料性质和锅炉燃烧调整确定，所以，煤质变化时应及时调整磨煤机粗细粉分离器挡板，使煤粉细度尽量接近最佳经济细度，保证炉膛着火情况最佳。

图1 煤粉经济细度的曲线图Fig.1 Curve of economic fineness of pulverized coal

3.3 合理调整一次风

一次风用来输送和干燥煤粉，并提供煤粉中挥发分燃烧的氧量，对一次风的调节主要是一次风量、温度、风速和一次风率4个方面的控制与优化。

1）一次风量主要取决于煤质条件。当煤质确定，一次风量影响煤粉气流着火速度和着火稳定性[3]。一次风量大，煤粉气流加热至着火所需的热量就越多，着火速度就越慢，火焰中高，容易引起过再热器管壁超温；燃烧不完全，飞灰含碳量升高，炉膛出口烟温升高，炉膛出口受热面结焦，影响锅炉安全经济运行。

一般情况下，在不影响磨煤机干燥出力的情况下，适当减小一次风量。调整一次风量，应根据煤粉着火特性和干燥出力来调整。

表2 四角布置燃烧器一次风速推荐值Table 2 Recommended values of primary air velocity for four-corner-arranged burners

2）一次风温度影响煤粉着火和燃烧速度。一次风温低煤粉着火推迟，燃烧不稳定，燃烧效率降低，导致炉膛出口烟温升高，引起过热器超温或汽温升高，提高一次风温度着火较好，有利于炉内燃烧工况，是低负荷稳燃的一个重要措施。

但是，一次风温不可不顾及其它参数而提高。根据煤种不同，挥发分也不同，此时要考虑制粉系统的安全性问题，应严格控制好磨煤机出口温度不超限。

3）一次风速也是建立炉内良好燃烧工况的必要条件。一次风速过高，着火推迟，火焰中心升高，而且当风速大于火焰传播速度时容易造成“脱火”现象，导致燃烧不稳定甚至会吹灭火焰，导致锅炉熄火。

一次风速过低，煤粉气流刚性减弱，旋转切圆不理想，火焰容易偏斜，容易发生“回火”现象，导致燃烧器喷口烧坏，同时还会造成送粉管堵塞，燃烧器喷口结焦情况。

所以，需要根据不同煤种、不同掺烧比例和燃烧器型式来调整一次风速，主要保证煤粉气流有一定刚度，加热良好，炉内扰动强烈，不“回火”，不“脱火”，不堵磨，送粉通畅，与一次风温度共同控制调整燃烧。

4）一次风率主要是相对于进入炉膛总风量的多少而言，主要体现在一次风量的调整控制，原则上只要能满足挥发分的燃尽即可。一次风率过小，煤粉燃烧初期氧量不足，挥发分析出时不能完全燃烧，因此会影响着火速度。

3.4 二次风的控制是关键

本厂300MW燃煤锅炉二次风即为送风机送进炉膛内的风量。适量的二次风供应，为燃料充分燃烧提供足够的氧气。

1）二次风量（氧量）的控制

二次风量供应不足，煤粉得不到足够的氧气，炉膛火焰一般呈暗红色，火焰闪烁，容易造成灭火事故[4]。煤粉燃烧不完全，导致缺氧燃烧所产生的CO含量、化学和机械未完全燃烧，热损失增加。

二次风量过大，容易导致炉膛内整体温度水平下降，火焰中心上移，主再热器管壁容易超温，炉膛出口烟温升高，排烟热损失增大，风烟系统电耗增加；另一方面，热力型NOx急剧增加，导致脱硝系统喷氨量增加，出现不经济现象。

因此，合适的炉膛总风量使炉膛内火焰稳定且尽量接近金黄色，合理控制烟气含氧量可使锅炉总的热损失最小，热效率达到最高。

2）二次风与炉膛烟气压差的控制

在锅炉不同负荷阶段，二次风与炉膛烟气压差控制范围也应该相应改变。负荷较低时，二次风与炉膛烟气压差较高，容易引起燃烧波动较大，出现吹灭等情况。因此，调节好二次风与炉膛烟气压差对煤粉燃烧的稳定性、燃尽性及NOx的排放量至关重要。

低负荷时，应适当开大辅助风门，既保证足够的燃烧所需氧量，又能减小二次风与炉膛烟气压差，使炉膛着火良好，提高锅炉燃烧的安全性与经济性。

3）辅助风与燃尽风量控制[5]

锅炉燃烧器辅助风主要有纯二次风口、油枪周界风、煤粉周界风、燃尽风和高位燃尽风。

底层辅助风具有托粉助燃的作用，正常运行时纯二次风和油枪周界风主要提供燃烧所需的氧量，调节煤粉刚度、充分混合煤粉；燃尽风主要是提供煤粉最后燃烧所需空气量，使煤粉完全燃尽；高位燃尽风主要是补充燃烧后期所需氧，减少烟温偏差，通过改变整体辅助风配风方式来实现分级燃烧，有效减少热力型NOx生成。

正常运行时底层辅助风一般开度大，有利于托粉和混合助燃，低负荷时可适当减小周界风开度，减小煤粉气流刚度，防止火焰中心上移燃烧不稳；负荷较高时，适当增大燃烧器周界风门开度，防止燃烧器结焦或发生煤粉贴壁情况。

辅助风、燃尽风的大小应根据实际燃烧的煤质情况、燃烧火焰情况、炉膛出口烟气氧量、飞灰炉渣含碳量、炉膛结焦情况、NOx浓度、主再热汽温、炉膛出口烟温偏差、排烟温度等实际情况调节。

4）二次风配风总体方式

一般情况下，锅炉二次风配风有以下几种基本方式：

① 均等配风：辅助风门开度一致，炉内的热负荷分布均匀，适用于燃烧稳定的大负荷配风，但在低负荷、低挥发分煤种时，易造成燃烧不稳定。

② 束腰配风：将中部二次风适当关小，提高局部断面热负荷，有利于燃烧稳定，适用于低负荷燃烧不稳定情况，但束腰部分二次风量小，容易烧坏燃烧器和引起局部结焦。

③ 鼓腰配风：将中部的二次风适当开大，切割分离燃烧中心，降低炉内温度，适用于炉膛温度过高或易结焦情况，但是易造成燃烧不稳定，锅炉经济性下降。

④ 倒宝塔型配风：适当收小下部二次风，开大上部二次风，火焰中心上移，有利于再热气温升高，但过再热器管壁容易超温。

⑤ 正宝塔型配风：适当开大下部二次风，关小上部二次风，煤粉与空气混合充分，易燃尽，燃烧效率高，但是燃料型NOx浓度排放量会增加。

应根据实际燃烧的煤质情况、负荷高低等情况，选择合适的配风方式并进行调节优化。

3.5 炉膛负压的调节

炉膛负压是反映锅炉燃烧工况变化和燃烧系统故障最直接的一个重要参数。炉膛负压增大，火焰中心上移，同时会增加锅炉本体和烟道的漏风，导致燃烧情况恶化，极易发生灭火事故[6]，同时使引风机电耗增加。炉膛负压偏低或产正时，火焰及高温飞灰将可能从炉膛不严密处喷出，使燃烧工况恶化且危及人身及设备安全。正常运行时，炉膛负压应该维持在一定范围，波动较为平缓且不超限。

在调整炉膛负压时，根据烟气氧量变化来增减引风机、送风机出力，配合增减燃料量；控制两台送风机、两台引风机出力基本一致，防止单侧引风机出现“抢风”现象或风机运行掉入喘振区，影响锅炉安全运行。

3.6 制粉系统负荷分配与燃烧器摆角控制

1）制粉系统负荷分配

各制粉系统煤量的分布情况也会影响锅炉燃烧调整，与上部燃烧器对应的制粉系统煤量较多时，上部燃烧器热负荷高，火焰中心升高，同样给锅炉运行经济性带来很大影响。

在配煤掺烧中，易于燃烧的煤种应放在对应于上层燃烧器的制粉系统中。难燃煤种应置于下层燃烧器对应的制粉系统中，使煤粉在炉膛中能充分地混合加热，延长燃烧时间，确保充分燃尽。

2）燃烧器摆角调节

燃烧器喷嘴设计为上下可摆动，主要是根据过热汽温、再热汽温和减温水实际情况来调节炉膛火焰中心高度。燃烧器摆角一般不可以大幅度调整，机组启、停过程中摆角一般调整在水平位置；正常运行中，视火焰中心、主、再热温度，壁温控制情况，小范围间断调整燃烧器摆角。

3.7 其他方面调整与优化

1）减少锅炉本体漏风

锅炉漏风是锅炉运行中的常见问题。炉底水封破裂、炉墙人孔、观察孔漏风容易使火焰中心上移，主再热汽温超限、金属壁温超限，减温水量增加，引风机出力增大等，影响锅炉安全性和经济性。应经常检查炉底水封情况和锅炉本体各孔门情况，及时处理，减少漏风问题。

2）四角切圆直径调整

四角切圆燃烧的炉膛内四股气流以一定角度相互作用，形成一个有一定直径的假想切圆。气流偏斜程度影响假想切圆直径，从而影响煤粉气流贴墙、结焦情况、汽温调节、炉膛火焰的充满程度和燃烧稳定性[7]。

当切圆直径较大时，上游邻角火焰向下游煤粉气流的根部靠近，煤粉的着火条件较好，有利于燃尽。但容易烧坏燃烧器喷口，火焰贴墙，水冷壁容易结焦等问题。

当切圆直径过小时，容易出现对角煤粉气流对撞，火焰推迟，燃烧不稳定等情况，影响锅炉安全运行。

所以，当锅炉燃烧煤质变化较大时，有必要对切圆直径进行适当调整。但是，一般情况下，四角切圆燃烧切圆直径根据锅炉设计煤种及炉膛容积等参数在锅炉设计安装时已经确定，实际运行中切圆直径可调节性并不高。

4 结束语

燃煤电厂锅炉燃烧优化调整措施能够有效提高锅炉整体效率，为锅炉运行经济性及安全稳定运行提供有效保障，在实际运行中要随时关注各种优化调整手段，各种方式结合为一个整体，不断发现问题，分析问题，并进行有效可行的优化调整，同时应不断摸索新的调整手段并综合应用，最大限度实现高效率高水平运行，降耗节能，减少污染物排放的目标。