600MW機(jī)組燃燒調(diào)整試驗研究

傅勇強(qiáng)，李奎，陳乃曉，何勁波，程強(qiáng)，姚斌

600MW機(jī)組燃燒調(diào)整試驗研究

傅勇強(qiáng)1，李奎1，陳乃曉1，何勁波1，程強(qiáng)2，姚斌2

（1.湛江中粵能源有限公司，廣東 湛江 524000；2.華中科技大學(xué)能源與動力學(xué)院，武漢 430074）

通過磨煤機(jī)系統(tǒng)調(diào)整試驗，探討了煤粉細(xì)度和能耗與分離器擋板開度、加載力、出力、風(fēng)量等的關(guān)系，優(yōu)化了磨煤機(jī)運行參數(shù)，改善了磨煤機(jī)風(fēng)煤比均衡性及煤粉細(xì)度。通過變一次風(fēng)量、變氧量、變二次風(fēng)和三次風(fēng)以及變?nèi)紵髋滹L(fēng)等試驗，研究了鍋爐運行各參數(shù)對鍋爐效率的影響。根據(jù)試驗結(jié)果對機(jī)組運行參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，解決了機(jī)組運行過程中存在的飛灰可燃物含量高、排煙溫度高等問題，保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運行。

鍋爐；煤粉細(xì)度；燃燒調(diào)整；參數(shù)優(yōu)化；效率

1 設(shè)備概況

湛江中粵能源有限公司600MW機(jī)組是一套油改煤機(jī)組，鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的DG2030／17.5-П8型亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼架的П型燃煤汽包爐。燃燒器采用外濃內(nèi)淡型低NOx軸向旋流式煤粉燃燒器（DBC-OPCC型），共30只，前后對沖燃燒方式，分3層分別布置在鍋爐前后墻水冷壁上，每層各有5只燃燒器。制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，配備6臺ZGM113G型中速輥式磨煤機(jī)，燃用設(shè)計煤種時，其中1臺備用。鍋爐設(shè)計煤種為平三煙煤，校核煤種1為伊泰煙煤，校核煤種2為準(zhǔn)格爾煙煤，煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)見表1。

表1 設(shè)計和校核煤種的煤質(zhì)特性

該機(jī)組于2011年8月改造后投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組運行過程中存在飛灰及大渣可燃物含量高、鍋爐排煙溫度高、兩側(cè)氧量不均、煤耗偏高、鍋爐效率較低等問題，降低了機(jī)組運行的安全性和穩(wěn)定性。為解決機(jī)組現(xiàn)存問題、掌握機(jī)組運行特性、提高鍋爐運行的安全、經(jīng)濟(jì)性，對機(jī)組進(jìn)行了燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗。

2 燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗結(jié)果及分析

由于鍋爐的結(jié)構(gòu)以及所用燃料基本特性都是一定的，因此通過磨煤機(jī)得到的煤粉細(xì)度和均勻性、燃燒所需的氧量供應(yīng)及燃燒所需的配風(fēng)供應(yīng)等決定了鍋爐的燃燒性能。燃燒調(diào)整試驗依據(jù)GB 10184—1988《電站鍋爐性能試驗規(guī)程》［1］進(jìn)行，并參照《鍋爐燃燒試驗研究方法及測量技術(shù)》等文獻(xiàn)［2］；磨煤機(jī)試驗按照DL／T 467—2004《電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗》［3］進(jìn)行。

2.1 制粉系統(tǒng)試驗調(diào)整

磨煤機(jī)是燃煤鍋爐的主要組成設(shè)備，對磨煤機(jī)進(jìn)行優(yōu)化是對燃煤發(fā)電機(jī)組進(jìn)行燃燒調(diào)整的主要內(nèi)容。尤其是直吹式制粉系統(tǒng)，其磨煤機(jī)特性、煤粉細(xì)度以及各粉管的流量偏差將直接影響爐內(nèi)燃燒和燃盡狀態(tài)、飛灰和大渣中可燃物含量，最終會影響鍋爐效率。試驗過程中通過一次風(fēng)速調(diào)平減小了燃燒偏差；通過調(diào)節(jié)分離器擋板開度來控制磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度；通過調(diào)整磨煤機(jī)加載力、通風(fēng)量和出力分析了這些因素對煤粉細(xì)度及磨煤電耗的影響。

（1）鍋爐兩側(cè)氧量出現(xiàn)偏差的原因在于各組燃燒器的配風(fēng)比例、磨煤機(jī)兩端風(fēng)煤比均衡性不同。在冷態(tài)條件下調(diào)整磨煤機(jī)各粉管可調(diào)縮孔，對一次粉管的阻力進(jìn)行調(diào)平，然后在熱態(tài)下重新調(diào)整，最終將各粉管一次風(fēng)速偏差控制在±5%以內(nèi)。然后通過控制磨煤機(jī)分離器出口溫度一致，可以控制磨煤機(jī)兩端風(fēng)量煤量均衡，從而減小燃燒偏差。以A，B磨煤機(jī)的粉管一次風(fēng)速調(diào)平為例，試驗結(jié)果見表2。通過調(diào)整粉管一次風(fēng)速和分離器出口溫度，減小了鍋爐兩側(cè)氧量和溫度偏差。

（2）粗粉分離器擋板開度的大小對輸粉管內(nèi)的煤粉流量的偏差和煤粉細(xì)度R90具有十分顯著的影響［4］。煤粉流量偏差增大后對煤粉在爐膛內(nèi)的充分燃燒極為不利，特別是具有相對獨立燃燒特點的旋流式燃燒器，煤粉細(xì)度、流量和濃度等因素對其內(nèi)部的充分燃燒具有十分重要的影響。燃燒器內(nèi)煤粉流量偏小會導(dǎo)致燃燒器出口的燃燒放熱量偏低，出口火焰溫度也會變低，同時各個燃燒器出口火焰溫度的均勻性降低，從而使?fàn)t膛內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性和燃燒效率隨之降低。而煤粉細(xì)度在很大程度上影響著飛灰和大渣中可燃物的含量。

如圖1所示，隨著分離器擋板開度的增大，煤粉細(xì)度R90變大，磨煤電耗減小，但擋板開度大于70%以后，R90基本沒有變化。表3為調(diào)整前、后各臺磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度，該機(jī)組的設(shè)計細(xì)度為R90＝16%，但實際煤粉細(xì)度不均且遠(yuǎn)大于16%，因而導(dǎo)致了爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定、飛灰和大渣中可燃物含量高等問題，通過將煤粉細(xì)度調(diào)整到合理范圍，降低了飛灰和大渣中可燃物含量，改善了燃燒的均勻性。

圖1 B磨煤機(jī)擋板開度對磨煤粉細(xì)度和磨煤單耗的影響

（3）磨煤機(jī)加載力每變化1MPa，煤粉細(xì)度R90變化2.5%，磨煤電耗變化0.1（kW·h）／t。

（4）A磨煤機(jī)出力分別為35，45和55 t／h時，對應(yīng)的煤粉細(xì)度 R90分別為 11.61%，13.60%和18.84%時，磨煤單耗分別為10.14，9.00和9.45（kW·h）／t?？梢?，隨著出力的增大，煤粉細(xì)度增大而磨煤單耗降低。

（5）通風(fēng)量增大時，煤粉細(xì)度隨之增大，而磨煤電耗變化不明顯。

通過磨煤機(jī)變加載力、變出力和變風(fēng)量試驗，掌握了制粉系統(tǒng)的運行特性，對磨煤機(jī)日常運行具有較好的指導(dǎo)作用，有利于制粉系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運行。

表2 磨煤機(jī)各粉管一次風(fēng)速調(diào)整試驗結(jié)果

表3 各臺磨煤機(jī)調(diào)整前、后煤粉細(xì)度 %

2.2 一次風(fēng)量調(diào)整對燃燒的影響

磨煤機(jī)與燃燒器的匹配性能對鍋爐內(nèi)煤粉著火燃燒影響重大。表4為一次風(fēng)量調(diào)整試驗結(jié)果，該試驗將一次風(fēng)量降低8 km3／h左右，由表4可見：飛灰含碳量和未燃盡碳損失都減小，修正后排煙溫度降低了4℃，排煙熱損失有所降低，鍋爐效率增加了0.20%。實際運行中，旋流燃燒器中心回流區(qū)隨著一次風(fēng)量的增大而縮小，同時使得著火區(qū)煤粉濃度降低，火焰溫度降低，延遲了煤粉氣流的著火時間，鍋爐一次風(fēng)量偏大及一次風(fēng)壓偏高也是導(dǎo)致一次風(fēng)機(jī)出力不足的部分原因。因此，適當(dāng)降低一次風(fēng)量，可以改善煤粉燃燒環(huán)境，降低排煙溫度，提高鍋爐效率。

表4 一次風(fēng)量調(diào)整試驗結(jié)果

2.3 氧量調(diào)整對燃燒的影響

在對一次風(fēng)量優(yōu)化后，氧量的調(diào)整控制就變成了影響鍋爐燃燒效率的重要因素。在氧量調(diào)整過程中，增加進(jìn)入鍋爐內(nèi)一次風(fēng)的氧量將提高煤粉的燃燒效率，同時會降低飛灰中的可燃物含量。然而，增加氧量的同時也增加了煙氣量，從而導(dǎo)致鍋爐的排煙損失增加，且使得一次風(fēng)機(jī)的耗電量增加。因此，過低或過高的氧量均對燃燒不利，合理的氧量控制對降低排煙溫度和飛灰可燃物含量、提高鍋爐效率非常重要。

表5為鍋爐高、中、低負(fù)荷下的氧量調(diào)整試驗結(jié)果。由表5可以看出，在高負(fù)荷和中等負(fù)荷下，過低的氧量帶來的排煙溫度和排煙熱損失的降低并不足以抵消飛灰含碳量增加帶來的不利影響，因此，過低的氧量下鍋爐效率較低。而在低負(fù)荷下，過高的氧量帶來飛灰含碳量的減少也不足以抵消排煙溫度和排煙熱損失的增大，爐膛內(nèi)的一次風(fēng)氧量提高后會導(dǎo)致送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)的耗電量增加，因此在運行過程中氧量過高會嚴(yán)重影響鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運行。600，450和300 MW負(fù)荷下運行氧量宜分別控制在3.0%，4.5%和6.5%左右。

2.4 二次風(fēng)和三次風(fēng)配送對燃燒的影響

爐內(nèi)的燃燒過程中，二次風(fēng)攜帶已經(jīng)著火的風(fēng)煤向下引射到足夠深度的下爐膛，從而起到了延長火距行程的作用；三次風(fēng)可以補(bǔ)充爐膛內(nèi)火焰完全燃燒所需的空氣，保證分級燃燒并調(diào)節(jié)火炬的長度，加大三次風(fēng)量后可以使后期燃燒加強(qiáng)，但是三次風(fēng)量過大將使火炬的行程縮短，導(dǎo)致飛灰中的含碳量增大，不利于煤粉燃盡。從鍋爐結(jié)渣的角度對其進(jìn)行分析，當(dāng)三次風(fēng)量增大時，火焰拉長，燃燒中心下移，中下部燃燒區(qū)域的溫度降低，同時也降低了鍋爐爐膛水冷壁結(jié)渣的可能性［5］。

表6為600MW負(fù)荷下均衡配風(fēng)和縮腰配風(fēng)試驗結(jié)果。與縮腰配風(fēng)方式相比，均衡配風(fēng)方式的排煙溫度較低，排煙損失和未燃盡碳損失均稍小，修正后的鍋爐效率稍大。圖2所示為三次風(fēng)擋板開度調(diào)整試驗結(jié)果。隨著三次風(fēng)開度的增大，特別是當(dāng)開度大于70%時，排煙熱損失明顯增大，相應(yīng)的鍋爐效率減小。因此，將二次風(fēng)采用均衡配風(fēng)方式、三次風(fēng)開度維持在60%為佳。

表5 氧量調(diào)整試驗結(jié)果

表6 二次風(fēng)配風(fēng)方式試驗結(jié)果

圖2 三次風(fēng)開度對燃燒的影響

2.5 直二次風(fēng)開度和旋二次風(fēng)旋度對燃燒的影響

合理的直二次風(fēng)開度和旋二次風(fēng)旋度對爐膛內(nèi)煤粉著火燃燒及反應(yīng)時間有較大影響。攜帶著煤粉的這部分氧量在整個火焰行程中貫穿著，使得飛灰中的可燃物與氧充分接觸同時繼續(xù)燃燒，延緩二次風(fēng)氣流速度的衰減并增強(qiáng)火焰中后期飛灰可燃物的混合作用。

直二次風(fēng)開度試驗結(jié)果見表7，該試驗在三次風(fēng)開度為60%的條件下進(jìn)行，分2種工況：工況1，B，D磨煤機(jī)直二次風(fēng)套筒開度為400mm、其他磨煤機(jī)套筒開度為300mm；工況2，所有磨煤機(jī)套筒開度均為400mm。試驗結(jié)果顯示：直二次風(fēng)套筒開度維持在400mm時鍋爐效率較高。旋二次風(fēng)旋度試驗結(jié)果見表8，隨著旋度的增大，飛灰可燃物含量和大渣含碳量均降低，排煙熱損失變化不大，鍋爐效率增大。因此，將旋二次風(fēng)旋度維持在80%為佳。

2.6 燃燒調(diào)整優(yōu)化試驗

在初步掌握了各系統(tǒng)的運行特性之后，根據(jù)各子調(diào)節(jié)過程中的建議調(diào)整方式對整個系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化試驗，試驗結(jié)果見表9。從試驗結(jié)果可以看出：基準(zhǔn)工況和優(yōu)化工況下修正后的排煙溫度分別為130.40和119.14℃；修正后的鍋爐效率分別為93.34%和93.92%；修正后排煙溫度降低了11.26℃，鍋爐效率提高了0.58%。優(yōu)化調(diào)整試驗降低了飛灰、大渣中可燃物含量以及排煙溫度，提高了鍋爐效率。

表7 直二次風(fēng)開度試驗結(jié)果

表8 旋二次風(fēng)旋度試驗結(jié)果

表9 優(yōu)化工況試驗結(jié)果

3 結(jié)論

（1）鍋爐整體燃燒優(yōu)化項目通過一次風(fēng)速調(diào)平試驗，調(diào)整了燃燒偏差；通過分離器擋板開度試驗，調(diào)整了煤粉細(xì)度和煤粉流量偏差；通過調(diào)整氧量、一次風(fēng)／二次風(fēng)配風(fēng)方式及開度，改善了爐內(nèi)燃燒狀態(tài)。整個調(diào)整過程解決了影響鍋爐安全運行的一系列重要問題，如煤粉細(xì)度較粗、飛灰含碳量高、排煙溫度過高等，提高了機(jī)組的整體運行水平，降低了機(jī)組的供電煤耗，使得機(jī)組運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性都有大幅度的改善。同時還掌握了制粉系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)的運行特性，為日常運行提供了（5）在300MW負(fù)荷和投運4臺磨煤機(jī)的條件下，建議將爐膛出口表盤氧量控制在5.5%～6.0%。

［1］GB 10184—1988電站鍋爐性能試驗規(guī)程［S］.

［2］岑可法.鍋爐燃燒試驗研究方法及測量技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1987.

［3］DL／T 467—2004電站磨煤機(jī)及制粉系統(tǒng)性能試驗［S］.

［4］樊泉桂，由俊坤，王寧.中速磨煤機(jī)輸粉管煤粉分配均勻性的試驗研究［J］.動力工程，2007，27（4）：488-491.

［5］蔣建剛，李永玲，張春發(fā).揚州電廠超臨界600MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整的試驗研究［J］.熱力發(fā)電，2009，38（11）：73-78.

（本文責(zé)編：劉芳）

TK 227

：B

：1674-1951（2015）02-0044-04

傅勇強(qiáng)（1974—），男，廣東云浮人，工程師，從事鍋爐優(yōu)化運行試驗方面的工作（E-mail：fyq168＠139.com）。

2014-03-20；

2014-10-29