寶鋼電廠350MW機組綜合改造后燃燒優(yōu)化調整試驗研究

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寶鋼電廠350MW機組綜合改造后燃燒優(yōu)化調整試驗研究

顧立群,胡捷

（寶山鋼鐵股份有限公司電廠，上海201900）

【摘要】試驗以寶鋼電廠1號機組為研究對象，研究了運行氧量、配風方式和磨煤機運行參數(shù)對鍋爐安全特性、經(jīng)濟特性和環(huán)保特性的影響。通過燃燒優(yōu)化調整，350MW負荷、燃用常用煤種時，鍋爐熱效率提高了0.64個百分點，降低標準供電煤耗近2.05g/kWh。

【關鍵詞】煤粉鍋爐；綜合改造；燃燒；優(yōu)化調整

1　設備概述

寶鋼1號發(fā)電機組容量為350 MW，鍋爐采用亞臨界、一次中間再熱、強制循環(huán)、汽包式汽水系統(tǒng)。鍋爐設計參數(shù)如下：

型式：亞臨界壓力一次再熱強制循環(huán)汽包鍋爐

制造廠：日本國三菱重工

制造日期：1979~1980年

使用燃料：煤、BFG、COG、重油、輕油

通風方式：平衡通風

燃燒方式：燃燒器四角布置，雙切園懸浮燃燒

電廠主燃料為神府原煤、大同混煤、神府混煤、平朔煤等。輔助燃料主要為寶鋼生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高爐煤氣和焦爐煤氣。鍋爐原設計煤種的煤質分析數(shù)據(jù)和鍋爐摻燒的煤氣數(shù)據(jù)如表1~2所示。

表1　煤質分析數(shù)據(jù)%

1.1鍋爐原燃燒系統(tǒng)

鍋爐采用四角切圓直流燃燒技術（圖1），四角共布置36只燃燒器，由下至上編號為A、B、C、D、E、F、G、H、I、J、K，其中：A、B、C、D為高爐煤氣燃燒器；E、F為重油、焦爐煤氣燃燒器，可選用重油或焦爐煤氣；G、H、I、J、K為煤粉燃燒器。

表2　高爐煤氣和焦爐煤氣資料表

圖1　鍋爐燃燒器布置圖

1.2制粉系統(tǒng)

鍋爐配置正壓熱風機直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐原來配5臺RP-783型中速碗磨，每臺磨分別帶一層四角燃燒器。本次制粉系統(tǒng)改造內容包括：每臺機組更換5臺給煤機（上海發(fā)電成套所供貨）和5臺一次風機（寶鋼節(jié)能公司供貨），更換3臺帶動態(tài)分離器的HP863/dyn磨煤機，改造原有兩臺HP863磨煤機為HP863/dyn（上海重型機器廠供貨），更換煤粉管道以及密封風機改造。

1.3改造后的燃燒系統(tǒng)

為滿足《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011）對NOx排放濃度的要求，1號機組于2011年4耀5月進行了低氮燃燒器改造，煙臺龍源電力技術股份有限公司承接了本次燃燒器改造項目。燃燒系統(tǒng)的改造采取雙區(qū)空氣分級燃燒技術，包括垂直方向上的空氣分級、水平方向的空氣分級和煤粉濃縮燃燒器。

（1）垂直方向空氣分級

改造的燃燒器標高布置不進行調整，B、C層BFG燃燒器保持不變，E層依然為重油-COG燃燒器，F(xiàn)層依然為COG燃燒器，K層燃燒器至G層燃燒器依然為煤粉段，但更換為新的低氮燃燒器。拆除原系統(tǒng)的SOFA風，增加新的4層高位燃盡風，位置在上層一次風之上約6.8 m標高處，燃盡風量可實現(xiàn)供風量在20%~30%變化，燃盡風噴口可同時實現(xiàn)上下左右擺動。煤粉燃燒器沿高度方向自下而上編號為：EG、G、GH、H、HI、I、IJ、J、JK、K、KK、SOFA1、LSOFA2、SOFA3和SOFA4層（共計15層），如圖2（右）所示。

（2）水平方向空氣分級

水平方向上，如圖3所示，一次風射流方向不變，而二次風偏離一次風一定角度，爐內切圓方向就會改變，爐內就會形成順時針的切圓燃燒。此時相當于一次風采用逆向射流技術，一次風氣流與上游來的高溫煙氣相遇，一次風煤粉形成滯止?jié)饪s燃燒，并相對延長了一次風的火焰長度，同時有利于降低NOx生成及飛灰可燃物含量[1]。

圖3　爐膛截面空氣分級示意圖

圖2　1號鍋爐燃燒器改造方案立面圖

（3）煤粉濃縮燃燒器

一次風空間濃淡組合布置。采用濃淡型燃燒器，一次風利用彎頭實現(xiàn)濃淡分離。最下層為上濃下淡，第二層為水平濃淡且濃側在向火側，第三層為下濃上淡，這樣在最下層就組成了高穩(wěn)燃特性的空間組合濃淡分布，此區(qū)域過量空氣系數(shù)在1.0左右，滿足基本燃燒需要，保證鍋爐爐膛足夠高的溫度水平。第四層一次風為上濃下淡，最上層為下濃上淡，這樣上兩層組成了新的濃淡分布，特別是上層采用下濃上淡，保證濃側煤粉向下集中，對著火燃盡有利，運行時通過調整可以適當降低此區(qū)域的過量空氣系數(shù)，此區(qū)域爐溫達到較高水平，在缺氧的狀態(tài)下，NOx還原物大量析出，還原已生成的NOx。

一次風噴口均采用波形鈍體結構，強化煤粉穩(wěn)燃及著火后碳顆粒的迅速彌散[1]。

2　試驗內容和方法

本次試驗內容包括：350 MW負荷點下、分析運行氧量、二次小風門擋板開度和制粉系統(tǒng)等運行參數(shù)對鍋爐熱效率、NOx排放濃度的影響。

試驗期間，原煤從運行的給煤機落煤管上取樣，每次取樣后裝入桶內密封好。飛灰采用在電除塵第一電場采集，爐渣在撈渣機排渣口處接取。每次試驗工況結束后，全部樣品混合均勻[2~3]。

省煤器和空預器出口煙氣成分按照標準[2~4]規(guī)定的點數(shù)采用等截面網(wǎng)格法進行標定。根據(jù)標定結果采用多代表點法選取采樣點，煙氣樣品是用無裂紋的不銹鋼管引出至煙道外后進行煙氣成分分析，分析的主要項目有：O2、CO、NO。

3　試驗結果及分析

3.1運行氧量對鍋爐的影響特性分析

運行氧量直接影響著過鍋爐熱效率中的排煙熱損失與未完全燃燒熱損失。氧量的確定主要取決于鍋爐爐內CO排放濃度和鍋爐熱效率兩方面。

氧量調整試驗在350 MW負荷、GHIK磨煤機組合運行方式下進行，試驗結果如表3所示。

表3　運行氧量對鍋爐影響特性試驗結果

氧量調整試驗數(shù)據(jù)表明，運行中采用低氧量時，煙氣中CO排放濃度和飛灰可燃物含量有所增加，未燃熱損失增加；運行氧量的降低時，煙氣量降低，從而排煙熱損失減小。350 MW負荷時，排煙熱損失的減小基本抵消了未燃熱損失的增加，氧量對鍋爐熱效率無大的影響。但隨著運行氧量的降低，省煤器出口截面煙氣中CO排放濃度增加，表明爐內處于缺氧燃燒狀態(tài)，爐內還原性腐蝕和結焦傾向將加重，水冷壁的還原性腐蝕會使其管壁變薄、強度降低，容易造成爆管和泄漏，給鍋爐運行造成了安全隱患[5]。因此，高負荷運行時，表盤運行氧量不宜低于3.5%運行。

3.2 SOFA風量對鍋爐的影響特性試驗

本次鍋爐燃燒系統(tǒng)改造主要是拆除原系統(tǒng)的SOFA風，增加了新的4層高位燃盡風。為確認燃盡風量對鍋爐整體性能的影響，尋求合理的燃盡風門擋板配置。

SOFA風門擋板開度調整試驗在350 MW負荷、GHIK磨煤機組合運行方式下進行，試驗結果如表4所示。

表4　SOFA風量對鍋爐的影響特性試驗結果

SOFA風的設置目的之一是控制NOx排放濃度。SOFA風門擋板開度調整試驗結果表明，SOFA風門擋板開大，燃盡區(qū)域風量增加，主燃燒區(qū)域風量減少，加強了爐內垂直分級燃燒的效果[5]，NOx排放濃度降幅明顯：當SOFA風門擋板開度由三層開度為50%開大至四層開度為50%時，NOx排放濃度降低了37 mg/m3，降幅達15.5%。

同時，SOFA風門擋板開度變化時，飛灰可燃物含量和CO排放濃度變化不大，同時，SOFA風門擋板變化對煙氣量的影響也不大，因此，SOFA風門變化對鍋爐熱效率的影響很小。

3.3輔助風量對鍋爐的影響特性試驗

輔助風門擋板開度調整試驗在350 MW負荷、GHIK磨煤機組合運行方式下進行，試驗結果如5所示。

表5　輔助風量對鍋爐的影響特性試驗結果

表5中數(shù)據(jù)表明，輔助風門擋板整體開大，增加了主燃燒區(qū)域風量，燃盡區(qū)域風量減少了，煙氣中CO排放濃度和飛灰可燃物含量均有所降低，未燃熱損失降低[5]。同時，輔助風門擋板的開大削弱了垂直方向上的空氣分級效果，NOx排放濃度增加。

350 MW負荷點下，輔助風門擋板開度由全關開大至20%時，鍋爐熱效率提高了0.27個百分點，NOx排放濃度增加了15 mg/m3。

輔助風門的開大，可有效地降低二次風道阻力，降低二次風側壓力，有利于爐內四角二次風配風的均勻性并降低送風機電耗。綜合爐內燃燒、汽溫控制、NOx排放濃度、四角二次風配風的均勻性以及風機電耗等多方面的因素，建議350 MW負荷下，輔助風門擋板開度設置在20%~30%左右。

3.4燃料風量對鍋爐的影響特性試驗

為了解燃料風量的變化對鍋爐燃燒及其整體性能的影響，在350 MW負荷下、GHIK磨煤機組合運行方式下進行了燃料風門擋板開度調整試驗，試驗結果如表6所示。

表6　燃料風量對鍋爐的影響特性試驗結果

表6中數(shù)據(jù)表明，開大燃料風門擋板時，阻礙了一次風與二次風的快速混合，前期燃燒推遲，煙氣中CO排放濃度和飛灰可燃物含量均有明顯上升，未燃熱損失增加，鍋爐熱效率降低。同時，燃料風門擋板的開大加強了水平方向上的空氣分級效果，NOx排放濃度有所降低[5]。

350 MW負荷點下，當燃料風門擋板開度由10%開大至30%時，鍋爐熱效率降低了0.21個百分點，NOx排放濃度降低了17 mg/m3。

從爐內燃燒和保護燃燒器噴口等因素綜合考慮，各個負荷下燃料風門擋板開度為10%左右為宜。

3.5制粉系統(tǒng)參數(shù)對鍋爐的影響特性試驗

為掌握制粉系統(tǒng)參數(shù)對鍋爐性能的影響，在350 MW負荷、GHIK磨煤機組合運行方式下進行了磨煤機通風量和磨煤機出口溫度調整試驗。試驗結果如表7所示。

表7　制粉系統(tǒng)參數(shù)調整對鍋爐的影響特性試驗結果

磨煤機出口溫度調整試驗結果表明，提高磨煤機出口溫度，排煙溫度降低，從而降低了排煙熱損失并提高了鍋爐熱效率。同時，煤粉著火熱降低，著火提前，煙氣中CO排放濃度有所降低，NOx排放濃度有所增加。

350 MW負荷點下，將每臺磨煤機出口溫度提高了2益，排煙溫度降低了4.1益，同時煙氣中CO排放濃度降低了130滋L/L，鍋爐熱效率提高了0.21個百分點，NOx排放濃度增加了9 mg/m3。

磨煤機通風量調整試驗結果表明，將磨煤機通風量降低時，減少了制粉系統(tǒng)的冷一次風量，排煙溫度降低，從而降低了排煙熱損失并提高了鍋爐熱效率。同時，由于磨煤機通風量的降低，無法及時補充煤粉著火初期所需空氣，煙氣中CO排放濃度和飛灰可燃物含量均有所增加，NOx排放濃度有所降低。

350 MW負荷點下，將磨煤機通風量由偏置+ 10%降低至偏置-5%時，排煙溫度降低了8.2益，煙氣中CO排放濃度增加了130滋L/L，飛灰可燃物含量增加了0.31個百分點，未燃熱損失的增加部分抵消了排煙熱損失的降低，鍋爐熱效率仍增加了0.19個百分點，NOx排放濃度降低了9 mg/m3。但磨煤機通風量的降低，使得煙氣中的

3.6組合優(yōu)化試驗工況對比

在對鍋爐實際運行狀況充分了解后，通過鍋爐整體燃燒優(yōu)化調整試驗，得到了在不同煤種、350 MW負荷下的最佳運行組合工況，試驗結果如表8所示。

表8　組合運行工況試驗結果

表8中數(shù)據(jù)表明，350 MW負荷、燃用常用煤種、組合優(yōu)化工況時，氧量由3.77%降低至3.14%、磨煤機出口溫度提高9.6益，飛灰可燃物含量和煙氣中CO排放濃度的降低使未燃熱損失降低0.27個百分點，煙氣量和排煙溫度的降低帶來排煙熱損失降低0.37個百分點，鍋爐熱效率整體提高了0.64個百分點，降低供電煤耗近2.05 g/kWh，燃燒優(yōu)化調整效果顯著。

4　結論

350 MW負荷、燃用常用煤種、組合優(yōu)化工況時，通過采取適當降低運行氧量、提高磨煤機出口風溫、合適的磨煤機組合方式以及良好的配風方式等措施，與基準工況相比，由于飛灰可燃物含量和煙氣中CO排放濃度的降低，其未燃熱損失降低了0.27個百分點，煙氣量和排煙溫度的降低引起排煙熱損失降低0.37個百分點，鍋爐熱效率整體提高了0.64個百分點，降低標準供電煤耗近2.05 g/kWh，燃燒優(yōu)化調整效果顯著。

[參考文獻]

[1]孫學信.燃煤鍋爐燃燒試驗結束與方法[M].北京:中國電力出版社, 2002

[2]曾袁斌.某電廠6號鍋爐燃燒優(yōu)化調整試驗研究[J].電力與電工，2013(04)

An Experimental Study on Combustion Optimization after Upgrading Transformation of a 350 MW Unit

Gu Liqun, Hu Jie

(Power Plant of Baoshan Iron &S teel Co., Ltd., Shanghai 201900, China)

[Abstract]The effect of operation oxygen amount, air distribution mode and operation parameters of coal mill on the safety, economic and environmental protection characteristics of boiler were investigated, taking the No.1 power generator of BaoSteel Power Plant as the ex原perimental subject. Through combustion optimizing adjustment the thermal efficiency of the boiler was improved by 0.64% and standard coal consumption was reduced by 2.05 g/kWh with the load at 350 MW and burning common type of coal.

[Keywords]pulverized coal boiler; comprehensive transformation; combustion; optimizing adjustment

作者簡介:顧立群（1963-），男，漢族，工程師，1983年7月畢業(yè)于上海電力學院，現(xiàn)從事電力技術、能源技術管理、熱力試驗等工作。

收稿日期：2015-08-12

【文章編號】1006-6764（2015）12-0030-06

【文獻標識碼】B

【中圖分類號】TM611