390MW機(jī)組結(jié)焦原因分析及優(yōu)化調(diào)整

（華陽電業(yè)有限公司 后石電廠，福建 漳州 363105）

【摘 要】某電廠390 MW機(jī)組額定負(fù)荷、習(xí)慣運(yùn)行工況下，鍋爐NOx排放濃度約700 mg/m3，且爐內(nèi)結(jié)焦較嚴(yán)重。為滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13223—2011）對(duì)NOx排放濃度的要求，大修期間，該電廠對(duì)2號(hào)鍋爐進(jìn)行了低NOx燃燒系統(tǒng)改造。改造后爐內(nèi)結(jié)焦加重，為將鍋爐調(diào)整到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，減緩爐內(nèi)結(jié)焦，進(jìn)行了改造后的優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。結(jié)果表明，優(yōu)化調(diào)整后，無論是爐膛寬度方向還是各測(cè)孔深度方向，省煤器出口截面氧量分布均勻，煙氣中CO排放濃度平均值由643μL/L降低至70μL/L，有效地緩解了爐內(nèi)還原性腐蝕和結(jié)焦問題，燃燒優(yōu)化調(diào)整效果顯著。

【關(guān)鍵詞】低NOx燃燒器；改造；結(jié)焦；CO排放濃度；優(yōu)化調(diào)整

【中圖分類號(hào)】TK227 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）04-0112-04

0 前言

某電廠2號(hào)鍋爐是由美國福斯特惠勒能源公司與西班牙福斯特惠勒分公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，西班牙制造的亞臨界壓力、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)燃煤汽包爐。鍋爐采用美國F&W公司早期的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器與燃盡風(fēng)系統(tǒng)，額定負(fù)荷、習(xí)慣運(yùn)行工況下，鍋爐NOx排放濃度約700 mg/m3，該排放濃度已無法滿足環(huán)保政策的要求和國家的火力發(fā)電政策的要求[1]。

為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”政策號(hào)召，該電廠對(duì)2號(hào)鍋爐進(jìn)行低NOx燃燒系統(tǒng)改造。改造后爐內(nèi)結(jié)焦加重，為了將鍋爐調(diào)整到最佳的運(yùn)行狀態(tài)，減緩爐內(nèi)結(jié)焦，進(jìn)行了改造后的燃燒系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)。目前，國內(nèi)針對(duì)該類型機(jī)組改造后的調(diào)整經(jīng)驗(yàn)尚淺，本文的研究工作對(duì)即將開展的同類型機(jī)組改造后的調(diào)整具有一定的參考意義。

1 設(shè)備概述

1.1 鍋爐設(shè)計(jì)性能參數(shù)

2號(hào)鍋爐是由美國福斯特惠勒能源公司與西班牙福斯特惠勒分公司聯(lián)合設(shè)計(jì)，西班牙制造的亞臨界壓力、一次再熱、自然循環(huán)、平衡通風(fēng)燃煤汽包爐。鍋爐和爐膛設(shè)計(jì)參數(shù)見表1、表2。

1.2 設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)參數(shù)

該鍋爐設(shè)計(jì)燃用印尼平南煤，其煤質(zhì)特性及灰特性見表3、表4。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)

本次試驗(yàn)內(nèi)容包括390 MW負(fù)荷附近、燃用設(shè)計(jì)煤種時(shí)省煤器出口煙氣成分測(cè)試。測(cè)試按照《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的點(diǎn)數(shù)采用等截面網(wǎng)格法進(jìn)行[2-4]，測(cè)點(diǎn)布置圖如圖1所示，沿爐膛方向一共布置有8×4個(gè)測(cè)點(diǎn)。

3 計(jì)算參數(shù)的定義

（1）爐膛容積熱負(fù)荷qV，它是鍋爐輸入熱功率與爐膛有限容積的比值[5]。即

qV=（1）

式中：qV為爐膛容積熱負(fù)荷，kW/m3；V為爐膛有效容積，m3；P為鍋爐輸入熱功率，MW。計(jì)算公式如下：

P=（2）

式中：B為BMCR工況設(shè)計(jì)煤耗量，kg/s；Qnet，ar為設(shè)計(jì)燃煤低位發(fā)熱量，MJ/kg；LUBC為BMCR工況未燃碳熱損失，%。簡(jiǎn)化計(jì)算公式如下：

LUBC=（3）

式中：33.7為灰中可燃物的近似發(fā)熱量，MJ/kg；Aar為入爐煤收到基灰分，%；Cfh為飛灰可燃物含量。

（2）爐膛斷面熱負(fù)荷qF，它是鍋爐輸入熱功率與爐膛燃燒器區(qū)橫斷面積的比值，即

qF=（4）

式中：qF為爐膛斷面熱負(fù)荷，MW/m2；FC為爐膛橫斷面面積，m2。計(jì)算公式如下：

FC=W×D（5）

式中：W為爐膛寬度，左右側(cè)墻水冷壁管中心線距離，m；D為爐膛深度，前后墻水冷壁管中心線距離，m。

（3）煤灰結(jié)渣特性綜合指數(shù)R，表征燃料的結(jié)渣傾向[6～8]。計(jì)算公式如下：

R=（6）

式中，B/A為灰成分結(jié)渣指數(shù)；SiO2 /Al2O3為灰成分硅鋁比；t2為煤灰軟化溫度；G為硅質(zhì)量比。

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 結(jié)焦原因分析

2號(hào)鍋爐在高負(fù)荷時(shí)，容易出現(xiàn)結(jié)焦的現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下甚至需要停爐除焦。經(jīng)分析，主要與以下3種因素有關(guān)。

4.1.1 鍋爐設(shè)計(jì)熱負(fù)荷對(duì)結(jié)焦的影響

依據(jù)《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則（DT/T 831—2002）》[5]，采用墻式對(duì)沖燃燒方式的300 MW和600 MW電功率容量級(jí)鍋爐，其爐膛特征參數(shù)的推薦范圍見表5。

根據(jù)爐膛設(shè)計(jì)參數(shù)以及煤質(zhì)分析參數(shù)，利用公式（1）～（5），計(jì)算出容積熱負(fù)荷qV和斷面熱負(fù)荷qF，結(jié)果見表6。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，鍋爐設(shè)計(jì)容積熱負(fù)荷和斷面熱負(fù)荷均超過了《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》推薦值的上限，尤其是斷面熱負(fù)荷，超過了600 MW等級(jí)推薦值的上限，表明爐膛設(shè)計(jì)偏小。這是導(dǎo)致鍋爐易結(jié)焦的根本原因。

4.1.2 煤種特性對(duì)結(jié)焦的影響

依據(jù)煤灰成分參數(shù)和熔融特性參數(shù)，利用公式（6），計(jì)算出煤灰結(jié)渣特性綜合指數(shù)R，結(jié)果見表7。

從計(jì)算結(jié)果可以看出，設(shè)計(jì)煤種即試驗(yàn)煤種為中度結(jié)焦傾向，爐內(nèi)需組織合理的配風(fēng)方式，有助于緩解爐內(nèi)的結(jié)焦。

4.1.3 爐內(nèi)燃燒的組織對(duì)結(jié)焦的影響

在燃燒調(diào)整前，360 MW負(fù)荷點(diǎn)、燃用印尼煤（設(shè)計(jì)煤）下，在省煤器出口截面按照?qǐng)D1所示的測(cè)點(diǎn)布置對(duì)煙氣成分進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表8。

燃燒調(diào)整前，運(yùn)行氧量平均值為2.82%、CO排放濃度平均值為643μL/L，省煤器出口截面O2和CO分布得極不均勻，B側(cè)局部煙氣中CO排放濃度最高值達(dá)4 006μL/L，這將加重爐內(nèi)還原性腐蝕和結(jié)焦傾向，給鍋爐運(yùn)行帶來極大的安全隱患。因此，需對(duì)燃燒器的配風(fēng)方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

4.2 燃燒優(yōu)化調(diào)整結(jié)果

由于爐膛兩側(cè)缺風(fēng)，優(yōu)化調(diào)整過程中，將兩側(cè)燃燒器（含燃盡風(fēng)）風(fēng)量擋板開大，中間燃燒器風(fēng)量擋板關(guān)小，調(diào)整前后燃燒器（燃盡風(fēng)）風(fēng)量擋板開度分別是50%/50%/50%/50%、80%/25%/25%/80%。燃燒器配風(fēng)方式優(yōu)化調(diào)整后，在390 MW負(fù)荷、燃用印尼煤（設(shè)計(jì)煤）下，對(duì)省煤器出口截面煙氣成分再次進(jìn)行了測(cè)試。測(cè)試結(jié)果見表9。燃燒器配風(fēng)方式調(diào)整前后爐膛寬度方向和各測(cè)孔不同深度方向上的氧量和CO分布對(duì)比如圖2、圖3所示。

燃燒器配風(fēng)方式優(yōu)化調(diào)整后，運(yùn)行氧量平均值為2.76%、CO排放濃度平均值為70μL/L，無論是爐膛寬度方向還是各測(cè)孔深度方向，省煤器出口截面氧量分布均勻，CO排放濃度大幅度降低，極大地緩解了爐內(nèi)還原性腐蝕和爐內(nèi)結(jié)焦，燃燒調(diào)整工作取得了顯著的成效。

5 結(jié)論

對(duì)2號(hào)鍋爐分析后發(fā)現(xiàn)，鍋爐設(shè)計(jì)容積熱負(fù)荷qV為118.2 kW/m3、斷面熱負(fù)荷qF為5.5 MW/m2，均超過《大容量煤粉燃燒鍋爐爐膛選型導(dǎo)則》推薦值的上限，這是鍋爐易結(jié)焦的根本原因。

試驗(yàn)煤種結(jié)渣特性綜合指數(shù)R在1.71～2.17之間，屬于中度結(jié)焦傾向煤種。2號(hào)鍋爐進(jìn)行低氮燃燒器改造后，爐內(nèi)燃燒組織不合理，爐內(nèi)還原性氣氛明顯，這將加重爐內(nèi)還原性腐蝕和結(jié)焦傾向，給鍋爐運(yùn)行帶來極大的安全隱患。

通過燃燒器配風(fēng)方式的優(yōu)化調(diào)整，無論是爐膛寬度方向還是各測(cè)孔深度方向，省煤器出口截面氧量分布均勻，煙氣中CO排放濃度大幅度降低，其排放濃度平均值由調(diào)整前的643μL/L降低至70μL/L，極大地緩解了爐內(nèi)還原性腐蝕和爐內(nèi)結(jié)焦，燃燒調(diào)整工作取得了顯著的成效。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]GB 13223—2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB 10184—88，電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程[S].

[3]孫學(xué)信.燃煤鍋爐燃燒試驗(yàn)技術(shù)與方法[M].北京：中國電力出版社，2002.

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

[5]DT/T 831—2002，大容量煤粉鍋爐爐膛選型導(dǎo)則[S].

[6]陳立軍，文孝強(qiáng)，王恭，等.燃煤鍋爐結(jié)渣特性預(yù)測(cè)方法綜述[J].熱力發(fā)電，2006（6）.

[7]雷俊智，馬其良，潘衛(wèi)國.電廠燃煤結(jié)渣性能預(yù)測(cè)方法研究[J].鍋爐技術(shù)，2001（11）.

[8]李永星，陳聽寬，楊冬.電站鍋爐爐膛性能設(shè)計(jì)方法優(yōu)化研究[J].西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（7）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]

【作者簡(jiǎn)介】黃才全，男，福建安溪人，本科，華陽電業(yè)有限公司后石電廠高級(jí)專員，工程師。