燃用混煤的1 000 MW旋流對沖鍋爐寬負(fù)荷穩(wěn)燃特性研究

馬達(dá)夫， 何 翔， 張守玉， 趙 旭， 常 明

(1.上海理工大學(xué) 能源與動力工程學(xué)院，上海 200093；2.上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，上海 200240)

為了降低燃料成本，目前我國內(nèi)陸煤電機(jī)組多采用混煤燃燒的運行方式，但通常實際燃用煤種與設(shè)計煤種偏差較大，摻燒的劣質(zhì)煤一般具有低揮發(fā)分、低熱值、高灰分等特點，在燃用過程中可能會產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定的問題。

一些學(xué)者在中、小型試驗臺上研究了混煤燃燒特性。Rubiera等[1-2]發(fā)現(xiàn)混煤的著火特性取決于高揮發(fā)分煤在混煤中的比例。Haas等[3-4]發(fā)現(xiàn)組分煤種的著火溫度和穩(wěn)燃特性指數(shù)等燃燒特性參數(shù)相近時，混煤的灰含量、揮發(fā)分含量、低位發(fā)熱量及燃燒特性隨著摻燒比的變化呈現(xiàn)較好的線性規(guī)律。Faúndez等[5]發(fā)現(xiàn)次煙煤與高揮發(fā)分煙煤以質(zhì)量比1∶3、1∶1及3∶1混合后的著火溫度為2種組分煤的平均值。周永剛等[6]在某600 MW旋流對沖鍋爐的配煤摻燒試驗研究中發(fā)現(xiàn)煤質(zhì)相差較大的煤種摻混后會出現(xiàn)“搶風(fēng)”現(xiàn)象，燃燒性能下降。趙振寧等[7]進(jìn)行了某600 MW旋流對沖鍋爐在中、高負(fù)荷下?lián)綗裏o煙煤的試驗研究，得出采用提高一次風(fēng)溫度、降低一次風(fēng)速和加大二次風(fēng)量等措施可以提高穩(wěn)燃能力。Su等[8]總結(jié)了小型試驗臺、中試試驗臺及電站鍋爐的混煤燃燒特性，發(fā)現(xiàn)高揮發(fā)分煤種摻入低揮發(fā)分煤種后，其燃燒特性變差，且在低負(fù)荷下混煤的穩(wěn)燃能力更差。

目前，鮮有針對1 000 MW等級機(jī)組在燃用6種煤的情況下進(jìn)行煤粉鍋爐寬負(fù)荷穩(wěn)燃研究的報道，而且試驗鍋爐在高、低負(fù)荷下均存在火檢信號弱的問題，表明此時爐內(nèi)著火不好、燃燒不穩(wěn)定，甚至在低負(fù)荷下需要投油才能保證鍋爐穩(wěn)定運行。筆者通過分析煤質(zhì)特性以及制粉系統(tǒng)、風(fēng)煙系統(tǒng)優(yōu)化的方式，對市場煤、混煤(市場煤與混煤按質(zhì)量比1∶1混合)、象山煤、晉煤、煤泥和馮家川煤6種常用煤種進(jìn)行了燃燒特性分析，并在1 000 MW旋流對沖鍋爐上進(jìn)行了高、低負(fù)荷下煤粉特性分析及穩(wěn)燃特性研究，以期在確保安全、環(huán)保的前提下提升鍋爐在不同負(fù)荷下的穩(wěn)燃能力。

1 機(jī)組概況

1.1 鍋爐概況

以某1 000 MW燃煤發(fā)電機(jī)組鍋爐為例，該鍋爐為DG3063.81/29.3-Ⅱ1型高效超超臨界參數(shù)變壓運行直流爐，采用一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架、∏型布置及前后墻對沖燃燒方式，燃燒器為外濃內(nèi)淡第三代OPCC低NOx旋流煤粉燃燒器，下層2臺燃燒器采用微油點火系統(tǒng)，制粉系統(tǒng)采用6臺ZGM133-II中速磨煤機(jī)。

1.2 配煤方式

試驗鍋爐主要的配煤方式如表1所示，其中前墻燃燒器從上到下的磨煤機(jī)編號依次為1號、2號、3號，后墻燃燒器從上到下的磨煤機(jī)編號依次為4號、5號、6號，R90為煤粉細(xì)度，S為綜合燃燒特性指數(shù)，G為穩(wěn)燃特性指數(shù)。3號磨煤機(jī)的中揮發(fā)分象山煤與6號磨煤機(jī)的高揮發(fā)分馮家川煤起到全負(fù)荷穩(wěn)燃的作用；1號磨煤機(jī)的低揮發(fā)分高硫市場煤、2號磨煤機(jī)的混煤與5號磨煤機(jī)的低揮發(fā)分低硫煤泥均屬于低價煤種，使用這些煤種可以降低燃料成本；4號磨煤機(jī)的晉煤屬于高熱值低揮發(fā)分低硫煤，高負(fù)荷下可提供較高熱量，但價格較高。

表1 常用煤種的煤質(zhì)、燃燒特性分析及R90

通常該鍋爐在850 MW及以上負(fù)荷運行時啟用6臺磨煤機(jī)運行，700～<850 MW負(fù)荷運行時啟用1號、2號、3號、5號、6號磨煤機(jī)，500～<700 MW負(fù)荷運行時啟用2號、3號、5號、6號磨煤機(jī)，400～<500 MW負(fù)荷運行時啟用2號、3號、6號磨煤機(jī)，啟用磨煤機(jī)優(yōu)先啟用前墻磨煤機(jī)，停磨煤機(jī)優(yōu)先停后墻磨煤機(jī)。以往嘗試過400～440 MW負(fù)荷運行時下層2臺磨煤機(jī)投用高揮發(fā)分煤，中層1臺磨煤機(jī)投用中揮發(fā)分煤的方式，雖然該方案能保證穩(wěn)燃，但是燃用煤的價格較高。采用現(xiàn)有(表1)配煤方案后，在高、低負(fù)荷下均出現(xiàn)了燃燒不穩(wěn)定的問題。

2 燃燒特性分析

將表1中的6種煤制備為粒徑小于0.1 mm的煤粉，使用熱重分析儀進(jìn)行燃燒特性試驗，根據(jù)熱重曲線(TG-DTG曲線)分析煤種在反應(yīng)過程中的失重行為，根據(jù)著火溫度、燃盡溫度、平均燃燒速率及最大燃燒速率計算煤樣的綜合燃燒特性指數(shù)S[9]及穩(wěn)燃特性指數(shù)G[10]，其中S按式(1)計算，S越高，表明該煤種的燃燒性能越好。

(1)

式中：Vmax、Vmean分別為最大燃燒速率和平均燃燒速率，%/min；Ti、Tf分別為著火溫度和燃盡溫度，℃。

穩(wěn)燃特性指數(shù)G是煤粉著火難易程度和燃燒強弱的綜合反映，按式(2)計算，G越高，說明煤燃燒越穩(wěn)定。

(2)

式中：Tmax為最大燃燒速率對應(yīng)的溫度，℃。

由表1可知，馮家川煤的綜合燃燒特性指數(shù)及穩(wěn)燃特性指數(shù)最高，其次為象山煤，主要因為這2種煤的揮發(fā)分產(chǎn)率高，著火和燃盡溫度低。因此，這2種煤適合用于下層2臺磨煤機(jī)以實現(xiàn)穩(wěn)燃。晉煤與市場煤的揮發(fā)分產(chǎn)率較低，其穩(wěn)燃特性指數(shù)也較低。煤泥的固定碳產(chǎn)率最低，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，燃燒速率低導(dǎo)致其綜合燃燒特性較差?；烀旱拿嘿|(zhì)分析結(jié)果介于晉煤與市場煤之間，其綜合燃燒特性及穩(wěn)燃特性與晉煤、市場煤相似[1-4]。

3 制粉系統(tǒng)試驗研究

3.1 煤粉特性

掌握煤粉特性是解決爐膛穩(wěn)燃問題的基礎(chǔ)[11]，燃用6種煤的情況下對5臺磨煤機(jī)進(jìn)行煤粉取樣后篩分，煤粉特性結(jié)果見表1。6種煤粉的R90實測值均低于推薦值[12]，其中混煤的R90實測值最低。煤泥的R90實測值最高，但細(xì)煤粉占比較大，可適當(dāng)降低動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速。

值得注意的是，象山煤在3號磨煤機(jī)與6號磨煤機(jī)中研磨得到的R90相差了1.62個百分點，其原因是不同磨煤機(jī)之間存在著磨輥、磨盤、動態(tài)分離器及液壓加載系統(tǒng)特性等差異。因此，在配煤摻燒時必須考慮相同的煤種在不同制粉系統(tǒng)上制得的煤粉特性差異，應(yīng)“一磨一策”。

3.2 煤粉量均勻性

一般來說，火檢信號弱可能是由于磨煤機(jī)給煤量低時煤粉量偏差導(dǎo)致爐膛局部著火與穩(wěn)燃較差，燃燒不均勻，致使熱負(fù)荷分布不均勻，因此需要對各粉管的煤粉量進(jìn)行統(tǒng)計分析。圖1給出了各臺磨煤機(jī)1號～4號粉管在低出力工況(每臺磨煤機(jī)進(jìn)行制粉系統(tǒng)試驗時的最小給煤量工況)和50～70 t/h工況下的煤粉質(zhì)量流量。該煤粉質(zhì)量流量是用平頭式煤粉取樣槍每分鐘取出的煤粉質(zhì)量，非實際粉管煤粉質(zhì)量流量。

圖1 不同工況下各粉管的煤粉質(zhì)量流量

各工況下1號、2號粉管煤粉質(zhì)量流量平均值比3號、4號粉管小，但整體煤粉質(zhì)量流量偏差小于10%，符合規(guī)定[12]，因此煤粉質(zhì)量流量偏差并不是導(dǎo)致該鍋爐爐膛燃燒不穩(wěn)定的原因。

4 高負(fù)荷下穩(wěn)燃研究

4.1 穩(wěn)燃情況

試驗鍋爐在700～1 000 MW負(fù)荷下運行時經(jīng)常出現(xiàn)下層2臺磨煤機(jī)對應(yīng)的燃燒器有2～3根火檢模擬量在50%～100%內(nèi)波動的情況，影響了燃燒效率。以下針對高負(fù)荷下6號磨煤機(jī)火檢信號差的原因進(jìn)行分析研究。

4.2 原因分析

4.2.1 爐膛溫度分析

在鍋爐標(biāo)高21.6～47.1 m處(3/6層燃燒器、2/5層燃燒器、1/4層燃燒器、燃盡風(fēng)下方及燃盡風(fēng)上方、最上方看火孔分別位于標(biāo)高21.6 m、27.4 m、33.2 m、40.3 m、43.8 m及47.1 m處)的36個看火孔采用Raytek生產(chǎn)的3I2MSCL3+紅外測溫儀測量爐膛溫度，燃燒器區(qū)域和燃盡風(fēng)區(qū)域看火孔測量的參數(shù)分別是風(fēng)粉混合物及煙氣的溫度。測試時測溫儀在距離看火孔400 mm的位置且垂直正對看火孔中心。圖2為440 MW、520 MW、750 MW及900 MW負(fù)荷下的溫度測試結(jié)果，每個點代表前墻、中間及后墻3個測點的平均溫度。

圖2 不同負(fù)荷下各標(biāo)高處的爐膛溫度

由圖2可知，750 MW及900 MW負(fù)荷下燃燒器區(qū)域風(fēng)粉混合物溫度在1 180～1 350 ℃，此時煤粉處于著火階段。將6號磨煤機(jī)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速從40 r/min提高到50 r/min后，R90從6.57%降低到4.48%，表明改變動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉特性的改變有限，此時火檢信號沒有明顯好轉(zhuǎn)。結(jié)合第3.2節(jié)中煤粉質(zhì)量流量偏差較小的情況可知，煤粉量對高負(fù)荷下爐膛穩(wěn)燃影響較小。另外，某700 MW旋流對沖鍋爐高負(fù)荷下空氣預(yù)熱器出口CO質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高表明燃盡差的原因是配風(fēng)不合理[13]。綜上可知，試驗鍋爐在高負(fù)荷下火檢信號弱是因為下層二次風(fēng)配風(fēng)量不足，使得射流卷吸能力弱，著火推遲。

4.2.2 二次風(fēng)量分析

在1 000 MW穩(wěn)定負(fù)荷下，上、中、下層燃燒器二次風(fēng)門擋板開度依次為45%、50%和85%，燃盡風(fēng)門全開，外二次風(fēng)門擋板開度均為50%的工況下測量了各燃燒器層及燃盡風(fēng)層的二次風(fēng)質(zhì)量流量(以下簡稱二次風(fēng)量)，結(jié)果見圖3(圖中SF為分離燃盡風(fēng)SOFA的簡寫)。筆者利用靠背管，采用網(wǎng)格法的測量方式得到二次風(fēng)量。

由圖3可知，上層燃燒器二次風(fēng)量最大，平均值為387 t/h；中層燃燒器二次風(fēng)量最小，平均值為224 t/h；下層燃燒器二次風(fēng)量平均值為289 t/h，燃用高揮發(fā)分馮家川煤的6號燃燒器對應(yīng)的二次風(fēng)量僅為263 t/h。如圖4所示，最上層燃燒器離大風(fēng)箱較近，而且比最下層燃燒器的二次風(fēng)箱截面積大(上、中、下層燃燒器二次風(fēng)道截面積分別為7.5 m2、7.5 m2和7.0 m2)，因此其局部阻力及沿程阻力小。在相同層操二次風(fēng)門擋板開度下，最上層燃燒器二次風(fēng)量最大，最下層燃燒器二次風(fēng)量最小，由于層操二次風(fēng)門擋板開度從上到下依次開大，所以中層燃燒器二次風(fēng)量最小。由于下層燃盡風(fēng)道截面積(7.5 m2)大于上層燃盡風(fēng)道截面積(6.3 m2)，且上層燃盡風(fēng)距離大風(fēng)箱遠(yuǎn)，因此其局部阻力及沿程阻力大，下層燃盡風(fēng)量大于上層燃盡風(fēng)量。當(dāng)需要增加下層燃燒器二次風(fēng)量時，建議優(yōu)先關(guān)小下層燃盡風(fēng)層操風(fēng)門擋板開度。

圖3 實測二次風(fēng)量

圖4 二次風(fēng)走向側(cè)視圖

綜上所述，高負(fù)荷運行時下層磨煤機(jī)火檢信號不好的主要原因可能是中揮發(fā)分象山煤及高揮發(fā)分馮家川煤在燃燒初期揮發(fā)分析出時需要消耗大量的氧氣，而下層磨煤機(jī)的空氣量不足以滿足煤粉所需耗氧量以及不能卷吸高溫?zé)煔?。下層燃燒器層操風(fēng)門擋板開度為80%～85%時已接近最大流量，運行過程中開大中、上層燃燒器或燃盡風(fēng)層操風(fēng)門擋板開度會將下層燃燒器的風(fēng)搶走，導(dǎo)致缺風(fēng)，著火不穩(wěn)定。

4.3 優(yōu)化調(diào)整

基于以上分析，應(yīng)增加6號燃燒器二次風(fēng)量，但由于高負(fù)荷下已有針對性地采取了從上到下各層燃燒器層操風(fēng)門擋板依次開大的策略，需要考察6號燃燒器的外二次風(fēng)門擋板開度對火檢信號的影響。

圖5給出了試驗開始前67號、68號火檢(6號燃燒器的第7、8根火檢)信號的波動情況。由圖5可知，在45 min時將61號～66號外二次風(fēng)門擋板開度由50%開到70%，67號、68號外二次風(fēng)門擋板開度由40%開到90%，隨后二次風(fēng)箱差壓由0 Pa上升到80 Pa左右，火檢信號變強，其原因是外二次風(fēng)門擋板開度開大后，外二次風(fēng)切向角度減小，阻力減小，外二次風(fēng)量增加，滿足了大量揮發(fā)分析出時的需求氧量。但隨著外二次風(fēng)門擋板開度變大，旋流強度減弱，因此該調(diào)整方式僅適用于高負(fù)荷下爐膛溫度較高的情況，此時爐膛平均溫度為1 332 ℃。

圖5 外二次風(fēng)門擋板開度變化前后下層燃燒器火檢信號變化

經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗，開大外二次風(fēng)門擋板開度有利于改善火檢信號強度、提高燃燒效率，優(yōu)化后飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)由6.82%降低至5.95%。

5 低負(fù)荷下穩(wěn)燃研究

5.1 穩(wěn)燃情況

400～520 MW負(fù)荷下2號磨煤機(jī)對應(yīng)的燃燒器左側(cè)火檢信號弱，甚至發(fā)生過3臺燃燒器左側(cè)火檢信號全部失去而緊急投入大小油槍的情況，存在較高的熄火風(fēng)險。

5.2 原因分析

如圖2所示，440 MW及520 MW負(fù)荷下爐膛左側(cè)燃燒器噴口風(fēng)粉混合物的溫度比右側(cè)分別低130 K和64 K，另外2號燃燒器左側(cè)風(fēng)粉混合物溫度比右側(cè)和5號燃燒器位置的溫度低了200 K左右，說明低負(fù)荷下爐膛溫度分布不均勻，主要原因如下：

(1)混煤的穩(wěn)燃能力差。

晉煤和市場煤的揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，而混煤的煤質(zhì)分析結(jié)果介于晉煤與市場煤之間，因此其綜合燃燒特性及穩(wěn)燃特性與晉煤、市場煤相似，也較差。

(2)混煤煤質(zhì)不穩(wěn)定。

市場煤是由煤泥、高硫煤與低揮發(fā)分煤等劣質(zhì)煤混合而成，在入廠前就存在摻混不均勻的現(xiàn)象。加之市場煤與晉煤在煤場中采用推煤機(jī)人工混合，無法保證比例均勻，因此2號燃燒器燃用混煤時可能在一段時間內(nèi)燃用的是揮發(fā)分較低(w(Vdaf)甚至低于10%)的煤種。

(3)燃燒器擴(kuò)錐角度小。

東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱東方鍋爐廠)第二代OPCC燃燒器在600 MW及1 000 MW等級機(jī)組上出現(xiàn)了燃燒器飛邊、甚至燒損的情況[14]。第三代OPCC燃燒器在第二代OPCC燃燒器的基礎(chǔ)上將一次風(fēng)及二次風(fēng)擴(kuò)錐角度各減小了10°(見表2)，試驗電廠采用第三代OPCC燃燒器后有效防止了燃燒器飛邊的情況。但小角度的擴(kuò)錐可能會導(dǎo)致一次風(fēng)粉混合物及二次風(fēng)進(jìn)入爐膛后擴(kuò)散的區(qū)域更窄，低負(fù)荷下爐膛的充滿度降低，穩(wěn)燃能力較差。

表2 3臺1 000 MW等級鍋爐設(shè)計參數(shù)對比

(4)截面熱負(fù)荷低。

國內(nèi)1 000 MW等級機(jī)組設(shè)計時參考600 MW等級機(jī)組等比例擴(kuò)大，且投運時間較短，經(jīng)驗不足。由表2可知，在設(shè)計煤種的干燥無灰基揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)和收到基低位發(fā)熱量近似的情況下，試驗鍋爐的截面熱負(fù)荷和燃燒器區(qū)域面積熱負(fù)荷都是最低的，其原因是試驗鍋爐爐膛寬度比其他鍋爐大，為33.97 m，致使其低負(fù)荷下穩(wěn)燃受到影響。

5.3 優(yōu)化調(diào)整

低負(fù)荷下火檢信號弱的主要原因是煤粉著火延遲，采用以下燃燒優(yōu)化手段加強煤粉著火，可有效提高穩(wěn)燃能力。

(1)制粉系統(tǒng)運行優(yōu)化。

圖6給出了2號磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度、一次風(fēng)母管壓力(以下簡稱一次風(fēng)壓力)和磨煤機(jī)出口溫度對火檢信號的影響。由圖6可知，當(dāng)煤粉細(xì)度從5.07%降低到4.35%時，平均火檢信號強度從75%左右降低到45%左右，當(dāng)煤粉細(xì)度恢復(fù)到5.07%時，平均火檢信號強度恢復(fù)到70%左右，表明煤粉細(xì)度降低后，著火變差了，這與煤粉越細(xì)著火溫度越低的理論相違背，其原因為：① 當(dāng)R90降低10%時著火溫度降低116 K[15]，據(jù)此混煤的著火溫度提高幅度僅為8.5 K左右，說明動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度乃至著火溫度的改變有限；② 煤粉變細(xì)后煤粉顆粒的浮升力增加，且低負(fù)荷下爐膛整體溫度低、一次風(fēng)壓力高、二次風(fēng)量小導(dǎo)致卷吸能力差，最上層燃燒器(此時1號燃燒器停運)中噴出的煤粉還沒有來得及著火就被煙氣帶走；③ 混煤揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，高的孔隙率有利于著火時揮發(fā)分的析出，但隨著煤粉變細(xì)，顆粒的孔隙率降低[16]，揮發(fā)分更難著火；④ 著火過程中的煤粉顆粒越細(xì)，其向周圍冷空氣散熱越強烈，顆粒與氣相之間的溫差越大[17]；⑤ 煤粉細(xì)度升高后，爐內(nèi)火焰高度上升，爐膛出口溫度升高，湍流能降低[18]。

圖6 R90、磨煤機(jī)出口溫度和一次風(fēng)壓力對火檢信號的影響

一些學(xué)者在熱重分析儀、一維爐等小型試驗臺上研究了煤粉細(xì)度與著火的關(guān)系，指出當(dāng)煤粉越細(xì)時著火性能越好[19-20]。但筆者在試驗中發(fā)現(xiàn)試驗鍋爐在低負(fù)荷運行時沒有遵循這個規(guī)律，這是因為：① 大型磨煤機(jī)制出的煤粉特性與小型試驗臺中的煤粉特性不同，煤粉均勻性較差，煤粉粒徑跨度較大；② 小型試驗臺的煤粉顆粒流動、換熱方式、配風(fēng)條件和爐膛溫度等環(huán)境與低負(fù)荷下的旋流對沖鍋爐有較大區(qū)別。

當(dāng)磨煤機(jī)出口溫度由103 ℃上升到107 ℃時，平均火檢信號強度由70%左右上升到80%左右，即提高磨煤機(jī)出口溫度有利于降低著火熱[21]。低揮發(fā)分混煤屬于較難著火煤種，根據(jù)式(3)[22]計算得到磨煤機(jī)出口最高允許溫度tM2為(114±5)℃，因此建議低負(fù)荷運行時將磨煤機(jī)出口溫度提高到109 ℃左右。

tM2=[82-100w(Vdaf)×5/3]±5

(3)

當(dāng)一次風(fēng)壓力由9.8 kPa降低到9.5 kPa時，平均火檢信號強度升高至90%左右，壓力繼續(xù)降低到9.2 kPa時，平均火檢信號強度上升至95%左右，最后穩(wěn)定在98%，其原因是一次風(fēng)量減少使一次風(fēng)煤粉質(zhì)量濃度增加，著火熱降低[23]；另外一次風(fēng)速降低使煤粉在燃燒區(qū)域的停留時間增加，煤粉著火點距離燃燒器噴口更近。因此在保證粉管風(fēng)速不低于最低風(fēng)速的前提下，應(yīng)盡量降低一次風(fēng)壓力，有利于煤粉著火。

(2)優(yōu)化二次風(fēng)門擋板開度。

圖7給出了內(nèi)/外二次風(fēng)門擋板開度對火檢信號的影響，圖中平均火檢信號強度為21號、22號與25號燃燒器火檢信號強度的平均值。當(dāng)21號、22號、25號內(nèi)二次風(fēng)門擋板開度從50%開大到65%后，平均火檢信號強度從70%左右升高到80%左右，這是因為燃燒器內(nèi)二次風(fēng)的旋流角度固定，二次風(fēng)門擋板開度僅控制二次風(fēng)量大小，因此低負(fù)荷下應(yīng)開大燃燒器內(nèi)二次風(fēng)門擋板開度，增加燃燒器的卷吸煙氣量。當(dāng)21號、22號、25號外二次風(fēng)門擋板開度從50%關(guān)小到20%后，平均火檢信號強度從80%左右升高到95%以上，這是因為改變外二次風(fēng)門擋板開度可以調(diào)節(jié)切向旋流角度，當(dāng)其開度變小時外二次風(fēng)量雖減少，但旋流強度增加，火焰變短，低負(fù)荷下對提前著火更有利。

圖7 二次風(fēng)門擋板開度對火檢信號的影響

(3)優(yōu)化二次風(fēng)箱差壓。

二次風(fēng)箱差壓可以直觀反映二次風(fēng)量的大小，爐膛氧量、各層風(fēng)門擋板開度及內(nèi)/外二次風(fēng)門擋板開度均對二次風(fēng)箱差壓有影響，二次風(fēng)箱差壓對火檢信號的影響見圖8。由圖8可知，當(dāng)二次風(fēng)箱差壓為1.0～1.2 kPa時，平均火檢信號強度變化范圍為60%～85%，當(dāng)二次風(fēng)箱差壓降低到0.75 kPa左右時，平均火檢信號強度維持在98%左右，當(dāng)二次風(fēng)箱差壓降低到0.4 kPa左右時，平均火檢信號強度為80%左右，其原因為低負(fù)荷下爐膛溫度低、二次風(fēng)箱差壓高時，大量低溫二次風(fēng)滲透進(jìn)入風(fēng)粉混合物中，著火熱提高，導(dǎo)致著火困難；二次風(fēng)箱差壓低時，二次風(fēng)量及剛性不足，卷吸點火的能力更差。試驗結(jié)果與文獻(xiàn)[23]中著火溫度隨著二次風(fēng)量增加先降低后升高的結(jié)論一致。

圖8 二次風(fēng)箱差壓對火檢信號的影響

值得注意的是，燃燒溫度低于1 450 ℃時幾乎不產(chǎn)生熱力型NOx[24]，因此440 MW負(fù)荷下不會產(chǎn)生熱力型NOx，而較高的爐膛氧量(其體積分?jǐn)?shù)為7.5%左右)導(dǎo)致燃料型NOx質(zhì)量濃度偏高，選擇性催化還原(SCR)系統(tǒng)前NOx質(zhì)量濃度達(dá)到630 mg/m3。因此，低負(fù)荷下調(diào)整風(fēng)量時應(yīng)優(yōu)先將爐膛氧量維持在一個較低的值，考慮到減少燃盡風(fēng)量會使NOx質(zhì)量濃度升高，故低負(fù)荷下建議優(yōu)先開大火檢信號弱的燃燒器層操風(fēng)門擋板開度或二次風(fēng)門擋板開度。

6 結(jié) 論

(1)當(dāng)各臺磨煤機(jī)的煤種不同時，制粉系統(tǒng)及燃燒器二次風(fēng)配風(fēng)的方式應(yīng)有差別，即“一磨一策”。

(2)試驗鍋爐在不同負(fù)荷下火檢信號弱的原因不同，由于調(diào)節(jié)動態(tài)分離器轉(zhuǎn)速對煤粉細(xì)度的改變有限，二次風(fēng)配風(fēng)對穩(wěn)燃的影響大于煤粉特性的影響。

(3)高負(fù)荷下火檢信號弱主要是由于燃用高揮發(fā)分煤的下層磨煤機(jī)供風(fēng)不足，開大外二次風(fēng)門擋板開度加強供風(fēng)后火檢信號明顯好轉(zhuǎn)，飛灰含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。

(4)低負(fù)荷下火檢信號弱是由于煤質(zhì)穩(wěn)燃能力差、市場煤煤質(zhì)波動大、爐膛截面熱負(fù)荷低、二次風(fēng)配風(fēng)不當(dāng)?shù)染C合因素導(dǎo)致。采取降低一次風(fēng)壓力、提高磨煤機(jī)出口溫度以及優(yōu)化二次風(fēng)門擋板開度和二次風(fēng)箱差壓等措施可提高穩(wěn)燃能力。

(5)試驗鍋爐在低負(fù)荷運行時沒有遵循煤粉越細(xì)著火性能越好的規(guī)律，可能是因為小型試驗臺與電站鍋爐的煤粉特性和著火條件不同。