白洪森，郭金城，胡楨

(華中科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430070)

某電廠350 MW鍋爐燃燒試驗(yàn)調(diào)整和防結(jié)焦試驗(yàn)研究

白洪森，郭金城，胡楨

(華中科技大學(xué) 能源與動(dòng)力工程學(xué)院，武漢 430070)

為了解決某電廠鍋爐結(jié)焦和NOx排放超標(biāo)問題，通過一系列針對(duì)性試驗(yàn)，精準(zhǔn)掌握了該鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，找出了鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦的原因。經(jīng)優(yōu)化調(diào)整，得到了鍋爐的最佳運(yùn)行狀態(tài)，持續(xù)性的鍋爐垮焦問題得到解決，NOx排放值也降低到鍋爐所能達(dá)到的最佳水平，鍋爐的燃燒試驗(yàn)調(diào)整和防結(jié)焦試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期效果。

燃燒試驗(yàn)；配煤；結(jié)焦；效率

某電廠位于湖北省，該廠有多組大型燃煤鍋爐，為達(dá)到環(huán)保部低氮排放的要求，該廠對(duì)鍋爐進(jìn)行了低氮改造，改造后鍋爐的燃燒器換成了哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的LNASB型低NOx軸向旋流燃燒器。改造后的鍋爐出現(xiàn)持續(xù)性垮焦問題，且NOx排放不達(dá)標(biāo)，對(duì)鍋爐的安全運(yùn)行產(chǎn)生極大影響。為解決上述問題，本文對(duì)鍋爐進(jìn)行各種性能試驗(yàn)，以期找到解決問題的辦法。

1 設(shè)備概況

某電廠機(jī)組鍋爐為350 MW超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行直流爐，單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)型鍋爐。改造方案：取消原來的16個(gè)燃盡風(fēng)(OFA)噴口，原下OFA噴口封堵后，在上OFA噴口位置重新開8個(gè)OFA噴口，新OFA噴口和原OFA噴口相比略微增大，相當(dāng)于OFA中心上移了一定距離。對(duì)原OFA風(fēng)箱、風(fēng)道進(jìn)行改造，并在OFA風(fēng)道上布置新的熱補(bǔ)償器和調(diào)節(jié)風(fēng)門，改造后OFA風(fēng)量最大可達(dá)總風(fēng)量30%，將主燃燒器區(qū)域內(nèi)的過量空氣系數(shù)控制在0.9以下，實(shí)現(xiàn)空氣深度分級(jí)。

鍋爐的燃燒器布置如圖1所示，前墻布置3層，后墻布置2層。

圖1 改造后鍋爐縱剖圖

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1(BMCR為鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量；TMCR為汽輪機(jī)最大連續(xù)功率)。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

鍋爐的燃料特性參數(shù)見表2。從元素分析可以看出，鍋爐的燃料含碳量在49.83%～59.67%之間，揮發(fā)分在17.10%～30.66%之間，入爐煤成分復(fù)雜，增加了燃燒實(shí)驗(yàn)調(diào)整的難度。

2 鍋爐出現(xiàn)的問題

近年來隨著國(guó)內(nèi)煤炭市場(chǎng)變化，電廠主要燃用灰熔點(diǎn)較高(>1 400 ℃)的晉北煤和山煤，其中混有部分灰熔點(diǎn)較低的煙煤。由于配煤不合理、改造后調(diào)整試驗(yàn)不盡完善等原因[2-3]，鍋爐在運(yùn)行過程中主要出現(xiàn)了以下問題。

(1)結(jié)焦。在高負(fù)荷時(shí)，鍋爐燃用目前煤種時(shí)，在前后墻中上層燃燒器噴口周圍出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)焦，燃燒器區(qū)上部和折焰角之間的鍋爐水冷壁上也有部分結(jié)焦。鍋爐結(jié)焦較多，渣量較大，經(jīng)常有大渣塊掉落，引起較大的負(fù)壓波動(dòng)；不但造成鍋爐屏超溫和鍋爐減溫水量偏大，而且需要人工除焦，在渣塊嚴(yán)重偏多時(shí)還曾出現(xiàn)鍋爐掉焦滅火，嚴(yán)重威脅鍋爐安全運(yùn)行。

表2 鍋爐燃料特性參數(shù)

(2)NOx排放質(zhì)量濃度高。在低氮燃燒器改造后，鍋爐NOx生成質(zhì)量濃度達(dá)500 mg/m3(標(biāo)態(tài)，下同)以上，嚴(yán)重影響了鍋爐的排放達(dá)標(biāo)[4]。

(3)爐膛溫度高?；鹧孀罡邷囟仍? 500 ℃以上，爐膛溫度從燃燒器至鍋爐屏式過熱器底部的降低梯度不正常，爐膛整體溫度偏高。

3 問題分析及研究

結(jié)合煤質(zhì)分析、鍋爐設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)結(jié)果，分析鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重及其他問題的原因，為運(yùn)行調(diào)整和設(shè)備改進(jìn)提供參考。鍋爐內(nèi)壁的大面積結(jié)焦，和鍋爐低氮改造后的燃燒調(diào)整不合適及鍋爐配煤不合理有很大關(guān)系。鍋爐低氮改造后，鍋爐燃燒所使用的煤由于摻燒比例不確定的關(guān)系，原先的灰熔點(diǎn)較高的煙煤(平煤、山煤等)摻混了揮發(fā)分較高的煙煤，新混煤雖然易于燃燒，利于降低NOx排放，但也更易結(jié)焦；鍋爐結(jié)焦后，爐膛吸熱減少，爐膛內(nèi)溫度上升，使得鍋爐更易結(jié)焦；爐膛整體溫度上升極大地影響了NOx的生成，致使熱力型NOx生成大量增加，原本應(yīng)該在還原區(qū)被還原的一部分NOx無法還原，還導(dǎo)致選擇性非催化還原反應(yīng)(SNCR)的溫度區(qū)間和鍋爐的合適的溫度區(qū)間不在最佳范圍內(nèi)，增加了調(diào)整難度。試驗(yàn)期間，對(duì)因鍋爐掉大渣引起爐膛負(fù)壓波動(dòng)現(xiàn)象時(shí)的吹灰器吹灰情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)負(fù)壓波動(dòng)時(shí)并未出現(xiàn)壓力先變小后變大的過程，由此推測(cè)渣塊較小，引起較大負(fù)壓波動(dòng)的渣主要分布在OFA與主燃燒器之間區(qū)域、OFA上部(上數(shù)第1層吹灰器)。為了解決這一系列的問題，有必要進(jìn)行鍋爐制粉系統(tǒng)設(shè)備診斷、混煤摻燒試驗(yàn)及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，以準(zhǔn)確掌握該鍋爐的運(yùn)行狀態(tài)，并通過優(yōu)化調(diào)整措施，減輕鍋爐結(jié)焦、降低NOx質(zhì)量濃度，保證機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行[5]。

根據(jù)觀察鍋爐所發(fā)現(xiàn)的問題，本文主要進(jìn)行了以下試驗(yàn)研究。

(1)燃燒調(diào)整試驗(yàn)。調(diào)整的主要目標(biāo)是減輕鍋爐爐膛結(jié)焦、降低NOx質(zhì)量濃度、降低爐膛整體溫度。

(2)制粉系統(tǒng)試驗(yàn)。在每臺(tái)磨煤機(jī)的風(fēng)管做風(fēng)速調(diào)平試驗(yàn)和煤粉細(xì)度R90調(diào)平試驗(yàn)，確保進(jìn)入鍋爐的每層一次風(fēng)粉速度均勻，顆粒大小合適，以便于下一步試驗(yàn)得到更精確的數(shù)據(jù)。

(3)鍋爐熱效率試驗(yàn)。通過燃燒試驗(yàn)調(diào)整，盡量保證鍋爐的效率不下降。

(4)混煤摻燒試驗(yàn)。對(duì)混煤摻燒進(jìn)行分析，確定鍋爐結(jié)焦是否和混煤摻燒有較大關(guān)系。

4 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

摸底階段試驗(yàn)，主要在210 MW和290 MW負(fù)荷段對(duì)爐膛溫度進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示2個(gè)負(fù)荷段下爐膛溫度相差不大，最高溫度均在1 500 ℃以上，選擇性催化還原技術(shù)(SCR)裝置入口NOx質(zhì)量濃度在500 mg/m3以上，經(jīng)鍋爐看火孔觀察水冷壁結(jié)渣情況，除A，E層燃燒器區(qū)域鍋爐水冷壁外，其余部位均布滿一層渣塊。摸底結(jié)束后，鍋爐進(jìn)行制粉系統(tǒng)試驗(yàn)。

4.1 制粉系統(tǒng)試驗(yàn)

在進(jìn)行鍋爐的燃燒調(diào)整試驗(yàn)前，須保證該鍋爐的一次風(fēng)噴口風(fēng)速均勻，煤粉粗細(xì)偏差較小，故對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行了磨煤機(jī)出口一次風(fēng)粉管風(fēng)速調(diào)平、R90調(diào)整試驗(yàn)。調(diào)平結(jié)果見表3。

表3 風(fēng)速調(diào)平結(jié)果

續(xù)表

經(jīng)過調(diào)平試驗(yàn)后，A，E磨煤機(jī)各風(fēng)管風(fēng)速偏差值均較小，故而可以進(jìn)行R90調(diào)平試驗(yàn)。首先對(duì)各磨煤機(jī)R90進(jìn)行了摸底，結(jié)果見表4。

表4 R90摸底結(jié)果

從表4可以看出，其中，B，D磨煤機(jī)R90偏粗，B磨煤機(jī)R90達(dá)到33.8%，D磨煤機(jī)R90達(dá)到34.2%，在進(jìn)一步進(jìn)行燃燒調(diào)整試驗(yàn)前，需要對(duì)B，D磨煤機(jī)進(jìn)行R90調(diào)整。調(diào)整過程及結(jié)果如表5、表6。

表5 B磨煤機(jī)R90調(diào)整結(jié)果

調(diào)整過程中，D磨通過增加磨煤機(jī)加載力，可以將R90降到25%左右，但B磨受限于磨煤機(jī)加載力，始終無法將R90降低。盡量將B磨R90調(diào)到最佳能達(dá)到的程度，進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。

4.2 鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)

鍋爐的調(diào)整思路主要為推遲燃燒器區(qū)域煤粉著火，防止由于煤粉過早著火引起的燃燒器噴口結(jié)焦、

表6 D磨煤機(jī)R90調(diào)整結(jié)果

燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過高、煤粉氣流貼墻等問題，調(diào)整的手段也圍繞這個(gè)思路展開，具體包括減小A，B，D，E燃燒器外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度，提高D，E層燃火，防止由于煤粉過早著火引起的燃燒器噴口結(jié)焦、燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷過高、煤粉氣流貼墻等問題，調(diào)整的手段也圍繞這個(gè)思路展開，具體包括減小A，B，D，E燃燒器外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度，提高D，E層燃燒器一次風(fēng)速，降低運(yùn)行氧量和減小B，D層燃燒器風(fēng)箱開度等措施。試驗(yàn)一共進(jìn)行了14個(gè)工況，具體見表7。

表7 鍋爐燃燒調(diào)整工況

經(jīng)過14個(gè)工況的調(diào)整，得到了鍋爐各工況下爐膛溫度的變化情況。根據(jù)試驗(yàn)情況，爐膛溫度在各工況變化不大，這是由于在爐膛已經(jīng)嚴(yán)重結(jié)渣的情況下，燃燒狀態(tài)的調(diào)整對(duì)爐膛溫度的變化是個(gè)漫長(zhǎng)過程，試驗(yàn)結(jié)果無法立即顯現(xiàn)。隨著工況試驗(yàn)的進(jìn)行，鍋爐負(fù)荷從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸升高，鍋爐負(fù)荷越高，氧量越低，NOx質(zhì)量濃度相應(yīng)增加；當(dāng)停E磨煤機(jī)、啟C磨煤機(jī)時(shí)，鍋爐的NOx質(zhì)量濃度突然升高到800 mg/m3以上，說明燃燒中心上移對(duì)NOx的排放值有較大影響。

4.3 鍋爐熱效率試驗(yàn)

鍋爐的低氮燃燒可能會(huì)降低鍋爐熱效率，故本次試驗(yàn)挑選了具有代表性的4組鍋爐負(fù)荷(350 MW，263 MW，240 MW，185 MW)，測(cè)定了各個(gè)負(fù)荷段的鍋爐熱效率。

在350，263，240，185 MW工況下，實(shí)測(cè)鍋爐熱效率為93.56%，93.82%，94.01%，94.03%，除350 MW工況外，均高于相應(yīng)負(fù)荷下的鍋爐熱效率設(shè)計(jì)值。爐膛出口氧量分別為3.20%，3.49%，3.25%，5.35%，飛灰含碳量分別為3.21%，2.35%，2.23%，2.02%。隨著機(jī)組出力增加，爐膛出口氧量逐步降低，鍋爐飛灰含碳量逐步上升，在當(dāng)前煤質(zhì)下，鍋爐爐膛出口氧量控制比較合理，飛灰含碳量除350 MW工況下偏高，其余工況下均較好[6]。

4.4 混煤摻燒試驗(yàn)

為了提高經(jīng)濟(jì)性及降低NOx排放，鍋爐長(zhǎng)期使用的煤種開始摻燒一定比例印尼煤，印尼煤的特性是高水分、低灰分、低硫分、高揮發(fā)分、灰熔點(diǎn)較低[7]。在火電廠中,每臺(tái)鍋爐及其輔助設(shè)備都是依據(jù)一定的煤質(zhì)特性設(shè)計(jì)的,鍋爐只有燃用與設(shè)計(jì)煤質(zhì)接近的煤,才具有最好的經(jīng)濟(jì)性。因此有必要制定合理的切實(shí)可行的配煤方案,使鍋爐在燃用與設(shè)計(jì)煤質(zhì)相接近的條件下運(yùn)行，以達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性和安全性[8]。

對(duì)鍋爐機(jī)組進(jìn)行混煤摻燒試驗(yàn)，試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表8。

表8 混煤摻燒試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

在混煤摻燒試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了如下幾個(gè)問題：因印尼煤揮發(fā)分高，發(fā)生摻燒印尼煤層燃燒器噴口處結(jié)焦現(xiàn)象；摻燒印尼煤磨煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，因印尼煤水分大，磨煤機(jī)出力下降很多，增加了其他磨煤機(jī)的負(fù)擔(dān)[9]。

混煤摻燒試驗(yàn)證實(shí)了少量摻燒印尼煤可降低飛灰可燃物含量，鍋爐熱效率上升。混煤摻燒的目的是增加入爐煤的易燃性，降低NOx排放值，合適的摻燒可以達(dá)到很好的效果，但是混煤摻燒的比例需要繁瑣的長(zhǎng)期試驗(yàn)來確定；試驗(yàn)過程中，混煤摻燒比例不完美可能也是導(dǎo)致鍋爐結(jié)焦的另一個(gè)重要原因。

5 結(jié)論

通過以上各個(gè)試驗(yàn)，得到以下結(jié)論。

(1)鍋爐經(jīng)過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)比結(jié)果，在95% BMCR工況時(shí)，NOx質(zhì)量濃度穩(wěn)定在300 mg/m3左右，調(diào)整結(jié)果和鍋爐調(diào)整前相比已經(jīng)有較大的降低，限于鍋爐的結(jié)焦問題尚未完全解決，這個(gè)結(jié)果已經(jīng)是目前能達(dá)到的最佳水平。

(2)鍋爐經(jīng)過磨煤機(jī)R90調(diào)平試驗(yàn)，每臺(tái)磨煤機(jī)出口的4根風(fēng)管風(fēng)速偏差較小，所有磨煤機(jī)R90平均偏差在合理范圍內(nèi)。

(3)鍋爐經(jīng)過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，鍋爐的持續(xù)性垮焦問題得到解決，鍋爐的結(jié)焦問題得到控制，限于鍋爐的混煤摻燒等原因，目前通過技術(shù)性手段無法完全避免。

(4)考慮到鍋爐目前較高爐膛溫度及較高的NOx質(zhì)量濃度，運(yùn)行氧量在2.5%～2.8%之間是比較好的選擇。

(5)中高負(fù)荷時(shí)，鍋爐一次風(fēng)量不應(yīng)低于70 t/h，A，B，D層二次風(fēng)箱開度50%，E層二次風(fēng)箱開度75%為比較理想的方案。

(6)經(jīng)過一系列的試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)鍋爐的內(nèi)部仍缺少部分相應(yīng)的吹灰器，建議標(biāo)高為37.25，25.05 m處兩側(cè)前各加裝1只吹灰器，標(biāo)高37.00～46.00 m四面墻之間的合適位置，加裝16只吹灰器(同一層)。

(7)考慮到爐膛目前實(shí)際最高溫度仍在1 500 ℃以上，電廠應(yīng)加強(qiáng)對(duì)入爐煤監(jiān)控，降低低灰熔點(diǎn)煤比例，確保入爐煤灰熔點(diǎn)在1 400 ℃以上。

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

[2]楊忠燦,姚偉.電廠鍋爐變煤種摻燒問題研究[J].中國(guó)電力,2010,43(11):42-45.

[3]李寒旭.配煤降低高灰熔融性淮南煤灰熔點(diǎn)的研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2002,27(5):529-533.

[4]王學(xué)棟.燃煤鍋爐氮氧化物排放特性研究及煙氣脫硝催化劑研制[D].山東:山東大學(xué)，2009.

[5]候昭毅.基于“MBEL”W火焰鍋爐結(jié)焦現(xiàn)象原因分析及其對(duì)策[J].鍋爐技術(shù),2010,41(6):37-41.

[6]周新剛.燃煤電站鍋爐飛灰含碳量預(yù)測(cè)模型研究[D].山東:山東大學(xué),2006.

[7]馬巧春,周力慶,沈琦.華能南通電廠350 MW機(jī)組鍋爐摻燒印尼煤試驗(yàn)及分析[J].熱力發(fā)電,2003,32(11):10-12.

[8]林介團(tuán).電廠燃煤混配模型的建立及分析[J].廣東電力,2008,21(4):25-27,31.

[9]王靜.某電廠褐煤和印尼煤摻燒經(jīng)驗(yàn)介紹[J].制冷空調(diào)與電力機(jī)械,2011,32(6):79-81.

(本文責(zé)編：劉炳鋒)

2017-05-11；

2017-06-28

TK 16

A

1674-1951(2017)07-0028-04

白洪森(1990—)，男，河北滄州人，在讀碩士研究生，主要研究方向?yàn)闊崮芄こ?、鍋爐脫硝脫汞及鍋爐燃燒性能優(yōu)化(E-mail:469066430@qq.com)。