电厂锅炉燃烧调整策略

电厂锅炉燃烧调整策略

彭嘉伟

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摘要：某厂2100 T/H锅炉正常运行时，根据煤质分析报告，通过对制粉系统及配风方式的调整，以达到合适的炉内温度场，保证汽温、汽压稳定，减少汽包水位大幅波动，减少热损失，防止结焦及降低NOX、SO2排放，降低飞灰对受热面产生磨损，维持锅炉在安全、经济、环保条件下工况稳定运行。

关键词：煤质 制粉系统 配风方式 氧量调整

引言：某电厂装有3台2100 T/H 亚临界，一次中间再热、四角燃烧汽包炉。投产初期，多次出现 MFT 动作或严重结焦被迫停炉，后来，运行人员根据煤质报告综合分析，通过不同制粉系统的投运及合理配风，调整炉内温度场，改变受热面吸热量的分布，达到稳定燃烧、减少结焦、降低NOX排放等目的。

1根据不同煤质特性的燃烧调整

1.1水份：对着火阶段不利，使着火困难，降低燃烧温度，减少炉膛辐射热，增加排烟量，降低锅炉效率。对水份高的煤，建议投运底层制粉系统，适当提高磨煤机出口温度，增加煤粉着火热，同时加强炉膛吹灰。

1.2灰份：会阻碍可燃物与氧接触，使炭粒不易完全燃烧，增加受热面积灰、结渣、磨损、腐蚀。对灰份高的煤种，要加强全面吹灰，保持受热面整体清洁。

1.3挥发份：含量高，容易着火，会烧损燃烧器，且火焰温度高，炉膛辐射换热增加，对流换热减少，气温偏低。应采取措施包括：降低磨煤机出口温度，防止煤粉自燃，推迟着火；增加二次风量，提高一次风速，保证燃烧阶段有足够过量空气。投运上层制粉系统，加强过热器、再热器吹灰，燃烧器适当上摆以保证汽温。

1.4固定碳：含量高，不易着火，燃烧缓慢，火苗短，汽温偏高。对固定碳高的煤种，可提高磨煤机出口温度，有利煤粉快速着火，同时加强炉膛吹灰，增加二次风量以强化炉内燃烧。

1.5硫份：对高硫份煤，在保证完全燃烧的条件下，采用低氧燃烧，达到减少硫酸蒸汽以降低烟气露点，防止低温腐蚀目的，同时减少NOX的排放。

1.6发热量：过低，使火焰温度低，同时由于火焰停留时间长，飞灰可燃物增加。在蒸发量不变时，还会使给煤量增加。

1.7熔融性：灰熔点低的煤，容易结渣。为防止受热面结渣，要求炉膛出口烟温比灰熔点低50~100℃。

2制粉系统的燃烧调整

  某厂锅炉有6台正压直吹制粉系统，要保证其正常出力，就必须确保磨辊/磨碗间隙，液压油压力或弹簧压力及一次风量、风温等满足出力要求下，进行适当燃烧调整。

2.1磨煤机出口温度，要适应煤质变化。对低挥发分、低发热量、高灰分的煤可提高出口温度。

2.2通风量：取决于其干燥能力及送粉所需风速，在考虑粉管不积粉的同时，又要考虑粉管长度不一造成的阻力偏差，为此，风速要有一定余量，防止堵管、脱火或烧损喷咀，而且通风量不足还会引起排渣口溢煤。

2.3煤粉细度，通过试验确定合适的折向板开度。运行中可根据煤质及燃烧状况，用一次风量微调煤粉细度，加强磨碗压差监视，煤粉过细，压差会升高。

2.4投运方式：根据煤种、汽温特性、结渣倾向来决定制粉系统投运的组合方式，并尽量保持其在经济出力下运行。额定负荷时，以A、B、C、D、F              的组合方式为佳，这样比较符合燃烧器四角双切圆分段燃烧的设计原理，以减少飞灰可燃物及NOX的排放。由于煤中的灰分会对长期运行的燃烧器造成磨损，甚至喷口结渣、腐蚀，而且为了保证燃烧器投运的对称均匀，建议轮换投运制粉系统。

2.5制粉系统一般自下而上投入、自上而下退出。当结渣明显时应

防止煤粉过分集中，可选择中间的磨煤机退出。在低负荷时建议保持下层的且相邻的制粉系统运行，同时给煤率不要太低以确保

燃烧稳定，当只有一台制粉系统运行或给煤率低于30%时，应投对应层油枪助燃或者等离子稳燃。

3配风及燃烧方式调整

  为保证安全点火，暖炉期间应维持至少30%吹扫风量，吹扫、点火、暖炉过程应打开所有辅助风挡板，然后从最上层开始以每隔10秒一层速度关闭，直至投运煤粉上方的那一层为止。50%负荷后燃尽风挡板线性打开到满负荷时全开。机组投运后所要求总风量随负荷变化，一定负荷下所需风量取决于燃料特性和理想燃烧所需的过量空气量。

  风量的分配则通过调整风箱内各风室的挡板进行，各调节挡板按燃烧控制系统指令，由各自气动活塞和曲柄连杆驱动，除燃料风挡板外，其他风室都可以手动调节。二次风包括辅助风、燃料风、燃尽风，通过调节辅助风挡板可维持设定的风箱与炉膛压差。煤粉风室和辅助风室风量的正确比例取决于燃料的燃烧特性。

3.1过量空气系数的调整

正常运行中一次风量比例变化不大，控制过量空气系数主要靠调整二次风量。通过观察火焰颜色、测量飞灰及灰渣含碳量，确定合适的过量空气系数。

3.2辅助风的调整

按二次风自动控制的要求，在一定的辅助风、燃料风、燃尽风挡板开度下，调整风箱与炉膛压差，控制燃烧器区域风量处于理论空气量，火焰中心形成相对“负氧区”，在燃烧器上部通过燃尽风喷口将煤粉燃尽所需风量送入炉膛，以降低NO

X生成，降低飞灰含碳量。

3.3燃料风的调整

燃料风挡板随给煤率自动调节，当给煤率大于25%时开始打开，100%时全开。当燃用挥发分高、易着火、易结渣煤种时，为防止烧损喷口或燃烧器区域结渣，应增大风箱与炉膛压差，加大燃料风量。

3.4燃烧器摆角调整

摆角维持在水平附近较好，长期上摆或下摆均对燃烧不利。由于摆角对汽温有明显调节作用，在高负荷尤为明显，所以一般不应在短时间内作快速或大范围摆动，防止汽温波动及销子断裂，同时也不应在高负荷时长期下摆，以防止冷灰斗上面热负荷过高引起结渣。

3.5炉膛负压的调整

根据负压波动情况，可判断风烟系统是否存在漏风或炉内掉大焦，防止炉膛喷火、冒烟或水封槽缺水等。

4.氧量调整对锅炉安全性经济性的影响

锅炉氧量不仅影响锅炉的热效率，还影响锅炉送引风机电耗、汽温、减温水、NOx排放浓度等参数，而且氧量还影响锅炉的烟气温度分布和烟气的气氛，对结渣、结焦和高温腐蚀等产生影响，飞灰可燃物含量的变化对受热面的磨损也产生影响。因此锅炉氧量对经济性的影响是一个综合的效果，对经济性分析模型进行研究，使最终确定的经济性指标既准确可靠，又便于实现，是一个重要基础研究。

采用机组的相对经济性分析模型，即除了与氧量有直接耦合关系的参数外，其它所有参数均认为在不同氧量下都是不变的，以减少测试的系统误差对经济性分析结果的影响。影响机组最终发电成本的综合性因素可归结为：

(1)机组的供电煤耗：包括锅炉的热效率、送引风机电耗、主汽温度和减温水量、再热汽温度和减温水量；

(2)NOx排放浓度；

(3)SO2排放浓度；

(4)飞灰对受热面的磨损。

在不影响机组安全运行的情况下，氧量对受热面的结渣和结焦的影响主要表现为其对机组经济性的影响，即结焦增多将使吹灰次数增多，排烟温度升高，同时增加了捞渣机的负荷。这些影响因素的评估需要比较长的时间，在通常的测试时间内无法直接测量出其经济性的变化，因此暂不考虑。

氧量对锅炉高温腐蚀和低温腐蚀的影响是一个长期的过程，其对机组经济性的影响无法在理论上进行计算，但有以下的定性结论：

（1）低氧燃烧可使烟气中SO3含量显著减少，这样会使酸露点降低；

（2）低过量空气燃烧能显著减少、甚至接近于全部消除在很容易聚积沉积的高温下运行的过热器管上的灰渣沉积现象；

（3）低过量空气系数可使管子的腐蚀率降低；

（4）过量空气系数的临界值约为1.03，低于此值就能收到减轻过热器结渣和腐蚀的效果。

（5）过量空气系数过小时，会在炉内形成较多的还原性气氛，且会使烟气中形成H2S、HCl等强腐蚀性气体，有时反而使腐蚀加重。

4.1 锅炉热效率

不同氧量下的锅炉热效率为根据国标GB10184-88的测试值，其中测试参数为：

（1）锅炉的飞灰可燃物和炉渣可燃物；

（2）空预器进口和出口温度；

（3）空预器进口和出口氧量、空预器出口CO；

（4）环境温度、湿度和大气压力；

（5）入炉煤的取样和分析，最好采用煤检样进行分析。

由于入炉燃煤的结焦性不同，以及不同氧量测试前锅炉的吹灰状况不同，使得排烟温度的测量结果除了受氧量的影响，还受燃煤的结焦性和测试前锅炉的吹灰状况影响，为此对热效率测试工况进行以下的处理：

（1）对于弱结焦性煤种，即空预器入口烟温在测试期间内基本不变，则同一负荷不同氧量的测试工况可连续进行，中间进行适当的吹灰；

（2）对于中等结焦性煤种，即空预器入口烟温在测试期间内会有所增长，则同一负荷每个氧量测试工况前进行适当的吹灰；

（3）对于强结焦性煤种，即空预器入口烟温在短时间内增长较快，则该煤种不适合进行长期安全燃用，不进行经济氧量试验。

4.2 机组热耗

在同一负荷下，当所有的参数都不变时，机组的热耗为一定值。由于采用相对经济性分析模型，因此可选定某一氧量下的热耗值，该热耗值可参考以往的性能测试值，也可进行实际的热耗测试，即O2(1)对应机前主汽温Tgq(1)、过热减温水量Dgj(1)、机前再热汽温Tzq(1)、再热减温水量Dzj(1)和热耗Hn(1)。

氧量的变化引起机组汽温和减温水的变化，进而影响机组的热耗。在O2(2)下的机组的热耗Hn(2)采用设计修正曲线得到。

4.3 厂用电率

由于送引风机耗电在厂用电中占的比例不大，实际的不同氧量工况试验时其它设备的耗电W0也不可能完全保持不变，O2(2)下的厂用电率测试值一方面受其它设备耗电的影响，另一方面由于测试精度问题，可能反映不出风机电耗变化对厂用电率的影响，因此O2(2)下的厂用电率不宜采用测试值。

4.4 供电煤耗校验

对于机组的供电煤耗测量结果bg,用机组的负荷Me和总煤量B进行校验（正平衡），当采用两种煤进行掺烧时，正平衡计算的供电煤耗bg’为：

式中： B1、B2为煤种1和2的入炉煤量，DCS数据平均值，t/h；

Qnet(1)、 Qnet(2)为煤种1和2的低位热值，由煤检数据获得；

    正平衡计算的供电煤耗bg’与反平衡计算的供电煤耗b

g偏差应小于5％，否则应检查原因。

4.5 机组供电煤耗成本

当锅炉在O2下运行，机组的供电煤耗为bg，此时的成本Pr(bg)为：

                    ×10-6       元/kWh

式中：UPr为标煤的单价，元/t；

当锅炉采用两种煤掺烧时，UPr按下式计算：

式中： p1、p2为煤种1和2的入炉比例，根据DCS的给煤量计算，p1＋p2=1；

Qnet(1)、 Qnet(2)为煤种1和2的低位热值，由煤检数据获得；

UPr(1)、UPr(2)为煤种1和2的到厂价格，由厂商务分部提供。

5.锅炉NOx排放

锅炉不同氧量下的NOx排放有比较大的差异，在环保措施越来越严格的情况下，NOx的排放需要折算到发电成本。

由于NOx排放浓度需要符合环保法规的要求，当某一入炉煤下的NOx排放浓度超标较多时，该入炉煤和运行方式可能无法长期使用。

6.锅炉SO2排放

锅炉运行氧量对SO2排放浓度影响很小，而煤种和负荷则影响SO2的排放浓度，从而对经济性产生影响。考虑SO2排放浓度引起的成本变化，主要用于比较不同煤种燃烧的经济性。

锅炉SO2排放浓度引起的成本变化主要考虑SO2的排放成本和石灰石成本，辅机电耗计入厂用电，则有：

（1）若SO2排放浓度在脱硫系统的设计范围内，则认为脱硫效率基本不变，经济性主要考虑脱硫后烟气中SO2的排放成本和石灰石成本。

（2）若SO2排放浓度超出脱硫系统的设计范围，则石灰石耗量达到最大，脱硫效率将下降，经济性主要考虑脱硫后烟气中SO2的排放成本。

结束语：在燃烧设备一定的情况下，根据煤质报告，通过对制粉系统、配风方式，以及经济燃烧氧量的合理调整，可保证汽温、汽压稳定，减少汽包水位大幅波动，减少热损失，防止结焦及降低NOX、SO2排放，降低飞灰对受热面产生磨损，最终实现锅炉在安全、经济、环保工况运行。

参考文献

[1]王淼.电厂锅炉的燃烧优化和运行调整探微.电力系统及自动化,2019-06.

[2]王天宝,李培荣.电厂锅炉的燃烧优化和运行调整探微.电力系统及自动化,2021-11.

[3]卞星辰.电厂锅炉燃烧调整试验研究.建筑设计及理论,2019-05