300MW鍋爐運行診斷及燃燒優(yōu)化試驗分析

王道情

摘 要： 在我國大力倡導節(jié)能減排的政策驅使下，各行各業(yè)都在積極的響應國家節(jié)能減排的號召。電廠鍋爐普遍存在著燃燒效率低以及氮氧化物排放量高的問題，對于鍋爐燃燒效率以及氮氧化物排放問題進行分析，提出了提高鍋爐燃燒效率降低氮氧化物排放的具體舉措，并取得了較好的試驗效果。

關鍵詞：300MW鍋爐 燃燒效率 氮氧化物 優(yōu)化改造

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0292-01

引言

當前我國正在各行業(yè)大力推行節(jié)能減排，電站鍋爐已面臨著運行成本高、高排放的現(xiàn)狀，因而電站鍋爐急需一種高效率低污染的燃燒技術，隨著國家在該方面大力的支持，我國在該領域內(nèi)實現(xiàn)了較大的技術進步，并且有些技術已經(jīng)在試驗中取得較好的效果，正逐步在電廠鍋爐中推廣應用。有些電廠為了降低發(fā)電成本而在鍋爐中使用了褐煤，使得所使用煤的質量嚴重偏離原來所設計的標準，鍋爐在使用褐煤之后出現(xiàn)了燃燒效率低、制粉能力不足、以及氮氧化物排放較高的現(xiàn)象，既不利于經(jīng)濟性也產(chǎn)生污染以及溫室氣體的排放。本文對鍋爐的性能進行診斷測試并發(fā)現(xiàn)其中存在的問題，并針對上述問題提出了改進的方案，且經(jīng)過一系列的冷態(tài)試驗以及燃燒調(diào)整實驗，充分解決了鍋爐的高污染排放以及燃燒效率低等問題，可以為我國電站鍋爐的改造提供一定的借鑒。

一、設備狀況

某電廠所使用的鍋爐采用的是美國CE公司的技術，所設計的鍋爐的亞臨界壓力數(shù)值以及中間再熱和自然循環(huán)包爐，其采用的是單爐體的負壓爐膛，呈現(xiàn)的是倒U型的分布。鍋爐采用的是正壓直吹式的系統(tǒng)，采用的是5臺MPS磨煤機，在額定的運行狀態(tài)下4臺磨煤機處于工作的狀態(tài)，其中一臺磨煤機處于備用的狀態(tài)。采用四角切圓燃燒方式，在爐膛的四周進行切向的布置。

二、鍋爐運行診斷及燃燒存在的問題

通過對鍋爐本體、制粉、輔機、除塵等方面的能耗的調(diào)查，在這個過程中發(fā)現(xiàn)鍋爐輔助設備對于鍋爐的經(jīng)濟性存在較為嚴重的影響，所主要存在的問題有：爐膛的溫度過低，這主要是由于排煙溫度超過所設計的限值造成的；排煙的損失大，主要是由于褐煤的比例過大以及爐膛和空預器漏風過大造成的；氮氧化物排放較多，主要是由于沒有采取措施對燃燒進行控制造成的；爐膛結焦，主要是由于摻雜褐煤以及配風不合理造成的；磨煤機出力不足，主要是由于磨煤機選型過小造成的；空預器性能差，主要是設計偏離原來煤種造成的；軸機耗電過高，主要是由所摻雜褐煤煙氣量較大造成的；鍋爐保溫性能差，主要是由于保溫部分老化造成的；風煙與制粉系統(tǒng)控制能力差，主要是由于煙氣量大，風速過高造成的。

三、鍋爐整體優(yōu)化與改造

對于上述分析中鍋爐燃燒常見的問題，除了部分問題可以通過對設備的改進來完成之外，還可以通過褐煤燃燒調(diào)整以及對制粉系統(tǒng)的優(yōu)化來解決上述問題，兩種措施可以實現(xiàn)相互補充來充分的解決上述問題。往往先對設備進行改造然后對系統(tǒng)進行調(diào)整，將系統(tǒng)節(jié)能的潛力充分的發(fā)揮出來。改造的方面主要涉及燃燒系統(tǒng)的改造、汽水系統(tǒng)的改造、風煙系統(tǒng)的改造、制粉系統(tǒng)的改造、保溫系統(tǒng)的改造、儀表控制系統(tǒng)的改造等。改造的方面包括對燃燒器進行優(yōu)化，對于減溫水進行處理，有效利用尾部煙氣，暖風器的優(yōu)化，磨煤機的出力的提高、風機控制系統(tǒng)的優(yōu)化、氧量測量裝置的優(yōu)化等。

四、燃燒調(diào)整與運行特性分析

通過實踐研究表明，通過燃燒試驗可以有效的提高鍋爐的燃燒效率降低污染的排放。 鍋爐在經(jīng)過檢修之后需要進行優(yōu)化調(diào)整，還需要對鍋爐運行時候的需氧量以及風量的調(diào)整進行燃燒試驗，最終確定最佳的鍋爐燃燒方式，切實提高鍋爐燃燒的效率。

1.變氧量試驗

鍋爐在運行過程中的需氧量會對機組的運行效率產(chǎn)生十分重要的影響。在鍋爐燃燒的過程中如果供氧量發(fā)生變化，會直接影響排煙所導致的熱損失，還會對飛灰中所含的可燃物質的含量、風機電耗以及氮氧化物的含量造成影響。目前鍋爐運行過程中的需氧量往往是由額定條件決定的，一般采用的是經(jīng)驗值來確定供氧量，所以供氧量對于節(jié)能減排具有十分重要的意義。將試驗的負荷設置為300MW、 240MW、 200MW，可以通過改變運行過程中的氧氣量，來確定不同工況下鍋爐的效率以及排放物的濃度。

鍋爐在運行過程中的供氧量還會對排煙熱損失以及固體是否完全燃燒造成很大程度的影響，隨著鍋爐燃燒過程中氧氣量的增加，可以有效降低飛灰中可燃物質的含量，且固體燃燒部分中未完全燃燒部分明顯的減少，但是煙氣排放的增加使得熱損也相應的增加了，所以鍋爐效率決定因素包括排煙熱損失和固體未完全燃燒的部分。從實驗的結果分析來看，當處于300MW的負荷下，運行所需要的供氧量也會從1.8%升到2.3%時，鍋爐的燃燒效率也從原來的90.41%提升到后來的91.65%，主要是因為在供氧量較低的情況下，燃料不能充分的使得固體部分燃燒所導致的較低的鍋爐燃燒的效率，隨著鍋爐燃燒供氧量的增加，排煙的熱損失會顯著的降低，鍋爐的效率也會顯著的提升。將負荷設定為240MW、 200MW條件下，當氧氣的含量從3%提高到4%、3.6%提高到4.46%時，鍋爐的效率會隨著含氧量的增加而顯著的降低，會從原來的91.86%降低到后面的91.59%，由92.03%下降到91.7%。氮氧化物的排放量主要是由含氮的燃燒物質造成的，除了受到含氮燃燒物質的影響之外，氧化物的排放量還會受到供氧量的影響，隨著燃燒物質含氮量的增加，氮氧化物的排放濃度會顯著的增加，但是增加卻不是很明顯，由于隨著燃燒物質含氮量的增加，其轉化率會發(fā)生顯著的降低，可以有效的抵消氮氧化物的生成。因而含氧量是影響氮氧化物排放量的一個重要的因素。

可以看到在鍋爐不同的負荷下，氮氧化物的含量會隨著供氧量的增加而顯著的增加，這是由于隨著氧氣含量的增加，會有效的增加燃燒區(qū)域的氧化性，可以有效的促進氮氧化物的生成，當鍋爐處于300MW的時候，含氧量會由1.8%增加到2.3%時，氮氧化物會由原來的328mg/m3上升到403mg/m3，當鍋爐處于240MW負荷下，供氧量由3%增加到4%時，氮氧化物的排放量會從367mg/m3上升到482mg/m3，當鍋爐處于200MW負荷下，隨著氧氣的含量從3.6%增加到4.46%時，氮氧化物的排放量會從517mg/m3上升到607mg/m3。此外，隨著鍋爐燃燒負荷的降低，運行過程中的供氧量會顯著的降低，燃燒區(qū)域的還原性就會加強，會有效的降低氮氧化物的排放量?？梢娙紵^程中的需氧量對于鍋爐的燃燒效率以及氮氧化物的排放量都會造成顯著的影響，在實際鍋爐運行的過程中需要綜合燃燒效率以及氮氧化物的排放量來綜合確定燃燒過程中的需氧量。

2.變SOFA風量試驗

本文還通過對不同擋板開度下的鍋爐的燃燒效率和氧化物的排放量進行了試驗分析，以用來確定最佳的擋板的開度，可以為操作人員提供操作依據(jù)。當鍋爐的負荷處于300MW下，將擋板的開度分別設置為50%、 75%、 100%時，所測到的鍋爐的燃燒效率分別為89.79%、 90.28%、 89.9%，而修正后的燃燒效率分別為90.97%、91.56%、 91.12%?？梢钥吹疆敁醢宓拈_度為75%的時候鍋爐的燃燒效率最高。

五、優(yōu)化與燃燒調(diào)整

通過對于設備的改造優(yōu)化以及鍋爐的燃燒試驗確定最佳的供氧量和擋板開度，使得鍋爐的燃燒效率得到顯著的提升，通過對改造優(yōu)化前后的鍋爐的燃燒效率的對比可以發(fā)現(xiàn)，當鍋爐機組的負荷分別為300MW、 240MW、200MW時，實驗所得到的熱效率經(jīng)過修正之后的數(shù)據(jù)分別為91.65%、 91.86%、 92.03%。 和改造之前處于300MW、 250MW、180MW負負荷下的鍋爐的燃燒效率90.85%、 91%、 91.32%。相對比來看，可以看到鍋爐的燃燒效率顯著的提升了，可以接近當初設計的數(shù)值，平均提高了0.8%，所降低的煤耗為2.2g/kWh。

對于燃燒器的改進措施可以遵循以下的方式：不對主燃燒器的風箱以及水冷壁進行改造，假設煤粉的管道接觸不良，每份燃燒器可以采用水平平淡燃燒器和偏置周界風來進行改進；在最上面的煤粉燃燒器0～5.0m增設三層的燃燒器，將燃燒器噴口設置為可以手動的擺動；對于一二次的噴口進行相應的改進，在保證燃燒及時和穩(wěn)定的前提下，將燃燒區(qū)域的還原性氣氛設置好；可以通過設置風道為燃燒器配風。對于改造前后的設備進行試驗，在設備改造之前，當鍋爐處于300MW、250MW、180MW負荷的時候，當氧化物的排放量分別為733mg/m3、780mg/m3、843mg/m3，在改造以后，鍋爐處于300MW、 240MW、 200MW負荷的時候，氮氧化物的排放量分別為328mg/m3、367mg/m3、517mg/m3，平均所降低的排放量可達381mg/m3，因而通過改造所實現(xiàn)的提高效率降低氮氧化物排放的效果較為理想。

結語

通過供氧量變化的實驗可以確定最佳的需氧量參數(shù)，通過擋板開度實驗可以得到在300MW負荷時，將擋板的開度控制在75%，可以有效的提升機組的運行經(jīng)濟性；通過對鍋爐燃燒器的改造、低溫省煤器、以及空氣預熱器等相應的實驗，鍋爐的燃燒效率提升約1%，燃煤消耗月降低2.2g/kWh，氮氧化物的排放量約降低381 mg/m3。

參考文獻

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