300MW燃煤鍋爐一次風(fēng)優(yōu)化探析

張衛(wèi)東

摘 要： 鍋爐是火電廠發(fā)電的主要工具之一，鍋爐運行情況的優(yōu)劣直接關(guān)系到電廠最終的效益，而鍋爐運行中排煙熱損失是所有熱損失中最大的一項，可占總熱損失的60%-70%左右，為此，尋找有效途徑，優(yōu)化鍋爐一次風(fēng)，改善排煙溫度，降低機組標(biāo)準(zhǔn)煤耗，提高電除塵效率對于企業(yè)減少熱損失意義重大。基于此，本文分析現(xiàn)階段我國電廠300MW燃煤鍋爐的運行現(xiàn)狀，并提出了幾點關(guān)于如何解決鍋爐運行中排煙溫度普遍偏高等問題的意見和建議，旨在調(diào)整鍋爐燃燒、提高燃燒經(jīng)濟性，以供相關(guān)企業(yè)參考。

關(guān)鍵詞：300MW燃煤鍋爐 一次風(fēng) 優(yōu)化 自適應(yīng)調(diào)節(jié)

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）12-0301-02

電力的使用使人們物質(zhì)生活水平得到了較大改善，近年來，隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人們?nèi)粘５纳睢⑸a(chǎn)與電力的關(guān)系不斷密切，電廠傳統(tǒng)的僅僅以保障用電安全、用電穩(wěn)定為生產(chǎn)目的的生產(chǎn)方式已不能很好的滿足人民日益增長的電力需求；此外，環(huán)境的變化、資源的稀缺以及國家對節(jié)能減排指標(biāo)要求的日益嚴(yán)格，也使得火力發(fā)電企業(yè)的發(fā)展和生存變得困難重重，單純依靠傳統(tǒng)的操作規(guī)程手段，已無法實現(xiàn)生產(chǎn)成本控制要求。因此，為確保我國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展以及企業(yè)的自身發(fā)展，火力發(fā)電企業(yè)應(yīng)將節(jié)能增效作為改革的一個重要的方向，不斷改善技術(shù)，確保發(fā)展符合經(jīng)濟需要和社會需要。目前，我國燃煤電站多使用300MW、600MW機組，二者中又以300MW機組數(shù)量最多，對300MW燃煤鍋爐機組進行燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗研究對于鍋爐機組運行安全性和經(jīng)濟性的提高有著重要意義。

一、300MW燃煤鍋爐機組燃燒系統(tǒng)及排煙溫度高的原因

1.系統(tǒng)組成

本文以某電廠#8機組鍋爐熱力系統(tǒng)為研究對象，所使用的煤種為大同煙煤，并以神華混煤作為校核煤種。鍋爐型號為DGIO25/18.2-Ⅱ4，該鍋爐為全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)，亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)汽包爐、四角切圓燃燒，燃用煙煤、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣。爐膛由膜式水冷壁以及水冷壁上部的折焰角組成，高熱負(fù)荷區(qū)由內(nèi)螺紋管組成，爐膛斷面尺寸為13335x12829mm，頂棚管中心線標(biāo)高6l000mm，汽包中心線標(biāo)高65000mm。壁式再熱器布置與爐膛兩側(cè)墻靠水冷壁和下部前墻的向火側(cè)，爐膛出口處配備過熱器，水平煙道內(nèi)配備中溫、高溫再熱器及高溫過熱器。兩臺三分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器分別布置與尾部煙道。正常工況下以一級減溫器作為主調(diào)，三級減溫器作為微調(diào)，二級減溫器作為備用或調(diào)節(jié)左右側(cè)汽溫偏差。主蒸汽以二級噴水減溫方式為主，并配備事故噴水降溫，以提高系統(tǒng)運行安全性。再熱器三級，分別為壁式再熱器、中溫再熱器、高溫再熱器；過熱器六級，分別為頂棚過熱器、全大屏過熱器、包墻過熱器、低溫過熱器、后屏過熱器、高溫過熱器。

1.1燃燒過程

燃料鍋爐系統(tǒng)設(shè)備眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，燃煤電站在利用燃料鍋爐發(fā)電時，主要是通過燃煤的燃燒熱量來加熱給水，輸出達(dá)到一定壓力和溫度的主蒸汽，進而為電廠發(fā)電機組提供必要能量。燃煤燃燒過程主要步驟如下：① 鍋爐燃燒所需的燃料通過給煤機送至入磨煤機，磨煤機中再將燃料磨制成細(xì)度適中的煤粉。② 一次風(fēng)機分兩路吸入輸送燃料，一路直接進入磨煤機，作為冷一次風(fēng)；一路經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱后進入磨煤機，作為熱一次風(fēng)。在磨煤機中，冷、熱兩路一次風(fēng)與煤粉充分混合，共同將煤粉經(jīng)燃燒器送入爐膛。③ 送風(fēng)機將二次風(fēng)送入空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器對二次風(fēng)進行加熱后在再經(jīng)過必要數(shù)量的風(fēng)箱、風(fēng)擋板后進入爐膛，進入風(fēng)箱、風(fēng)擋板的二次風(fēng)再與煤粉混合，以確保煤粉能夠得到完全燃燒。④ 燃煤在燃燒過程中可產(chǎn)生一定的熱量，給水經(jīng)該熱量加熱后可輸出符合一定壓力和溫度要求的主蒸汽，進而為電廠汽輪發(fā)電機組提供發(fā)電動力。⑤ 利用煙道轉(zhuǎn)換燃煤燃燒過程中與空氣混合產(chǎn)生的高溫?zé)煔?，即通過煙道中的過熱器、再熱器、省煤器以及空氣預(yù)熱器對熱量進行必要交換，該舉措可確保高溫?zé)煔鈹y帶的熱量不被浪費，轉(zhuǎn)換后的高溫?zé)煔庾詈笸ㄟ^引風(fēng)機經(jīng)煙囪排入大氣，燃煤過程結(jié)束。

1.2排煙溫度高的原因

導(dǎo)致鍋爐排煙溫度過高的原因有很多，常見的如設(shè)計燃用煤質(zhì)與實際使用的燃燒煤質(zhì)之間存在較大偏差，空氣預(yù)熱器（與煤器受熱面偏小、爐膛漏風(fēng)、吹灰器布置不合理等。此外，對于300MW燃煤鍋爐來說，導(dǎo)致排煙溫度過高還有一個最重要的原因，即磨煤機出口溫度設(shè)置上限，出于制粉系統(tǒng)安全考慮，大多數(shù)300MW燃煤鍋爐磨煤機的出口溫度往往有一個安全上限，若制粉熱風(fēng)溫度大于所需風(fēng)溫，則制粉系統(tǒng)將自動摻入冷風(fēng)進行運行，且該部分冷風(fēng)量往往大于預(yù)設(shè)計值，使得有組織風(fēng)量下降，最終導(dǎo)致排煙溫度上升。

二、300MW燃煤鍋爐燃燒特性

300MW燃煤鍋爐在燃燒過程中可受到多方面的影響，包括煤的燃燒特性、四角切圓燃燒的動力特性、飛灰含碳量等。煤的燃燒特性又具體包括煤的常規(guī)特性對燃燒的影響以及煤粉氣流著火特性對燃燒的影響2方面；四角切圓燃燒的動力特性又具體包括穩(wěn)定的空氣動力場對燃燒的影響、木爐空氣動力場的動力特性對燃燒影響2方面；飛灰含碳量對又包括爐膛氧量對飛灰含碳量的影響、爐膛溫度對飛灰含碳量的影響、一二次風(fēng)的擾動和混合對飛灰含碳量的影響、鍋爐的運行負(fù)荷對飛灰含碳量的影響、制粉系統(tǒng)運行方式對飛灰含碳量的影響、爐膛內(nèi)的燃燒時間對飛灰含碳量的影響6方面。

其中，一、二次風(fēng)的擾動與混合對飛灰含碳量的影響主要體現(xiàn)在以下方面，煤粉在進行燃燒時大多為多相燃燒，并以煤粉表面作為燃燒反應(yīng)的主要“場所”，空氣到煤粉表面的擴散速度以及煤粉燃燒反應(yīng)速度是決定燃燒反應(yīng)速度的關(guān)鍵因素。為此，為確保燃煤完全燃燒，提高電廠燃煤經(jīng)濟效益，不僅需要設(shè)置保證溫度足夠的爐溫、供應(yīng)適量的空氣，同時還必須尋找有效途徑，使一、二次風(fēng)良好配合，確保煤粉與空氣能充分混合，以便將空氣及時輸送指煤粉燃燒表面，幫助燃燒。此外，完全燃燒不經(jīng)包括著火后的燃燒階段，同時也應(yīng)當(dāng)包括燃盡階段，可燃物和氧的數(shù)量是隨著燃燒的進行而不斷減少的，至燃盡階段，可燃物和氧的數(shù)量以基本降至最低點，且煤粉表面可被灰包裹，此時利用一、二次風(fēng)加強混合擾動，可有效增加煤粉和空氣的接觸機會，使燃燒更為徹底。

三、300MW燃煤鍋爐一次風(fēng)調(diào)試

選用與設(shè)計煤種相近的煤種，保持鍋爐各參數(shù)穩(wěn)定，整個運行期間一次風(fēng)壓、鍋爐運行氧量等保持不變，自動控制系統(tǒng)投入自動，熱工人員要對各磨煤機風(fēng)量、差壓、一次風(fēng)流量等測點進行吹掃，確保實驗結(jié)果準(zhǔn)確。

試驗分別在不同機組負(fù)荷下完成。每個工況下，均確保二次風(fēng)配風(fēng)方式保持不變，單獨對一次風(fēng)壓進行調(diào)整；機組投入CCS自動狀態(tài)，負(fù)荷保持不變，一次風(fēng)機調(diào)整一次，風(fēng)壓隨之改變一次；同時二次風(fēng)門擋板的開度保持不變，穩(wěn)定運行1h后，測飛灰可燃物含量。試驗中若有異常，則馬上停止實驗。

試驗顯示，一次風(fēng)壓變化對飛灰含碳量有顯著影響，以負(fù)荷26OMW為例，當(dāng)負(fù)荷保持穩(wěn)定且其他條件不變的情況下，當(dāng)一次風(fēng)壓從7.SKPa上升至8.SKPa時，飛灰含碳量呈下降趨勢，但一次風(fēng)壓若繼續(xù)升高，則飛灰含碳量又呈升高趨勢。據(jù)此，同一負(fù)荷下，有使飛灰含碳量最小的最佳一次風(fēng)壓。其次，在負(fù)荷、二次風(fēng)穩(wěn)定的情況下，一次風(fēng)壓越高，則一次風(fēng)速變化趨勢越大，煤粉著火推遲。

四、300MW燃煤鍋爐一次風(fēng)優(yōu)化的意義

按照以上步驟對300MW燃煤鍋爐一次風(fēng)進行優(yōu)化后，試驗數(shù)據(jù)顯示，其排煙溫度得到了有效降低，平均下降溫度在5℃左右，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤1660t，若按煤價780元/t計算，則每年可為企業(yè)節(jié)約成本130萬元左右；同時，鍋爐效率也得到了顯著提高，平均提高幅度約為0.2%左右；此外，節(jié)約企業(yè)成本的同時，對于機組經(jīng)濟性、機組使用壽命的提高亦有著重要意義，能夠較大幅度的降低制粉系統(tǒng)的摻冷風(fēng)量，提高布袋除塵器運行壽命。

總之，適度增加煤粉氣流混合物中的一次風(fēng)壓，不僅可相應(yīng)的增大一次風(fēng)量，使著火熱增大，同時，還可以延遲著火過程，降低燃煤消耗量。此外，能夠有效解決發(fā)電廠300MW燃煤鍋爐組制粉系統(tǒng)摻入冷風(fēng)，而導(dǎo)致的排煙溫度過高的問題，具有重要的指導(dǎo)意義及較高的借鑒價值。

五、結(jié)束語

綜上所述，在負(fù)荷一定的情況下，一次風(fēng)壓的變化對鍋爐飛灰含碳量的影響較大，對中速磨直吹式制粉系統(tǒng)而言，可關(guān)閉冷風(fēng)門，并將一次風(fēng)門保持在在50%的開度，以確保煤粉煤粉細(xì)度均勻，提高綜合效益；此外，爐效率受鍋爐摻燒低熱值煤的影響，為使機組能保持較好的經(jīng)濟性，可進行制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整試驗。

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