燃煤鍋爐CO生成特性對(duì)鍋爐效率及NOx生成的影響機(jī)制

吳運(yùn)凱，蘇?勝，王中輝，任強(qiáng)強(qiáng)，于鵬峰，黃海舟，徐?俊，汪一，胡?松，向?軍

燃煤鍋爐CO生成特性對(duì)鍋爐效率及NO生成的影響機(jī)制

吳運(yùn)凱1，蘇?勝1，王中輝1，任強(qiáng)強(qiáng)1，于鵬峰2，黃海舟2，徐?俊1，汪一1，胡?松1，向?軍1

(1. 華中科技大學(xué)煤燃燒國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430074；2. 華電電力科學(xué)研究院有限公司，杭州 310030)

以國(guó)內(nèi)某600MW墻式切圓燃燒鍋爐為研究對(duì)象，在爐膛關(guān)鍵區(qū)域布置了高溫CO在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)試驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算，研究了爐膛CO生成特性與鍋爐效率及NO排放的關(guān)聯(lián)特性，并建立了低氮綜合燃燒指數(shù)，以平衡鍋爐高效燃燒與低氮排放之間的矛盾．研究結(jié)果表明，該鍋爐效率隨監(jiān)測(cè)的爐膛CO濃度增大呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，爐膛NO排放濃度隨爐膛CO濃度的增大而逐漸降低；鍋爐CO生成特性與鍋爐效率及NO排放均表現(xiàn)出了顯著相關(guān)性，優(yōu)化爐膛CO生成特性能夠使得鍋爐燃燒效率與氮氧化物排放的綜合性能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化．鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，可通過(guò)監(jiān)測(cè)與調(diào)控爐膛CO濃度，獲得低氮綜合燃燒指數(shù)最大值，以有效平衡鍋爐效率與NO排放之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)鍋爐的高效、低氮運(yùn)行．

性能試驗(yàn)；數(shù)值模擬；爐膛CO；鍋爐效率；NO生成

隨著電站鍋爐氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)的日益嚴(yán)格，國(guó)內(nèi)燃煤電廠普遍對(duì)鍋爐進(jìn)行了空氣分級(jí)低氮燃燒改造[1-2]．空氣分級(jí)低氮燃燒技術(shù)通過(guò)適當(dāng)減小主燃區(qū)空氣量，降低主燃區(qū)燃燒溫度，實(shí)現(xiàn)了控制鍋爐NO生成的目標(biāo)[3-4]．然而，燃燒過(guò)程中主燃區(qū)的空氣量減少，可能會(huì)導(dǎo)致煤粉燃燒不充分，氣體及固體未完全燃燒熱損失增加，引起鍋爐效率下降，同時(shí)還可能會(huì)導(dǎo)致鍋爐燃燒不穩(wěn)定以及結(jié)焦腐蝕等問(wèn)題產(chǎn)生[5].在燃煤鍋爐的運(yùn)行過(guò)程中，為保證煤粉著火、穩(wěn)定燃燒以及燃盡，爐膛內(nèi)必須保持較高溫度和充足的氧量，但這些條件卻與控制NO生成所需的低溫、低氧條件存在著明顯矛盾[6]．因此在實(shí)際鍋爐燃燒運(yùn)行中，如何在實(shí)現(xiàn)控制鍋爐NO排放同時(shí)保證較高的鍋爐效率，已成為燃煤電廠亟需解決的問(wèn)題．

在燃煤鍋爐實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行人員通常通過(guò)監(jiān)測(cè)鍋爐尾部排煙的氧含量實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒狀態(tài)的優(yōu)化調(diào)整．然而，鍋爐排煙氧量易受煙道漏風(fēng)影響，同時(shí)鍋爐采用低氮燃燒方式運(yùn)行后，尾部排煙氧量也無(wú)法及時(shí)反映爐膛內(nèi)的分級(jí)程度及燃燒狀態(tài)[7-8]，從而使得僅通過(guò)排煙氧量變化對(duì)鍋爐燃燒狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整會(huì)產(chǎn)生較大的偏差，對(duì)于提升鍋爐潛能具有較大局限性．因此，亟需尋找新方法實(shí)現(xiàn)對(duì)低氮燃燒鍋爐的優(yōu)化調(diào)整，有效平衡鍋爐高效燃燒所需的高溫、高氧條件與低氮燃燒所需的低溫、低氧條件之間的矛盾.目前已有研究表明：鍋爐低氮燃燒過(guò)程中CO生成特性可以直接反映鍋爐的空氣分級(jí)程度與燃燒狀態(tài)，與煤粉燃燒、燃盡程度之間存在強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時(shí)CO受漏風(fēng)、煤質(zhì)和負(fù)荷變動(dòng)的影響較小，有望成為對(duì)低氮燃燒鍋爐狀態(tài)優(yōu)化調(diào)整的重要依據(jù)[9-13]．

夏文靜等[14]對(duì)某臺(tái)660MW空氣分級(jí)對(duì)沖燃燒鍋爐燃燒狀態(tài)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)氣體未完全燃燒熱損失、固體未完全燃燒熱損失受CO生成特性影響顯著，低氮燃燒鍋爐CO生成濃度與鍋爐效率之間具有顯著的負(fù)相關(guān)性．謝曉強(qiáng)等[15]針對(duì)鍋爐不同配風(fēng)方式燃燒過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬與試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)爐膛CO分布可以反映爐膛內(nèi)風(fēng)煤的混合情況，通過(guò)合理配風(fēng)可改善風(fēng)煤均勻性，降低爐膛、尾部CO濃度以及飛灰含碳量，從而提高鍋爐效率；同時(shí)，鍋爐CO生成特性對(duì)爐膛出口NO濃度有著重要影響．姚衛(wèi)剛等[16]針對(duì)某660MW四角切圓燃燒鍋爐進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明CO的排放濃度與爐膛出口NO濃度有著明顯的相關(guān)性，NO排放量隨著CO排放濃度增加而逐漸降低．李德波等[17]研究了不同氧量條件下鍋爐CO和NO的分布規(guī)律，發(fā)現(xiàn)隨著煙氣NO排放逐漸增加，CO排放濃度呈現(xiàn)了先減小后緩慢增大趨勢(shì)．可見(jiàn)，低氮燃燒方式下，鍋爐CO生成特性與鍋爐效率及NO排放具有明顯相關(guān)性．

然而，由于目前低氮燃燒方式下?tīng)t膛內(nèi)的CO生成特性及分布規(guī)律尚不清楚，導(dǎo)致無(wú)法通過(guò)采用O2與CO等關(guān)鍵參數(shù)的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)鍋爐燃燒狀態(tài)的優(yōu)化調(diào)整．結(jié)合有效的CO監(jiān)測(cè)手段，深入研究鍋爐CO生成特性對(duì)煤粉燃燒過(guò)程中燃燒效率及NO生成影響機(jī)制，有助于平衡鍋爐效率與NO排放之間的矛盾，對(duì)實(shí)現(xiàn)鍋爐高效、低氮、安全運(yùn)行具有重要意義．

1?實(shí)驗(yàn)過(guò)程和方法

1.1?鍋爐結(jié)構(gòu)及參數(shù)

本文研究對(duì)象為國(guó)內(nèi)某600MW超超臨界墻式切圓燃燒鍋爐(HG-1793/26.15-YM1)．該鍋爐П型布置，為單爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)鍋爐，其主要參數(shù)如表1所示．表中，THA(turbine heat-rated acceptance power)為熱耗率驗(yàn)收工況，對(duì)應(yīng)鍋爐經(jīng)濟(jì)負(fù)荷；BRL(boiler rated load)為鍋爐額定負(fù)荷工況，對(duì)應(yīng)汽輪機(jī)額定功率工況；BMCR(boiler maximum continuous rating)為鍋爐最大連續(xù)出力工況，主要是在滿(mǎn)足蒸汽參數(shù)、爐膛安全情況下的鍋爐最大出力，也叫鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量．鍋爐燃用煤質(zhì)的收到基低位熱值為14.67MJ/kg，分析結(jié)果如表2所示(收到基)．

鍋爐制粉系統(tǒng)為中速磨煤機(jī)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，共6臺(tái)磨煤機(jī)，采用MPS235HP-Ⅱ型中速磨煤機(jī)．該鍋爐采用墻式切圓燃燒方式，燃燒器布置如圖1所示：主燃燒器采用低NO的PM型煤粉燃燒器，每只煤粉噴嘴中間設(shè)有隔板以增強(qiáng)煤粉射流剛性．共設(shè)6層濃淡一次風(fēng)口、3層油風(fēng)室、10層輔助風(fēng)室及1層燃盡風(fēng)室，布置于4面墻上形成大切圓；在主燃區(qū)燃燒器的上方為OFA噴嘴，同時(shí)在距上層煤粉噴嘴上方約5.0m處有4層附加燃盡風(fēng)SOFA噴嘴，采用角式布置，每層燃盡風(fēng)SOFA噴嘴分為上、下兩層，作用是補(bǔ)充燃料后期燃燒所需空氣，同時(shí)降低爐內(nèi)溫度水平及抑制NO生成．

表1?鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

Tab.1?Main design parameters of the boiler

表2?鍋爐煤質(zhì)

Tab.2?Boiler coal quality

圖1?鍋爐燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

1.2?CO在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛內(nèi)CO濃度的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，在爐膛壁面處安裝了4套高溫Walsn CEA-100-H 型的CO在線(xiàn)檢測(cè)裝置，CO測(cè)點(diǎn)安裝位置為主燃區(qū)E層濃淡煤粉燃燒器之間，以及燃盡區(qū)下方約1m處，前后墻對(duì)稱(chēng)安裝，具體CO測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示．這些CO測(cè)點(diǎn)位置主要針對(duì)爐膛內(nèi)CO濃度可能較高的典型區(qū)域，CO測(cè)點(diǎn)編號(hào)與安裝位置對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示．高溫Walsn CEA-100-H 型CO在線(xiàn)檢測(cè)裝置基于電化學(xué)原理，其監(jiān)測(cè)量程范圍為0～100000×10-6，精度為±1%，分辨率為1×10-6．

圖2?CO測(cè)點(diǎn)安裝示意

表3?CO測(cè)點(diǎn)安裝位置

Tab.3?Installation location of CO measuring equipment

此外，在省煤器出口煙道兩側(cè)裝設(shè)了2套低溫Walsn CEA-100型CO在線(xiàn)檢測(cè)裝置，同樣基于電化學(xué)原理，監(jiān)測(cè)量程范圍為0～4000×10-6，精度為??±1%，分辨率為1×10-6．

1.3?數(shù)值模擬方法

針對(duì)研究對(duì)象鍋爐，按照1∶1進(jìn)行建模，選取鍋爐冷灰斗到爐膛出口之間的區(qū)域作為計(jì)算區(qū)域．鍋爐的幾何模型及網(wǎng)格劃分如圖3所示，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)燃燒器局部、折焰角處等區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格加密，總網(wǎng)格數(shù)大約為230萬(wàn)．

數(shù)值計(jì)算模型使用-方程模擬氣流的湍流流動(dòng)[10]，采用隨機(jī)軌道模型跟蹤煤粉顆粒的運(yùn)行[13]，煤粉的燃燒過(guò)程包括煤粉熱解、揮發(fā)分燃燒和焦炭燃燒3個(gè)過(guò)程，分別采用雙平行競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)模型、概率密度函數(shù)(probability density function，PDF)模型和擴(kuò)散-動(dòng)力模型進(jìn)行計(jì)算[18]，輻射換熱模型采用了P-1模型．NO的模擬計(jì)算采用后處理的辦法，主要考慮熱力型NO和燃料型NO[19]．

圖3?鍋爐網(wǎng)格劃分

數(shù)值模擬計(jì)算采用速度入口邊界條件，爐膛出口采用壓力出口邊界條件，煤粉顆粒由一次風(fēng)噴口噴入爐膛，并且假定煤粉顆粒的速度和溫度與一次風(fēng)保持一致；煤粉顆粒的粒徑分布滿(mǎn)足Rosin-Rammlar分布；爐膛壁面及冷灰斗壁面采用無(wú)滑移恒溫邊界條件；模型計(jì)算的輸入煤質(zhì)與鍋爐實(shí)際燃用煤質(zhì)保持一致．采用SIMPLIC方法對(duì)離散方程組的速度和壓力求解．

模擬計(jì)算過(guò)程中進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，結(jié)果如表4所示．結(jié)果表明，230萬(wàn)網(wǎng)格與300萬(wàn)網(wǎng)格數(shù)值模擬結(jié)果較為接近，爐膛出口煙氣溫度相差2K，而180萬(wàn)網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果精度較差．根據(jù)結(jié)果，認(rèn)為采用230萬(wàn)網(wǎng)格規(guī)模能滿(mǎn)足計(jì)算精度要求．

表4?網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證結(jié)果

Tab.4?Results of grid independence verification

2?鍋爐燃燒性能試驗(yàn)及數(shù)值模擬結(jié)果

為了研究爐膛CO生成特性對(duì)鍋爐效率及NO生成的影響，針對(duì)該鍋爐開(kāi)展了燃燒性能試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程按照《電站鍋爐試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行[20]，采集600MW負(fù)荷不同工況條件下鍋爐參數(shù)，包括爐膛CO濃度、尾部O2濃度、尾部CO濃度、爐膛出口NO濃度、灰渣含碳量、排煙溫度以及燃盡風(fēng)率參數(shù)等．參考鍋爐實(shí)際運(yùn)行工況，選取600MW負(fù)荷不同過(guò)量空氣系數(shù)、燃盡風(fēng)率條件下的5種典型試驗(yàn)工況，鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)及鍋爐效率計(jì)算結(jié)果如表5所示．

表5?試驗(yàn)工況鍋爐運(yùn)行數(shù)據(jù)及鍋爐效率

Tab.5?Boiler operating data and efficiency under test

為了進(jìn)一步揭示鍋爐不同工況條件下燃燒特性，研究中對(duì)典型試驗(yàn)工況進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算．表6給出了關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，并給出了與試驗(yàn)值的偏差．由表6可知，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較為接近，各參數(shù)偏差均較小，表明爐膛CO監(jiān)測(cè)裝置能實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛近壁面CO濃度的精確測(cè)量，并且模擬計(jì)算結(jié)果可為試驗(yàn)過(guò)程提供進(jìn)一步參考和分析．

表6?數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果及偏差

Tab.6?Numerical simulation results and deviations

3?鍋爐CO生成特性與鍋爐效率關(guān)聯(lián)特性

圖4所示為爐膛各個(gè)測(cè)點(diǎn)CO體積分?jǐn)?shù)與鍋爐效率之間的關(guān)聯(lián)曲線(xiàn)．由圖4可知，600MW負(fù)荷下，隨著爐膛各個(gè)測(cè)點(diǎn)CO體積分?jǐn)?shù)降低，鍋爐效率呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)．根據(jù)表5中試驗(yàn)結(jié)果，爐膛各區(qū)域CO濃度較小，表明爐膛主燃區(qū)的空氣量較為充足；而當(dāng)爐膛CO濃度逐漸增大時(shí)，爐膛主燃區(qū)的空氣量降低、排煙溫度降低、排煙體積減小，鍋爐的排煙熱損失隨之減小，使得鍋爐效率增大；當(dāng)爐膛內(nèi)主燃區(qū)的空氣量減小到一定程度，煤粉的未燃盡程度增加，同時(shí)尾部煙道中的CO濃度增大，鍋爐氣體及固體未完全燃燒熱損失增大，使得鍋爐效率呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)．

圖5和圖6分別為各工況條件下?tīng)t膛內(nèi)CO濃度場(chǎng)與溫度場(chǎng)模擬結(jié)果．

圖5?鍋爐CO濃度場(chǎng)模擬結(jié)果

圖6?鍋爐溫度場(chǎng)模擬結(jié)果

由圖5、圖6可知，鍋爐主燃區(qū)的CO濃度較高，隨著煙氣向爐膛出口流動(dòng)，通過(guò)燃盡風(fēng)量的供給，煙氣CO濃度不斷減?。畯墓r1到工況5，爐膛的主燃區(qū)、燃盡區(qū)及爐膛出口CO體積分?jǐn)?shù)逐漸增加，與試驗(yàn)工況各個(gè)測(cè)點(diǎn)的CO體積分?jǐn)?shù)變化保持一致．圖6表明，隨著爐膛各個(gè)區(qū)域CO體積分?jǐn)?shù)由工況1變化到工況3，即隨著燃盡風(fēng)率增大，主燃區(qū)風(fēng)量減小，爐膛整體溫度下降，且爐膛出口的煙氣溫度也隨之下降，因此爐膛排煙熱損失減少，鍋爐效率呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；而隨著爐膛內(nèi)CO體積分?jǐn)?shù)增大，爐膛出口煙氣中CO體積分?jǐn)?shù)增大，煤粉未燃盡度增加，氣體未完全燃燒熱損失和固體未完全燃燒熱損失均增大，使得鍋爐效率下降．此外，由圖5和圖6可知，爐膛主燃區(qū)出口區(qū)域溫度和CO濃度較高，而燃盡區(qū)CO體積分?jǐn)?shù)較低．這表明主燃區(qū)燃燒溫度較高的區(qū)域也是生成CO體積分?jǐn)?shù)較高的區(qū)域，是爐膛內(nèi)CO生成主要區(qū)域．以上分析表明，爐膛CO生成特性與鍋爐效率存在顯著相關(guān)性，隨著爐膛內(nèi)CO體積分?jǐn)?shù)增大，鍋爐效率先增大后減小，存在合適的爐膛CO體積分?jǐn)?shù)能使得鍋爐效率達(dá)到優(yōu)化值；且監(jiān)測(cè)爐膛關(guān)鍵區(qū)域CO體積分?jǐn)?shù)可以深入了解鍋爐燃燒狀態(tài)，爐膛CO體積分?jǐn)?shù)參數(shù)可以作為對(duì)鍋爐效率進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù).

4?CO生成特性與NOx排放關(guān)聯(lián)特性分析

圖7為爐膛各個(gè)測(cè)點(diǎn)CO濃度與爐膛NO排放濃度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系曲線(xiàn)．隨著爐膛內(nèi)各測(cè)點(diǎn)CO增加，爐膛NO排放濃度下降，爐膛CO生成特性與NO排放特性表現(xiàn)出了明顯的單調(diào)相關(guān)性．這是因?yàn)闋t膛內(nèi)CO體積分?jǐn)?shù)的增加，表明爐膛空氣量減小、燃燒溫度降低，且由于CO等還原性氣氛增強(qiáng)，這些均有利于減少爐膛內(nèi)NO的生成．

圖8給出了鍋爐爐膛內(nèi)NO濃度場(chǎng)模擬結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)，鍋爐主燃區(qū)是NO生成的主要區(qū)域，這是因?yàn)橹魅紖^(qū)燃燒溫度較高，有利于NO生成．隨著煙氣流向爐膛出口的過(guò)程中，隨著空氣混合及NO反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行，煙氣中NO質(zhì)量濃度逐漸降低．從工況1到工況3，隨著燃盡風(fēng)率增大，主燃區(qū)風(fēng)量減小，主燃區(qū)的NO生成濃度隨著降低，但是由于燃盡風(fēng)量不斷增大，燃盡區(qū)及燃盡區(qū)上方的NO生成有所增加；圖8中模擬結(jié)果表明，爐膛過(guò)量空氣系數(shù)減小，爐膛各個(gè)區(qū)域的NO生成也隨著減少．

以上分析表明，爐膛CO生成特性與NO排放存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著爐膛CO體積分?jǐn)?shù)增大，爐膛出口NO質(zhì)量濃度減小，主要源于爐膛CO生成直接反映了爐膛過(guò)量空氣系數(shù)的變化，并且CO等還原性氣體能有效抑制NO的生成．因此，爐膛內(nèi)的CO濃度變化可以有效反映鍋爐NO生成特性，可作為對(duì)鍋爐NO生成進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)．

圖8?鍋爐NOx場(chǎng)模擬結(jié)果

5?低氮綜合燃燒優(yōu)化指數(shù)分析

試驗(yàn)與數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果均表明，爐膛CO生成特性與鍋爐效率及NO排放均存在顯著的相關(guān)特性．為進(jìn)一步明確鍋爐CO濃度對(duì)鍋爐效率及NO排放影響，研究中基于鍋爐歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)及性能實(shí)驗(yàn)工況，選取負(fù)荷為600MW、煤種穩(wěn)定的運(yùn)行工況，獲取不同氧量及風(fēng)門(mén)開(kāi)度條件下的鍋爐運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)一步分析了鍋爐效率和NO排放濃度與爐膛各測(cè)點(diǎn)CO體積分?jǐn)?shù)的平均值之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，如圖9所示．由圖9可知，隨著爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)不斷增大，鍋爐效率先升高后降低，而NO生成濃度逐漸降低，與5種典型試驗(yàn)工況條件下的結(jié)果相一致．

圖9 爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)與鍋爐效率、NOx生成的關(guān)聯(lián)特性

鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐效率與NO生成存在著一定的相互制約關(guān)系，而對(duì)鍋爐燃燒性能的優(yōu)化，需要平衡鍋爐高效燃燒與低氮排放之間的矛盾．針對(duì)本研究的目標(biāo)鍋爐，基于爐膛CO生成特性與鍋爐效率及NO排放關(guān)聯(lián)特性，同時(shí)考慮該鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)效率要求高于90.5%，而NO生成濃度要求低于398mg/m3，建立了該鍋爐低氮綜合燃燒優(yōu)化指數(shù)?如下：

式中：為低氮綜合燃燒指數(shù)，值一定時(shí)，的數(shù)值越大表明該鍋爐效率和NO排放的綜合燃燒效果越好；為實(shí)時(shí)鍋爐效率，%；為實(shí)時(shí)爐膛出口NO質(zhì)量濃度，mg/m3；為爐膛出口NO質(zhì)量濃度對(duì)鍋爐燃燒綜合性能的影響因子，取值為[0，1]．

在鍋爐負(fù)荷一定、煤質(zhì)穩(wěn)定時(shí)，低氮綜合燃燒指數(shù)反映了鍋爐效率和NO排放的綜合變化．該指數(shù)越大，反映鍋爐燃燒狀態(tài)越好，通過(guò)該指數(shù)能夠有效對(duì)鍋爐效率和NO排放的綜合效果進(jìn)行評(píng)價(jià)．圖10所示為取不同值時(shí)，爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)與低氮綜合燃燒指數(shù)的關(guān)聯(lián)曲線(xiàn)．由圖10可知，當(dāng)值一定時(shí)，隨著爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)增大，低氮綜合燃燒指數(shù)均先增大后減?。淮嬖谝粋€(gè)最佳的爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)，能使得低氮綜合燃燒指數(shù)數(shù)值達(dá)到最大值．此外由圖10可知，當(dāng)取[0，1]之間的值時(shí)，最佳的爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)分布在一定的區(qū)間內(nèi)．因此對(duì)于實(shí)際鍋爐燃燒過(guò)程，通過(guò)調(diào)整運(yùn)行氧量及風(fēng)門(mén)開(kāi)度，使得爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)位于該區(qū)間內(nèi)時(shí)，鍋爐效率位于較高的水平而爐膛出口NO質(zhì)量濃度也控制在較低的范圍內(nèi)．這充分說(shuō)明了在鍋爐實(shí)際運(yùn)行中，可通過(guò)監(jiān)測(cè)與調(diào)控爐膛CO體積分?jǐn)?shù)，有效平衡鍋爐效率與NO排放之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)鍋爐的高效、低氮運(yùn)行．

圖10 爐膛平均CO體積分?jǐn)?shù)與低氮綜合燃燒指數(shù)的關(guān)聯(lián)特性

6?結(jié)?論

(1) 針對(duì)研究對(duì)象鍋爐，隨著爐膛CO體積分?jǐn)?shù)增大，鍋爐效率先增大后減小，爐膛CO生成特性與鍋爐效率存在顯著相關(guān)性．研究結(jié)果表明存在合適的爐膛CO體積分?jǐn)?shù)能使得鍋爐效率達(dá)到優(yōu)化值，爐膛CO體積分?jǐn)?shù)參數(shù)可作為對(duì)鍋爐效率進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵補(bǔ)充參數(shù)．

(2) 鍋爐 CO生成特性與NO排放特性也呈現(xiàn)了明顯的單調(diào)相關(guān)性，隨著爐膛CO體積分?jǐn)?shù)增大，NO排放減?。疇t膛CO體積分?jǐn)?shù)變化可有效反映鍋爐NO生成特性，同樣可以作為對(duì)鍋爐NO生成進(jìn)行優(yōu)化的關(guān)鍵參數(shù)．

(3) 基于目標(biāo)鍋爐CO生成特性與鍋爐效率及NO排放的關(guān)聯(lián)特性，建立了低氮綜合燃燒優(yōu)化指數(shù)，以有效平衡鍋爐效率與NO排放之間的矛盾．研究結(jié)果表明，存在最佳爐膛CO體積分?jǐn)?shù)，能夠使得低氮綜合燃燒指數(shù)達(dá)到最大值．鍋爐實(shí)際運(yùn)行中可通過(guò)監(jiān)測(cè)與調(diào)控爐膛CO體積分?jǐn)?shù)，并進(jìn)一步與氧量調(diào)整等方法有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)鍋爐的高效、低氮運(yùn)行.

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Influence Mechanism of CO Generation of Coal-Fired Boilers on Boiler Efficiency and NOGeneration

Wu Yunkai1，Su Sheng1，Wang Zhonghui1，Ren Qiangqiang1，Yu Pengfeng2，Huang Haizhou2，Xu Jun1，Wang Yi1，Hu Song1，Xiang Jun1

(1. State Key Laboratory of Coal Combustion，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China；2.Huadian Electric Power Science Academy，Hangzhou 310030，China)

A domestic 600MW wall-type tangentially burning boiler was taken as the research object，and a high-temperature CO online monitoring system was arranged in the key areas of the boiler. Through experiments and numerical simulation calculations，the correlation was studied among the boiler CO generation characteristics，the boiler efficiency and NOemissions. Finally，a low-NOcombustion comprehensive index was established to balance the contradiction between the boiler's high efficiency combustion and low NOemissions. The results show that the boiler efficiency increases firstly and then decreases with the increase of the monitored boiler CO concentration，while the boiler NOemission concentration continuously decreases with the rising boiler CO concentration. The generation characteristic of boiler CO shows a significant correlation with both the boiler efficiency and NOemissions，and there is an optimal boiler CO concentration，at which the overall performance of boiler combustion efficiency and NOemissions can be optimized. In the actual operation of the boiler，by monitoring and regulating the CO concentration in the boiler，the maximum value of the low NOcombustion comprehensive index can be obtained，so as to balance the contradiction between the boiler efficiency and the NOemission，and then the operation of the boiler with high efficiency and low NOemissions can be realized.

performance test；numerical simulation；boiler CO；boiler efficiency；NOgeneration

TK227.1

A

1006-8740(2021)05-0553-09

10.11715/rskxjs.R202009014

2020-11-21．

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U20A20321；U1910214)；華電集團(tuán)科技項(xiàng)目(CHDKJ18-02-66).

吳運(yùn)凱（1995—??），男，碩士研究生，yunkai_wu@163.com.

蘇?勝，男，博士，研究員，susheng@mail.hust.edu.cn.

(責(zé)任編輯：隋韶穎)