鍋爐四墻貼壁氣氛測(cè)量及燃燒調(diào)整優(yōu)化

趙志忠 龍仲森 田維寬 胡興祥

（1、貴州烏江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司大龍分公司，貴州 銅仁 554001 2、南京紐創(chuàng)電力科技有限公司，江蘇 南京 210043）

1 概述

基于四墻貼壁氣氛測(cè)量的鍋爐智能燃燒控制技術(shù)提出了以安全性指標(biāo)為約束條件的鍋爐高效燃燒與低氮排放綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，構(gòu)建了基于四墻CO 和H2S 的鍋爐動(dòng)態(tài)智能燃燒模型，解決了鍋爐高效燃燒、低氮排放、高溫腐蝕/結(jié)焦三者之間的突出矛盾。[1]本技術(shù)提出了鍋爐火焰燃燒過(guò)程四墻貼壁氣氛大數(shù)據(jù)庫(kù)控制燃燒技術(shù)，為智慧電廠構(gòu)建提供了關(guān)鍵支撐。運(yùn)用本技術(shù)在某電廠鍋爐安裝了四墻CO 和H2S 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并依照在線測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)鍋爐燃燒進(jìn)行了配風(fēng)調(diào)整優(yōu)化。

2 四墻貼壁氣氛測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

鍋爐爐膛四墻多點(diǎn)煙氣巡檢取樣系統(tǒng)在主燃燒器區(qū)域到SOFA 風(fēng)之間沿高度方向設(shè)置3 層取樣共12 個(gè)取樣點(diǎn)。用以監(jiān)測(cè)煤粉從鍋爐主燃燒器區(qū)域出來(lái)向上行走一直到爐膛出口整個(gè)燃燒火焰形成各階段的氧量情況，以及同一高度四墻氧取樣點(diǎn)氧量的偏差情況判斷火焰偏斜情況。在煙道旁路母管上有取樣口，經(jīng)煙氣過(guò)濾和煙氣除塵除水進(jìn)入在線監(jiān)測(cè)儀, 測(cè)量出H2S 和CO 濃度，見(jiàn)圖1。四墻貼壁氣氛測(cè)量系統(tǒng)測(cè)實(shí)現(xiàn)鍋爐四墻CO 和H2S 濃度在線監(jiān)測(cè)，其核心部件包括：鍋爐四墻壁面煙氣取樣系統(tǒng)、控制閥門、煙氣凈化裝置、CO 在線分析儀，熱風(fēng)反吹系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。

圖1 鍋爐四墻CO 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

圖2 鍋爐四墻煙氣CO 濃度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

3 鍋爐壁面氣氛測(cè)試和燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在某電廠安裝了四墻貼壁氣氛測(cè)量系統(tǒng)，并應(yīng)用此系統(tǒng)進(jìn)行了低、中、高負(fù)荷鍋爐燃燒配風(fēng)調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)。以得到鍋爐燃燒式最佳配風(fēng)比。沿燃燒區(qū)域爐墻按網(wǎng)格法原理安裝取樣測(cè)點(diǎn)，能了解爐墻貼壁處還原性氣氛的強(qiáng)弱，掌握爐墻發(fā)生高溫腐蝕及結(jié)焦的可能程度；獲得CO 和H2S 分布狀況，為運(yùn)行降低NOx 和減溫水量提供指導(dǎo)；依據(jù)CO分布規(guī)律可分析爐膛燃燒狀況，通過(guò)調(diào)整風(fēng)門獲得基于爐膛受熱面安全前提下，NOx 生成量和鍋爐效率的綜合最優(yōu)燃燒工況。[2-3]

3.1 低負(fù)荷（283MW）壁面氣氛摸底測(cè)試

低負(fù)荷下對(duì)鍋爐40m 和46m 的壁面氣氛進(jìn)行了摸底測(cè)試，40m 處測(cè)得H2S的最高點(diǎn)濃度為 385ppm 均值為287ppm，CO 的最高濃度為12540ppm 均值為7935ppm；46m 處H2S 的最高點(diǎn)濃度為282ppm 均值為172ppm，CO 的最高濃度為5560ppm 均值為2753ppm。

T-1 工況：低負(fù)荷下對(duì)鍋爐40m 和46m 的貼壁氣氛進(jìn)行了摸底測(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 低負(fù)荷壁面氣氛摸底數(shù)據(jù)

由表1 中的數(shù)據(jù)可看出H2S 和CO的濃度沿鍋爐高度逐漸降低，因此后期調(diào)整試驗(yàn)主要測(cè)量鍋爐40m 處H2S 和CO 的濃度。

3.2 低負(fù)荷燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在低負(fù)荷穩(wěn)定工況下經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)最終將H2S 的高點(diǎn)濃度降至220ppm，平均值為178ppm；CO 的高點(diǎn)濃度降至2600ppm，平均值為1426ppm。實(shí)測(cè)鍋爐效率為93.93%。（計(jì)算時(shí)煤的元素分析帶入設(shè)計(jì)校核煤種Ⅰ）

T-2 工況：283MW 下低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整，調(diào)整后測(cè)得就地?cái)?shù)據(jù)及濃度分布情況見(jiàn)表2，通過(guò)數(shù)據(jù)可以看出水平擺角調(diào)整前后對(duì)貼壁氣氛沒(méi)有明顯的下降，見(jiàn)表3。

表2 低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整

表3 調(diào)整水平擺角測(cè)量數(shù)據(jù)

T-3 工況：在以上T-1 到T-3 工況的基礎(chǔ)上對(duì)低位燃盡風(fēng)垂直擺角進(jìn)行了調(diào)整（由于高負(fù)荷下為了降低低溫再熱器、高溫再熱器壁溫及再熱器二級(jí)減溫水量將低位燃盡風(fēng)#1、#2 角擺角擺至20%開(kāi)度，#3、#4 角擺角擺至80%開(kāi)度），將#1、#2、#3、#4 角的垂直擺角全部調(diào)至水平位50%，測(cè)量數(shù)據(jù)和濃度分布見(jiàn)表4。

表4 低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整測(cè)試數(shù)據(jù)

低負(fù)荷工況下經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整，合理分配燃盡風(fēng)、偏置風(fēng)、周界風(fēng)和二次風(fēng)開(kāi)度，最終將H2S 和CO 的含量降低，并且在測(cè)點(diǎn)水冷壁區(qū)域內(nèi)形成了氧化性的氣氛，根據(jù)調(diào)整經(jīng)驗(yàn)可以有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 高負(fù)荷（660MW）下壁面氣氛摸底測(cè)試

高負(fù)荷下對(duì)鍋爐壁面氣氛進(jìn)行了摸底測(cè)試，測(cè)得H2S 的最高點(diǎn)濃度為338ppm 均值為296ppm，CO 的最高濃度為 16000ppm 均值為5993ppm。

T-4 工況：高負(fù)荷下對(duì)鍋爐的貼壁氣氛進(jìn)行了摸底測(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)和濃度分布見(jiàn)表5。

表5 高負(fù)荷壁面氣氛摸底數(shù)據(jù)

3.4 高負(fù)荷（660MW）燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在高負(fù)荷穩(wěn)定工況下經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)最終將H2S 的高點(diǎn)濃度降至191ppm，平均值為154ppm；CO 的高點(diǎn)濃度降至2000ppm，平均值為750ppm。實(shí)測(cè)鍋爐效率為93.34%。（計(jì)算時(shí)煤的元素分析帶入設(shè)計(jì)校核煤種Ⅰ）

T-5 工況：在低負(fù)荷調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上先關(guān)小高位燃盡風(fēng)開(kāi)大二次風(fēng)，測(cè)量數(shù)據(jù)和濃度分布見(jiàn)表6。

表6 偏置風(fēng)和周界風(fēng)調(diào)整測(cè)試數(shù)據(jù)

高負(fù)荷經(jīng)過(guò)優(yōu)化調(diào)整后O2含量處于較高的水平，H2S 和CO 含量均降低，水冷壁壁面形成氧化性氣氛中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可以有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5 中負(fù)荷（500MW）下壁面氣氛摸底測(cè)試

中負(fù)荷下對(duì)鍋爐壁面氣氛進(jìn)行了摸底測(cè)試，測(cè)得H2S 的最高點(diǎn)濃度為334ppm 均值為233ppm，CO 的最高濃度為25400ppm 均值為9235ppm。

T-6 工況：在中負(fù)荷BCDEF 磨運(yùn)行的情況下對(duì)鍋爐的貼壁氣氛進(jìn)行了摸底測(cè)量，測(cè)試數(shù)據(jù)和濃度分布見(jiàn)表7。

表7 500MW 壁面氣氛摸底數(shù)據(jù)

3.6 中負(fù)荷（500MW 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

在中負(fù)荷穩(wěn)定工況下經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)最終將H2S的高點(diǎn)濃度降至208ppm，平均值為154ppm；CO 的高點(diǎn)濃度降至1600ppm，平均值為817ppm。實(shí)測(cè)鍋爐效率為93.32%。（計(jì)算時(shí)煤的元素分析帶入設(shè)計(jì)校核煤種Ⅰ）

T-7 工況：ABCDE 磨運(yùn)行關(guān)小偏置風(fēng)、開(kāi)大周界風(fēng)測(cè)試數(shù)據(jù)和濃度分布見(jiàn)表8。

表8 調(diào)整偏置風(fēng)和周界風(fēng)

在中負(fù)荷進(jìn)行了T-6 工況到T-7 工況共計(jì)2 個(gè)工況下的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，計(jì)量了在BCDEF 磨組合下通過(guò)調(diào)整小風(fēng)門的開(kāi)度，對(duì)各個(gè)開(kāi)度下的壁面氣氛進(jìn)行了數(shù)據(jù)測(cè)量，結(jié)果表明H2S 和CO 濃度呈下降趨勢(shì)，但是在T7工況下NOx 的排放達(dá)到320mg/m3；因此為了保證壁面氣氛的同時(shí)NOx 的排放在300 mg/m3以內(nèi)，針對(duì)磨煤機(jī)組合方式將BCDEF 組合改為ABCDE 組合并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，最終將NOx 控制在300 mg/m3以下，H2S 和CO 的濃度也控制了下來(lái)。

4 測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

4.1 低負(fù)荷283MW 工況下最初測(cè)得40m 處硫化氫濃度最高點(diǎn)385ppm，平均值為287ppm，經(jīng)過(guò)小風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整后最終將硫化氫濃度最高點(diǎn)控制在220ppm，平均值為178ppm，NOx 的排放濃度為285 mg/m3。

4.2 中負(fù)荷500MW 工況下最初測(cè)得40m 處硫化氫濃度最高點(diǎn)334ppm，平均值為233ppm，經(jīng)過(guò)小風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整后最終將硫化氫濃度最高點(diǎn)控制在208ppm，平均值為154ppm，NOx 的排放濃度為242mg/m3。

4.3 高負(fù)荷660MW 工況下最初測(cè)得40m 處硫化氫濃度最高點(diǎn)338ppm，平均值為221ppm，鍋爐空預(yù)器出口一氧化碳排放高達(dá)4000ppm，經(jīng)過(guò)小風(fēng)門優(yōu)化調(diào)整和氧量調(diào)整最終將硫化氫濃度最高點(diǎn)控制在191ppm，平均值為151ppm，一氧化碳降至500ppm 左右，NOx 的排放濃度為241mg/m3。

4.4 低、中、高負(fù)荷下通過(guò)風(fēng)門配比調(diào)整、低位燃盡風(fēng)擺角調(diào)整、氧量調(diào)整、風(fēng)箱差壓調(diào)整及磨煤機(jī)組合方式的調(diào)整，最終硫化氫和一氧化碳的濃度均下降，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可有效的緩解或遏制高溫腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還控制了NOx 的排放在300mg/m3以下。在高負(fù)荷下低溫再熱器和高溫再熱器壁溫高、再熱器蒸汽二級(jí)減溫水偏大問(wèn)題，最終經(jīng)過(guò)調(diào)整在鍋爐高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低位燃盡風(fēng)垂直擺角，調(diào)整完后經(jīng)過(guò)運(yùn)行觀察，過(guò)熱器減溫水流量和再熱器一級(jí)減溫水流量較調(diào)整前明顯降低，低溫再熱器和高溫再熱器在高負(fù)荷穩(wěn)定工況下運(yùn)行時(shí)壁溫得到明顯改善降低10℃左右，再熱器蒸汽汽溫提高2℃，再熱蒸汽二級(jí)減溫水流量約減少10t/h。

4.5 在鍋爐上安裝四墻壁面氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)對(duì)高、中、低負(fù)荷的燃燒優(yōu)化調(diào)整的試驗(yàn)結(jié)果最終分析得出鍋爐配風(fēng)各層的小風(fēng)門開(kāi)度見(jiàn)表9。

表9 鍋爐各層小風(fēng)門開(kāi)度表

5 結(jié)論

提出基于四墻貼壁氣氛測(cè)量參量的鍋爐智能燃燒控制技術(shù)并在某電廠鍋爐新安裝了四墻煙氣在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可連續(xù)得在線測(cè)量鍋爐四墻壁面H2S 、CO 等還原氣氛濃度，研究了鍋爐四墻壁面CO 和H2S 的分布情況，依照四墻貼壁氣氛測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)鍋爐燃燒配風(fēng)進(jìn)行燃燒調(diào)整優(yōu)化，得到鍋爐日常運(yùn)行時(shí)最佳配風(fēng)各層風(fēng)門開(kāi)度系數(shù)。在此最佳配風(fēng)比工況下，鍋爐減溫水流量減少，主蒸汽溫度升高，鍋爐燃燒效率提高，同時(shí)爐膛出口NOx 也降低。鍋爐的環(huán)保指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)都得到提高。