锅炉燃烧系统优化调整试验研究

　　镇江电厂1号炉系上海锅炉厂生产的420t/h锅炉。该炉自2000年3月投运以来，一直存在着主、再热蒸汽温度低、飞灰可燃物含量高及排烟温度高的问题在额定负荷下主蒸汽温度为526.孓C，主蒸汽减温水流量为3. 77t/h，再热蒸汽温度为524.1°C，再热蒸汽减温水流量为1.01t/h，飞灰可燃物含量为7.34，排烟温度修正到设计工况下为150. 0°C为了摸清锅炉运行特性，掌握燃烧器调节特性，探索合理的运行方式，在135MW 3种负荷下进行燃烧系统优化调整试验研究，并采用了正交试验设计法来减少试验工况数，提高试验的准确性依据GB10184-88〈电站锅炉性能试验规程反平衡效率试验方法进行测量，根据测试结果计算锅炉毛效率由于锅炉送风机、引风机、排粉机及磨煤机的电耗影响锅炉经济性，而锅炉主、再热蒸汽温度影响汽轮机效率，故本文提出了锅炉综合效率这一概念，从整个机组经济性的角度来评价试验结果，平衡锅炉毛效率锅炉辅机电耗和锅炉主再热蒸汽温度三者之间的关系，达到锅炉运行工况的整体优化。

　　1设备规范镇江电厂1号炉为SG-420/13.高压一次中间再热自然循环固态排渣煤粉炉，采用正四角逆时针双切圆燃烧，一、二三次风喷口同向同切圆直径，1号、3号角为（Z00mm的假想切圆，2号、4号角为800mm的假想切圆每组燃烧器由3只一次风喷口、4只二次风喷口及1只三次风喷口组成从下至上依二、一、一、二、一、二、三二布置锅炉采用热风送粉系统波形钝体左右浓淡缝隙式直流煤粉燃烧器，利用煤粉燃烧器前的煤粉管弯头进行浓淡分离，3号、4号角利用扭曲板换向器进行浓、淡侧对换、使得四角向火侧为浓侧，背火侧为淡侧2套中间储仓式制粉系统由MTZ3560-型钢球磨煤机M5-29-11N0i20D型排粉机WL-CD-4300型多通道轴向粗粉分离器等组成锅炉配有液力耦合器调节的离心式送、引风机各2台，配置2台容克式两分仓受热面回转空预器2试验过程电厂习惯运行方式试验。

　　调整工况试验本试验采用正交试验设计法，选择表1锅炉主要设计参数项目单位B-MCRECR70BMCR过热蒸汽出口流量t/h420397.5294过热蒸汽出口压力MPa13.713.713.7过热蒸汽出口温度。（：540540540再热蒸汽出口流量t/h364345257再热蒸汽出口压力MPa3.323.142.33再热蒸汽出口温度。（：540540540热风温度。（：324319300排烟温度。（：144142131排烟损失6.966. 846405化学未完全燃烧损失000固体未完全燃烧损失1. 51.52散热损失0.3830.383ft547灰渣物理热损失000锅炉热效率91.风率风温风速m/s一次风21.516027.5二次风52.项目名称单位设计煤种实际煤种收到基灰份28. 9625.77收到基水份7.69.95收到基挥发份233ft49收到基低位发热量k/kg2091620842表2燃烧器设计参数表3锅炉设计燃煤为晋中烟煤，设计煤种和实际煤种分析数据给粉机转速分配方式等4个试验因素，分3个不同负荷按L9（34）正交表设计试验工况双磨、135MW单磨95MW单磨、70MW单磨优化工况试验通过对调整工况试验采用正交试验分析法，得到各试验因素的优控制值，然后将这些优控制值组合成优化工况试验的控制参数。

　　3主要计算及分析方法反平衡效率试验方法对锅炉参数进行测试，在计算锅炉测试效率的基础上，经过环境温度修正、给水温度修正及煤质修正，换算到保证条件下的锅炉毛效率3.2锅炉净效率计算在锅炉毛效率的基础上，考虑了锅炉送风机电耗引风机电耗磨煤机电耗及排粉机电耗后，得到锅炉净效率锅炉净效率Z计算公式如下Z二锅炉净效率，锅炉毛效率，锅炉涉变辅机折算总功率，kW一机组电负荷，MW -一机组非涉变厂用电率，取aap，/锅炉涉变辅机折算总功率Pg1，zs按下式计算Pxf引风机总功率，kW Ppf一一排粉机总功率，kW Pmm磨煤机总功率，kW B一一锅炉燃煤量，t/h Bmm磨煤机总出力，t/h锅炉燃煤量B按下式计算计热耗q0= Qnet，at，b一一设计煤收到基低位发热量，kIkg Zp机组管道效率，取Z= 3.3锅炉综合效率计算本文在锅炉净效率的基础上，考虑了锅炉主、再热蒸汽温度对机组效率的影响后，提出了锅炉综合效率这一概念锅炉综合效率Z按下式计算因素成粉R90（）给粉机转速分配方式水平222528正塔均等反塔锅炉毛效率（进口氧量水平2.因素成粉R90（）给粉机转速分配方式水平222528正塔均等反塔锅炉毛效率（进口氧量水平2. ts-一折算再热蒸汽温度，°C折算主蒸汽温度按下式计算Dg过热器减温水流量，t/h折算再热蒸汽温度tZq，ZS按下式计算Dz/再热器减温水流量，t/h 3.4燃烧区炉膛温度计算本次试验中采用从3层一次风喷口标高处看火孔测得的炉膛温度的平均值，称为燃烧区炉膛温度，作为评价炉内煤粉燃烧稳定性的指标V3. 5Na排放量计算在本次试验中，采用德国产Testo 350烟气分析仪在空预器烟气侧出口按网格法测量烟气各组分Testo350烟气分析仪测得的NOx排放量的单位为爪8/1，按照0813223-1996〈火电厂大气污染物排放标准规定按下式换算到标准条件下的NOx排放量，其单位为mg 6极差分析法分3个负荷采用正交试验设计法中的极差分析法对调整工况试验结果进行分析，即对同负荷下每个因素同一水平的3个试验结果进行平均，观察同负荷下同一因素的不同水平间锅炉毛效率、锅炉综合效率及燃烧区炉膛温度等各考核指标的变化情况，以确定各因素的佳控制值。采用正交试验设计法后，调整工况试验的工况数比通常采用单因素轮换法时的工况数少25，而且由于每个水平的试验结果是3个工况的平均值，因而提高了试验的可靠f性4试验结果及分析4.1试验结果汇总表4135MW负荷调整工况试验结果汇总表表595MW负荷调整工况试验结果汇总表因素成粉煤粉细度R90（）给粉机转速分配方式水平222528正塔均等反塔锅炉毛效率（进口氧量水平2. 339ft7090.74锅炉综合效率（表670MW负荷调整工况试验结果汇总表表7习惯运行方式试验结果汇总表机组负荷（MW）1359570制粉系统运行方式双磨单磨单磨锅炉毛效率（表8优化工况试验结果汇总表机组负荷（MW1351359570制粉系统运行方式双磨单磨单磨单磨锅炉毛效率（4.2135MW负荷调整工况试验结果分析4.2.1改变煤粉细度试验在试验中，通过调整组粉分离器轴向挡板开度，从而改变煤粉细度。从试验结果汇总表可以看出：当煤粉细度从28下降到25时，锅炉毛效率及锅炉综合效率基本不变，而燃烧区炉膛温度提高了32°C，煤粉颗粒变细将促进煤粉着火和燃烧，提高燃烧强度。但因为煤粉仍然较粗，粗煤粉颗粒内部不易燃尽，所以锅炉效率无较大变化随着煤粉细度进一步降低到22，锅炉毛效率及锅炉综合效率明显提高，而燃烧区炉膛温度基本不变。但煤粉细度太小时，一方面会增加制粉系统的电耗及影响主、再热蒸汽温度；另一方面也会影响到燃烧器及制粉系统的安全运行。推荐的佳煤粉细度为凡/=求锅炉运行人员根据煤质情况选择合适的煤粉细度，必要时应调整粗粉分离器轴向挡板的开度试验结果表明：对于目前干燥无灰基挥发份约30的试验煤种，煤粉细度应控制R在22左右。

　　4.2.2改变给粉机转速分配方式试验在试验中，通过改变各层给粉机转速分配方式，从而变化各层燃烧器负荷分配方式正塔方式为3层给粉机转速从下至上以100r/min递减，均等方式为3层给粉机转速一样，反塔方式为3层给粉机转速从下至上以100r/min递增从试验结果可以看出：3种方式下锅炉效率及燃烧区炉膛温度变化不大，由于该炉存在主、再热蒸汽温度偏低的问题建议各层给粉机转速分配方式采用反塔方式，以改善这种状况。

　　4.2.3改变-次风压试验在试验中，通过改变四角二次风总风门开度，从而变化一次风总风压，以改变一次风速度，调节一次风与二次风间的风量风速配比从试验结果可以看出：一次负总风压从2. 7kPa升高到2 kPa，锅炉效率明显提高，锅炉毛效率提高Q88，锅炉综合效率提高1.08，而燃烧区炉膛温度基本不变一次风总风压在2 7kPa时，一次风速偏低，一次风量偏少，一次风粉气流煤粉浓度较高，导致一次风粉气流着火提前，着火后缺氧燃烧，而二次风速偏高，二次风与一次风的混合推迟，加长了缺氧燃烧区段，推迟了煤粉的燃烧及燃尽，使得锅炉飞灰可燃物含量及排烟温度偏高，所以这时锅炉效率较低当一次风总风压从285kPa升高到3.0kPa时，锅炉效率及燃烧区炉膛温度变化不大从保证燃烧器二次风刚性的角度出发，一次风总风压宜控制在2. 85kPa在锅炉运行中，可根据一次风粉气流着火距离远近，在285kPa~3.0kPa范围内调节一次风总风压，保证合适的一次风粉气流着火距离。

　　4.2.4改变空预器进口氧量试验在试验中，通过改变送风机液力偶合器勺管开度，调节空预器进口氧量，考察燃烧空气量对锅炉效率及燃烧区炉膛温度的影响。从试验结果可以看出：空预器进口氧量从3升高到4，锅炉效率及燃烧区炉膛温度明显提高，锅炉毛效率提高1.64，锅炉综合效率提高1. 87，燃烧区炉膛温度提高28°C空预器进口氧量在3时，炉膛内燃烧空气量偏少，煤粉颗粒不能充分与炉内空气接触，推迟了煤粉的燃烧及燃尽，使得燃烧区炉膛温度偏低，锅炉飞灰可燃物含量偏高，锅炉固体未完全燃烧热损失偏高较多。虽然锅炉排烟热损失有所下降，但锅炉效率偏低较多。当空预器进口氧量升高到物时，由于主、再热蒸汽温度明显升高，使得锅炉综合效率在锅炉毛效率提高的基础上进一步增加Q 23当空预器进口氧量从物升高到5，燃烧区炉膛温度基本不变，锅炉毛效率下降0.21，锅炉综合效率下降0.这是由于锅炉排烟热损失增加值大于锅炉固体未完全燃烧热损失减少值，从而导致锅炉毛效率下降，更由于锅炉主、再热蒸汽温度基本不变而锅炉送风机及引风机电耗上升，导致锅炉综合效率在，锅炉毛效率下降的基础上进一步下降。试验结果。t表明：空预器进口氧量宜控制在4时，在锅炉运行中可根据锅炉主、再热蒸汽温度状况，在4~5范围内调整空预器进口氧量。

　　95MW负荷调整工况试验结果分析3.1改变成粉煤粉细度试验从试验结果可以看出：当成粉煤粉细度为22时，锅炉毛效率及锅炉综合效率高，燃烧区炉膛温度居中。在目前试验煤种条件下，成粉煤粉细度宜控制在22左右当锅炉运行煤质有较大变动时，应按照135MW改变成粉煤粉细度试验分析的原则来选择合适的煤粉细度4.3.2改变给粉机转速分配方式试验从试验结果可以看出：当给粉机转速分配方式为反塔时，锅炉毛效率及锅炉综合效率高，燃烧区炉膛温度亦高故给粉机转速分配方式宜采用反塔方式4.3.3改变一次风压试验从试验结果可以看出，当一次风总风压为2. 7kPa时，锅炉毛效率及锅炉综合效率高，燃烧区炉膛温度与一次风总风压2.8kPa时几乎相等，远大于一次风总风压2. 6kPa时的燃烧区炉膛温度。故一次风总风压宜控制在27kPa左右4.3.4改变空预器进口氧量试验从试验结果可以看出：当空预器进口氧量为5时，锅炉毛效率及锅炉综合效率高，燃烧区炉膛温度居中。由于空预器进口氧量为5 ~6时，锅炉综合效率变化不大，考虑到该炉存在着主、再热蒸汽温度低的问题，故锅炉运行时，空预器进口氧量控制在5 ~6为宜4.470MW负荷调整工况试验结果分析4.4.1改变成粉煤粉细度试验从试验结果可以看出：当成粉煤粉细度在22时，锅炉毛效率及燃烧区炉膛温度高，锅炉综合效率与成粉煤粉细度在28时相近，高于成粉煤粉细度在25时的锅炉综合效率故成粉煤粉细度一般情况下宜控制在22左右4.4.2改变给粉机转速分配方式试验从试验结果可以看出：在试验水平变动范围内，3种给粉机转速分配方式下锅炉效率及燃烧区炉膛温度变化不大，由于该炉存在主再热蒸汽温度偏低的问题，故建议各层给粉机转速分配方式采用反塔方式，以改善这种状况4.4.3改变一次风压试验kPa时，锅炉毛效率及锅炉综合效率高，燃烧区炉膛温度在试验水平变动范围内基本不变。从试验结果变化的趋势来看，一次风总风压降低，锅炉效率将进一步提高，故锅炉运行时，在保证一次风管不堵粉及合适的一次风粉气流着火距离的前提下，一次风总风压宜控制在23kPa以下。

　　4.4.4改变空预器进口氧量试验从试验结果可以看出：虽然空预器进口氧量为4.5时，锅炉毛效率高，但锅炉综合效率及燃烧区炉膛温度在试验水平变动范围内变化不大当空预器进口氧量为65时，与空预器进口氧量为4. 5地相比较，锅炉主蒸汽温度提高9.9°C，再热蒸汽温度提高222°C考虑到该炉存在着主再热蒸汽温度低的问题，空预器进口氧量控制在4.5调整前后试验结果分析4.5.1 135MW调整前后试验结果分析从试验结果可以看出，调整后锅炉机组经济性和燃烧稳定性均有较大改善，锅炉毛效率提高223，锅炉综合效率提高3. 07，燃烧区炉膛温度提高33°C 4.5.295MW调整前后试验结果分析从试验结果可以看出：调整后锅炉机组经济性和燃烧稳定性均有较大改善，锅炉毛效率提高39，锅炉综合效率提高2.24，燃烧区炉膛温度提高28°C 4.5.370MW调整前后试验结果分析从试验结果可以看出：调整后锅炉机组经济性和燃烧稳定性均有较大改善，锅炉毛效率提高17，锅炉综合效率提高1.57，燃烧区炉膛温度提高24°C 4.5.4 135MW调整后变制粉系统运行方式试验结果分析。从试验结果可以髓d（SiV盗风总风压为漏风使得排烟避。锅bookmark15从试验结果可以看出：与2套制粉系统运行工况相比，在单套制粉系统运行工况下锅炉毛效率升高0. 7（，锅炉综合效率升高1.09，燃烧区炉膛温度升高12°C将单磨运行工况和双磨运行工况相比，前者由于停运1套制粉系统，其三次风喷口煤粉量将通过增加3层一次风喷口煤粉量得以补偿，炉内燃烧中心下移，延长了煤粉颗粒燃烧时间，锅炉灰渣平均可燃物含量降低1. 0，从而锅炉固体未完全燃烧热损失下降0.38；前者由于炉内燃烧中心下移及只有1套制粉系统的失降低0.38；前者由于只有1套制粉系统的耗电量，使得机组厂用电率下降Q43，锅炉净效率比锅炉毛效率多升高0. 39因为前者锅炉主、再热蒸汽温度有所下降，故锅炉综合效率比锅炉净效率升高幅度略小。从锅炉机组节能降耗的角度出发，今后电厂宜开展制粉系统调整试验工作，进一步挖掘制粉系统潜力，提高磨煤机出力，降低制粉系统单耗5试验结论与建议通过本次锅炉燃烧优化调整试验，在135MW电负荷下，锅炉主蒸汽温度提高9.主蒸汽减温水流量增加1.34t/h，折算主蒸汽温度可提高11.5°C，使主蒸汽温度达到540°C，并有2.56t/h减温水流量；再热蒸汽温度提高9. 5°C，再热器减温水流量增加1. 61t/h，折算再热蒸汽温度可提高15.3°C，使再热蒸汽温度达到540°C，并有0. 83t/h的减温水流量；飞灰可燃物含量从7.34降到24，排烟温度基本不变，锅炉毛效率提高2. 23，锅炉综合效率提高3.07，燃烧区炉膛温度提高33°C，炉内煤粉燃烧稳定性增强灰可燃物含量从5.81降到254，排烟温度下降2.7°C，锅炉毛效率提高1. 39，锅炉综合效率提高2.24，燃烧区炉膛温度提高28°C，炉内煤粉燃烧稳定性增强灰可燃物含量从4.82降到208，排烟温度下降9°C，锅炉毛效率提高2 17，锅炉综合效率提高1.57，燃烧区炉膛温度提高24°C，炉内煤粉燃烧稳定性增强煤质稳定对锅炉安全经济运行有着关键性的作用，建议电厂加强入炉煤管理，煤质允许波下，投用全部12只煤粉燃烧器，二次小风门开度A层60；周界风开度15左右；给粉机转速依下中上顺序按100r/min递增；煤粉细度R90控制在22左右；一次风压控制在285kPa到3.0kPa；空预器进口氧量控制在4下，投用中、下排的8只煤粉燃烧器以及上排对角的2只煤粉燃烧器，二次小风门开度A层80，B层50，C层30，D层30；投用的一、三次风喷口周界风全关，不投用的一、三次风喷口周界风开度为5左右；给粉机转速依下中上顺序按100r/min递增；煤粉细度R90控制在22左右；一次风压控制在27kPa；空预器进口氧量控制在56下，投用中、下排的8只煤粉燃烧器，二次小风门开度A层80，B层50，C层10，D层3；投用的一、三次风喷口周界风全关，不投用的一、三次风喷口周界风开度为5左右；给粉机转速依下中上顺序按100rpm递增；煤粉细度R90控制在2观左右：一次风压控制在2. 3kPa以下；空预器进口氧量控制在65在试验煤质条件下，制粉系统运行参数控制如下：粗粉分离器轴向挡板开度为48°，排粉机电流为42. 5A，磨煤机冷风门开度小于15，磨煤机出口温度为71°C左右，三次风管风速为20~27m/s，制粉系统再循环风门在保证三次风管风速的前提下尽可能开大一次风温对排烟温度的影响很大，在保证燃烧设备安全的前提下，应尽可能提高一次风温。

　　135MW电负荷工况下排烟温度比设计值高8.7°C，影响锅炉效率约Q44，而空预器进口烟温比设计值高31. 3°C，导致热风温度比设计值高37.7°C，进而制粉系统掺冷风以及一次风掺冷风增加，这是造成排烟温度偏高的原因，至于空预器进口烟温偏高的原因须经对锅炉进行全面的热力校核计算加以查找磨煤机钢球应根据其损耗量每个运行班适量添加，保证磨煤机空磨电流90A±1A范围内，以提高磨煤机出力，降低制粉单耗―、三次风测速装置须经试验标定，并建议加装风粉在线监测装置，以保证一次风粉均匀及合适的一次风速，达到切圆适中，减小因炉膛出口两侧烟温偏差而导致的汽温偏差；保证合适的三次风速，提高三次风中煤粉的燃尽度。