达冠超临界生物质燃烧机锅炉优化运行研究

超临界技术作为一种较为成熟的洁净煤燃烧技术，以其容量大、参数高、能耗低、可靠性高和环境污染小等特点而备受关注，应用也越来越广泛，在出现的众多超临界机组锅炉中，越来越多的电厂采用了前后墙对冲旋流燃烧技术[3]。但是，由于对超临界生物质燃烧机锅炉认识的不足和运行经验的欠缺，在实际中也出现了一些问题。

    某电厂2×600 MW超临界机组#1锅炉为引进三井巴布科克能源公司技术生产的使用低NO。轴向生物质燃烧机( LNASB)的前后墙对冲燃煤锅炉，自投运以来一直为锅炉结渣所困扰，同时也存在一减前的一次汽汽温偏差较大的问题。本文即是通过对该型锅炉进行详细的优化试验研究，以期在不进行设备改造的前提下达到防止锅炉结渣和改善汽温偏差的目的，同时也希望能够通过此文对使用同类型锅炉的电厂运行提供一走的指导依据。

1  设备概述

    该电厂#1机组锅炉为引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界参数变压运行直流锅炉。锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前后墙各布置3层三井巴布科克公司生产的低NOx轴向生物质燃烧机(LNASB)，每层各有5只，共30只。LNASB型生物质燃烧机示意见图1。在最上层煤粉燃烧器上前后墙各布置1层燃尽风口，每层布置5只，共10只燃尽风口，其中E、C、D燃烧器从下到上布置在前墙，B、F、A燃烧器从下到上布置在后墙。锅炉制粉系统为正压直

1.2  LNASB型生物质燃烧机特点[4]

    LNASB燃烧器的一次风粉气流在通过一次风管内的整流器时受到浓缩，然后喷入炉膛，在二次风、三次风调节协同配合下，增大了挥发分从燃料中释放出来的速率，同时得到最大的挥发物生成量，以在燃烧的早期实现减少NO。生成的目的。在燃烧的初级阶段，二次风旋转射入炉膛，先与一次风射流作用形成回流区，抽吸已着火的高温烟气，在燃烧器出口附近构成一个极富燃料的内部着火区域，使氧量维持在一个较低的水平以最大限度的减少NO。生成。回流区的强度可通过二次风量和二次风旋流强度进行调节。此后，带有强烈旋流的三次风（旋流强度不可调节）随之喷入，与含煤粉气流的二次风进行强烈混合，供给煤粉颗粒进一步燃烧所需氧量。在内部燃烧区火焰温度较高但0，浓度很低，故NO。生成量不多。而在外部燃烧区氧量虽略有增加但仍为富燃料区，且由于辐射换热，温度略有降低，同样抑制了NO。的生成量。此后，燃尽风及时喷入，补充后期燃烧所需要的氧量，确保了煤焦粒子充分燃尽，这里温度相对较低，NO。生成量也较少。这样通过两级分级燃烧方式，既实现了NO，的低生成量，也确保了燃烧的稳定和煤蕉粒子的充分燃尽。中心风主要是用来供应油枪投运时使用的燃烧风，同时也有防止油枪燃烧器积灰和在风箱压力较低时起到保护油枪的作用。

2主要测量项目及方法

    空预器出口烟温按等截面网格法进行测试。用经校验合格的II级精度T型铠装热电偶测量。试验时，信号接入IMP分散式数据采集系统，本采集系统每30 s采集一次数据。

    空预器进、出口烟气成分按等截面网格法进行标定后选取代表点测量。烟气经前处理装置后接入M&C氧分析仪和ROSEMOUNT烟气分析仪进行分析。

3燃烧调整试验及分析

3.1试验煤种分析

    试验期问，为了整体上提高煤种的灰熔点从而降低煤种的结渣倾向但又不影响锅炉的燃烧特性，对灰熔点较低的神混煤和灰熔点较高的平混煤进行了掺烧。其中，A、B、D、E燃烧器燃用平混煤，C、F燃烧器燃用神混煤。煤质分析结果见表2。在600 MW电负荷工况下，5台磨煤机运行，神混煤与平混煤的掺烧比例为2:3。

3.2变氧量试验

    在其它因数不变的前提下，通过调整二次风量，来改变炉膛出口过量空气系数。试验设定省煤器出口氧量分别为3.00%、3.26%、3.43%和3.96%，试验结果见表3。结果表明，当氧量从3.00%上升到3.96%时，锅妒热效率呈下降趋势，锅炉热效率从94.22%下降为93.97%。工况1中燃烧器附近水冷壁区域的还原性气氛测试结果见表4。    额定负荷下，当氧量介于3.0%～4.0%时，随着氧量的

下降，锅炉热效率逐渐升高。从低氧运行对锅炉热效率的影响来考虑，由于使用的LNASB生物质燃烧机的热负荷较高，同时燃用煤种为挥发分较高的神混煤和平混煤，极易着火，因此灰渣含碳量低，机械未完全燃烧热损失q4、化学未完全燃烧热损失q3均很小，氧量下降所带来的排烟热损失q2下降程度远大于低氧燃烧所造成的q3和q4上升程度，因此随着氧量下降，锅炉热效率逐渐升高。但是，考虑到低氧运行时水冷壁附近的还原性气氛较浓，会对锅炉结渣、水冷壁高温腐蚀等安全运行造成不利影响[5，6]，锅炉燃烧氧量宜控制在3.2%左右。

3.3  变一次风速试验

    一次风量主要满足煤粉的前期燃烧，与煤质挥发分关系密切，对制粉系统的运行和煤粉颗粒的着火影响很大‘6]。考虑到一次风速对制粉系统的运行影响较大，试验中只对一次风量进行了小幅增减。试验结果见表5。

    一次风速下降，煤粉的着火点降低，着火距离缩短，着火提前，锅炉的排烟温度下降，则锅炉热效率升高，同时一次风机的电流也降低，减少了一次风机电耗，从而提高了锅第3期    岳峻峰等：600 MW超临界生物质燃烧机锅炉优化运行研究炉运行的经济性。但是，一次风速降低容易造成煤粉管堵粉，且煤粉着火点提前会威胁喷口安全，同时一次风刚性变差，在生物质燃烧机内、外二次风强大旋流的引射下提前混合，容易造成燃烧器附近区域的结渣。因此一次风速不宜过低，将其控制在26 m/s左右为宜。

3.4变二、三风比例试验

    试验时保持其它因数不变，改变二、三次风比例。工况7的二次风挡板位置居中，工况8二次风关到最小，工况9二次风开到最大，试验结果见表6。试验结果表明，除二次风关到最小的工况8锅炉热效率略低之外，其它两个工况的锅炉热效率变化基本不大。此外，在工况8的试验过程中，我们通过现场观察火焰，发现燃烧状况变差，火焰忽明忽暗，CO排放浓度波动剧烈。因此，二次风不可关到最小，同时考虑到二次风开大后会导致回流区变大且加长，煤粉的着火点变近，易造成结渣，二次风也不可开足。故在日常运行中二次风处居中位置即可。

3.5变二次风旋流强度试验

    旋流强度是生物质燃烧机工作性能的最重要特性之一。在此次试验中，采取了部分燃烧器改变旋流强度和所有运行燃烧器改变旎流强度两种运行方式来研究旋流强度对锅炉运行性能的影响。

    工况10和工况11为部分燃烧器改变旋流强度试验。工况10中二次风旋流强度最弱，工况11中BE层燃烧器旋流强度拉杆从最弱位置向内推进20 cm（注：向内推进为加强旋流），其它层燃烧器二次风旋流强度保持最弱。试验结果见表7。加强BE层二次风旋流强度后，锅炉热效率提高，一减前的一次汽汽温偏差明显改善，甲、乙侧的汽温偏差只有5℃，锅炉也未见明显结渣。这说明加强部分运行燃烧器的二次风旋流强度，起到了改善炉内燃烧、加强炉内气流混合的效果。

    工况8和工况12为所有运行燃烧器改变旋流强度试验，在这两个试验工况中二次风关到最小。在其它因数不变的前提下，工况8中二次风旋流强度最弱，工况12中所有运行燃烧器的旋流强度达最强。试验结果见表8。

    试验结果表明，所有运行燃烧器的旋流强度达到最强时锅炉热效率下降。这主要是由于加强旋流后，锅炉排烟温度升高，q2的增加大于灰渣含碳量下降所得到的受益，因此锅炉热效率下降。此外，随着时间的推移，在该工况中，燃烧器附近的结渣状况也不断加重。

    表9是在二次风旋流强度调墼前后用远红外高温辐射仪测到的中问层燃烧器附近的炉膛温度，从表中可以看出，增加二次风的旋流强度后，炉膛温度提高较大。

    从以上两种改变燃烧器二次风旋流强度方式的试验来看，适当加强旋流可以改善炉内燃烧，提高炉膛温度，消除一次汽的热偏差，但过大的旋流强度对运行不利，易导致结渣发生。

3.6变同层燃烧器二、三次风总风量试验

    相同磨的每一只燃烧器的二、三次风总风量通过改变燃烧器就地三次风拉杆位置来调整。工况13每一台磨的#1、#5燃烧器三次风开足、#2、槲燃烧器三次风从开足位置向内推进10 cm、≠f3燃烧器三次风从开足位置向内推进15 cm，工况14每一台磨的#2、#3、#4燃烧器三次风开足、#1、#5燃烧器三次风从开足位置向内推进5 cm，工况15每一台磨的#3燃烧器三次风从开足位置向内推进10 cm、#1、≠}5燃烧器三次风从开足位置向内推进5cm、#2、#4燃烧器三次风开足。工况13、工况14、工况15三次风位置分布可分别概括为束腰型、梯型和马鞍型，试验结果见表10。表10变同层燃烧器二、三次风总风量试验

    与其它两种三次风配风方式相比，马鞍型配风方式的锅炉热效率虽略有降诋，但锅炉结渣状况明显改善，降低了锅炉安全运行隐患。在采用马鞍型的三次风配风方式中，#2、#4燃烧器由于三次风拉杆处于开足位置，其二、三次风总量较大，≠}3燃烧器所处位置静压最高，尽管其三次风拉杆处于关小位置，但其二、三次风总量仍然充足，这样，在这三只燃烧器周围形成良好的风包粉，可有效防结渣发生。同时，#2、≠}3、#4燃烧器的二、三次风总量大也意味着≠}1、≠}5燃烧器略显供风不足，虽然这样会导致≠}1、#5燃烧器燃烧不完全，但一次风的刚性得到了保持，因此，在≠f1、群5燃烧器附近也不易发生结渣，≠f1、≠f5燃烧器没有完全燃尽的粒子在穿越整个高温炉膛和燃尽风区域后也得到了充分燃烧，飞灰含碳量也不致明显升高。

4结论

    本文从实际计算数据中得出密封风量对一次风量的影响规律，修正了风煤比曲线。验证了低负荷时，煤量减少，风量降不下来是密封风流量偏大导致的风煤比偏大，低负荷时一次风的最小流量偏大造成。密封风对出口风粉速度有直接影响，在电厂中考虑密封风量修改风煤比曲线，用较小的风煤比控制策略，使最小流量对于18.24 m/s有10%左右的裕量，减少低负荷切磨时一次风的影响，使供求一次风量更加匹配，对于磨煤机乃至整台机组的正常运行具有重要意义，对解决同类问题提供一定的参考。

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