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摘要：火电厂锅炉是将燃料化学能转化为热能的核心设备，是一个多输入输出、非线性的复杂系统，运行时受到多方面因素的影响。火电厂燃煤消耗量占我国煤炭总消耗量的50%-60%，因此提高火电机组的发电效率对保证整个能源工业的效率具有十分重要的作用。基于此，本文以国内某350MW超临界机组锅炉为研究对象，分析了影响锅炉燃烧效率的主要因素，并对该锅炉开展了燃烧调整试验，通过实验结果以及经济性进行分析，从而获得较好效果，对提高超临界直流锅炉的燃烧效果具有重大意义。
关键词：超临界；直流锅炉；燃烧优化
1影响锅炉燃烧热效率的主要因素
1.1煤质特性的影响
1.1.1水分
不同煤种的水分含量差别很大，少的仅2%左右，多则达到60%。煤燃烧时，水的蒸发需要吸收热量，故水分的增多会降低煤的有效利用热量，使炉内温度降低，燃烧不完全程度增加，增加了未完全燃烧损失。不仅如此水分多也使水蒸汽更多，排烟量大，增大了引风机电耗和排烟热损失，锅炉效率降低。安全性方面，水分给低温受热面腐蚀创造了外部条件，煤的水分过高时还会造成给煤机和落煤管粘结性堵塞、磨煤机出力下降、燃烧异常等不良后果
1.1.2挥发分
煤中的挥发分主要包括各种碳氢化合物CmHn，H2，CO，H2S等可燃气体以及少量的O2，CO2，N2等不可燃气体。挥发分对锅炉燃烧的影响最大，是判别煤着火特性的首要指标。挥发分的增加可以使煤着火温度显著降低，着火快速且稳定。在燃烧过程中，大量挥发分从煤的内部析出，一方面挥发分燃烧放热量大，炉内温度高，另一方面析出的挥发分使煤粒孔隙增多，煤与空气接触面积增大，有助于固定碳着火和完全燃烧，未完全燃烧损失减小，锅炉效率提高。反之，若挥发分降低，着火困难使得着火点更加远离燃烧器，火焰中心上移，炉膛辐射受热面吸热量减少，对流受热面吸热量增加，使得过热器更易超温爆管，而且尾部内温度也会上升，增大了排烟热损失。
1.1.3灰分
灰分是指煤完全燃烧后形成的固体残余物。灰分主要成分是由硅、铝、铁、钙以及少量的镁、钦、钠、钾等元素组成的化合物。各种煤灰分差别很大，少的只有10%左右，多的可达50%。灰分含量越大，煤中可燃成分相对越少，发热量越低，着火更加困难，燃烧不良程度加大，容易导致熄火，炉膛燃烧温度也比较低，煤不易燃尽，未完全燃烧损失增大。灰分也阻碍了煤中可燃物质与氧气的接触，火焰传播速度变慢，从而加剧煤的不完全燃烧程度。灰分越多，烟气中飞灰浓度越高，对锅炉受热面磨损更加厉害，而且灰分也使受热面积灰更加严重，降低传热效果，排烟温度上升，排烟热损失增大，锅炉效率降低。
1.2煤粉细度的影响
煤粉细度是燃煤机组最重要的特性参数之一，它是煤粉颗粒群粗细程度的反映。煤粉细度越小，煤粉越细，单位质量的煤粉表面积越大，加热升温、挥发分的析出着火及燃烧反应速度就越快越迅速，燃烧所需时间就越短，燃烧越彻底，飞灰可燃物含量越小，不完全燃烧热损失就越小。试验研究发现，煤粉燃烧时间与颗粒直径的平方成正比，当锅炉燃用煤质一定时，提高煤粉颗粒细度能显著提高煤粉气流着火的稳定性。
1.3 一、二次风的配合影响
一、二次风的混合特性也是影响炉内燃烧的重要因素。二次风在煤粉着火以前过早地混入一次风对着火是十分不利的，尤其对于挥发分低的不易燃烧煤种更是如此。因为这种过早的混合等于增加了一次风率，使着火热量增加，着火推迟。如果二次风过迟混入，又会使着火后的煤粉得不到燃烧所需氧气的及时补充，因此二次风的送入应与火焰根部有一定的距离，使煤粉气流先着火，当燃烧过程发展到迫切需要氧气时，再与二次风混合。如果不能恰当地把握混合的时一机，那么与其过早，不如迟些。对于旋流式燃烧器，由于基本是单只喷嘴决定燃烧工况，而各燃烧器射流之间的相互配合作用远不及四角燃烧方式，因此，一、二次风的混合问题就显得更为重要。
2超临界直流锅炉概况
本文选用上海电气集团生产的SG-1131/25.73-M4422锅炉为研究对象，该锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、四角切圆燃烧方式、平衡通风、尾部双烟道挡板调温、π型紧身遮挡封闭、固态排渣、全钢架悬吊结构。炉后尾部布置一台四分仓容克式空气预热器。制粉系统采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹式系统。每台锅炉设置5台中速磨煤机，4台运行、1台备用，锅炉主要设计参数如表1所示。
3锅炉燃烧调整试验及结果分析
3.1氧量标定试验
本实验是根据不同工况下测量锅炉运行氧量，即空气预热器入口氧量，并与表盘氧量进行对比，从而为运行人员提供指导。对空气预热器入口氧量表进行了校验，氧量校验结果见表2，从表中可以看出，不同的三个工况下A侧氧量表盘读数比实测值平均偏低0.1个百分点，B侧氧量平均偏低0.26个百分点，总体来看偏差不大。
3.3一次风粉管风速测试试验
通过使用靠背管逐点测量管道内的风粉混合流的动压和静压，用K型热电偶测量风粉混合物的温度，一次风风速可用下列公式计算：
本次试验主要对该锅炉5台磨煤机出口的20根一次风粉管的风速进行测试，
其测试结果为：1#磨煤机一次风速平均值为28.88m/s，风速偏差为1.65~3.53%；2#磨煤机一次风速平均值为29.59m/s，风速偏差为0.10~2.40%；3#磨煤机一次风速平均值为28.46m/s，风速偏差为0.04~2.68%；4#磨煤机一次风速平均值为28.65m/s，风速偏差为1.36~2.19%；5#磨煤机一次风速平均为28.38m/s，风速偏差0.99~4.44%。根据试验结果可知，5台磨煤机一次风粉管风速平均在28m/s~30m/s之间，各粉管风速偏差均小于5%，风速偏差不大。
3.4煤粉细度调整试验
影响煤粉细度的因素较多，其主要有磨煤机运行周期、磨辊液压加载力、燃煤质量及磨煤机通风量等。本文采用旋转分离器可避免粗煤粉分离落入已制好的煤粉中，使较大颗粒的煤粉析出并返回磨煤机循环，而其主要功能是改变和调整煤粉细度。
图 1 旋转分离器结构图
旋转分离器是通过转子带动气流旋转利用离心分离作用和撞击分离作用的煤粉分离设备，具体结构如图1。从磨煤机出来的风粉混合物经过转子，在转子的带动下做旋转运动，较粗的煤粉在离心力和叶片撞击作用下被分离出来，其余合格的煤粉随气流带出。相比静态挡板式分离器而言，旋转式分离器依靠转子转动，带动风粉混合物气流旋转，产生的离心加速度较大，具有较强的离心分离能力，所以相同尺寸的旋转分离器效率较轴向式粗粉分离器效率高。采用轴向式分离器，控制煤粉细度 R90 在 12% ～ 15%，需要的分离器尺寸较旋转分离器大很多，显然现场条件受到限制，且旋转式分离器可以通过控制转速来调节煤粉细度，煤粉细度可以根据煤质的变化而进行调整，分离效率高、煤粉均匀性好。因此，采用动态分离技术对原轴向式粗粉分离器改善煤粉细度具有明显的优势，通过调整后的煤粉细度保证了锅炉的稳定燃烧。
3.5干式排渣机漏风量测试及调整
为掌握该锅炉干式排渣机运行时的漏风情况，对其漏风试验在60%额定负荷下进行，主要考虑低负荷时锅炉运行氧量较大，有利于测试运行氧量变化，另外在低负荷下锅炉渣量较低，有利于干式排渣机的安全运行。试验期间保持煤质稳定，为了保证锅炉运行总风量不变，试验过程中将两台送风机入口风门及各台磨煤机给煤量切手动，为了维持锅炉负压引风机切自动，锅炉运行稳定后对省煤器出口氧量进行取样分析，关闭干式排渣机所有进风门及炉底挤压挡板，稳定后再次对省煤器出口氧量进行取样分析，最后通过前后运行氧量的变化来计算干式排渣机的漏风量，其实验结果如下：在60%额定负荷下，干式排渣机进风门开关一前后，均降低1.23个百分点，通过理论计算可知干式排渣机漏风率为8%，漏风量为 663 77.62 Nm3/h。干式排渣机进风门开关前后，锅炉主要参数变化较大，其中过热器一级减温入口温度平均降低13.05 0C，主蒸汽减温水量降低了8.7t/h，再热蒸汽减温水量没有明显变化，锅炉排烟温度平均降低9.1 0C，吸风机电流平均下降3.85A，其电耗平均降低了34.37kW，锅炉各主要参数变化幅度较大。
3.6干式排渣机进风门开度调整
由干式排渣机漏风实验结果可知，干式排渣机漏风量较大，需对该锅炉干式排渣机各进风门开度重新调整，降低干式排渣机的漏风量，从而降低其漏风对锅炉燃烧的影响。干式排渣机各进风门开度进行如下调整：将干式排渣机箱体水平段两侧小进风门全开，将其它检修门全部关闭，过渡段小进风门保持原始状态。在各风门开度调整完毕后，采用同样的试验方法对干式排渣机的漏风量进行测量及计算，由此可知，在60%额定负荷下，干式排渣机风门关闭一前后，实测氧量平均降低0.2个百分点，漏风率为1.40%，漏风量为10008.35Nm3/h，较风门调整前降低了56369.27 Nm3/h，降幅较大。而主蒸汽减温水量降低3.Ot/h，一级减温器入口温度平均降低3.65 0C，锅炉排烟温度平均降低0.88 0C，吸风机电流平均下降0.90A，电耗平均降低了8.03kW。试验结果表明，在对干式排渣机各进风门开度调整后，在60%额定负荷下，干排渣漏风率降低了6.6个百分点。另外，通过风门调整发现，干式排渣机箱体的各小风门相对于各检修门开度变化对漏风的影响幅度较小，因此在实际运行中应加强设备的运行管理工作，严格控制各检修风门的开关。
4锅炉燃烧调整前后经济效益对比
为了解此次燃烧调整前后锅炉效率的具体变化，在调整前后分别对锅炉热效率进行了试验。锅炉在额定负荷下正常运行，且保持试验期间煤质的稳定。由此得出锅炉排烟热损失由调整前的5.990%下降到5.616%，固体未完全燃烧热损失由0.522%下降到0.211%，锅炉热效率也由调整前的92.980%上升到调整后的96.770%，提高了锅炉燃烧的经济性。在耗电方面，通过对比燃烧调整前后试验发现：调整前引风机平均电流为140.85A，而调整后电流为139.095A，每小时节电31.33度。该机组按照全年满负荷运行7000小时计算可得：31.33kwh×7000h ×0.24元=5.26万元，通过锅炉燃烧调整后该机组每年可为电厂节省5.26万元，本次优化调整实验具有一定的可行性，值得推广。
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论文作者:田超
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/25
标签：锅炉论文; 风门论文; 煤粉论文; 风速论文; 干式论文; 平均论文; 氧量论文; 《电力设备》2017年第25期论文;