摘要：为积极响应国家火电厂洁净排放的方针，某电厂对低氮燃烧器进行升级改造，为更好了解改造后的燃烧器性能对锅炉运行经济性、安全性、环保指标的影响，摸清该锅炉运行规律，对该锅炉进行相关燃烧优化调整。本文主要从锅炉燃烧配风等角度进行侧重点分析，为今后同类型机组设计和性能鉴定试验提供相关技术依据。
关键词：燃烧器改造；优化调整；环保
前言
燃烧优化调整的目的在于保证锅炉达到额定参数、着火稳定、燃烧安全，同时具有较高的效率和环保指标。燃料风、辅助风、周界风、WA风、各层燃烬风的组合情况对锅炉燃烧有着重要影响。燃烧调整试验就是调节上述各个因素，研究其对燃烧的影响，找出规律，最终确定各参数的范围和最佳组合方式。
1 燃烧器改造概述
1.1原燃烧器特点
原锅炉燃烧器六层煤粉喷嘴采用“对冲同心正反切”燃烧系统，通过二次风喷嘴的偏转，而不是传统的设计假想切圆，来控制锅炉出口烟气温度与流量的均匀性，形成风包粉结构，从而实现控制左右蒸汽温度偏差的目的，其主要特点表现为：
①一次风对冲小切圆：一次风的中心线接近对冲，假想切圆直径近于零；②启转二次风控制主燃区切圆的运行：主燃烧区大部分二次风喷嘴按顺时针方向偏转(AB、CD、DE层为4.5°，BC层为15°)，驱使炉内气流作顺时针方向旋转，由此构成了切向燃烧，其中BC层二次风燃烧器出来的风称为启转二次风，其它二次风燃烧器出为的风称为偏转二次风，也可以把这两部分二次风统称为启转二次风，位于主燃烧区的下部；③三层大角度反切二次风控制炉膛出口残余旋转：顶部OFA层与FF层二次风喷嘴为25°逆时针方向偏转，EF层为20°逆时针方向偏转，使进入燃烧器上部区域气流的旋转强度得到减弱乃至被消除，这部分二次风称作消旋二次风，位于主燃区的上部。
1.2燃烧系统改造整体布置
更换现有燃烧器组件，对燃烧器进行重新布置，改变假想切圆直径，调整各层煤粉喷嘴的标高和间距，增加新的燃尽风组件以增加高位燃尽风量；更换F层微油燃烧器，更换其它5层一次风喷口、喷嘴体及弯头，一次风全部采用上下浓淡中间带稳燃钝体的燃烧器；采用新的二次风室，适当减小端部风室、油风室及中间空气风室的面积；在凑燃尽风室两侧加装贴壁风；采用节点功能区技术，在两层一次风喷口之间增加贴壁风。
下端部风及一次风仍旧为逆时针方向旋转，切圆适当调整；其它二次风改为与一次风小角度偏置，顺时针反向切入，形成横向空气分级。风量重新合理分配，并调整主燃烧器区一二次风喷口面积，使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求，主燃烧器区的二次风量适当减小，形成纵向空气分级。燃烧器采用新的摆动机构，可以整体上下摆动。在距离原主燃烧器上方约10米处增加7层分离燃尽风SOFA喷口，分配足量的SOFA燃尽风量，SOFA喷口可同时做上下左右摆动。
1.2.1燃烧器横向布置
在水平断面上，一次风射流在炉内形成φ514和φ779的两个大小切圆，二次风射流与一次风射流偏置4°，防结渣及降低NOx排放。
1.2.2燃烧器纵向布置
燃烧器由下至上依次为：FF二次风、F一次风(微油燃烧器)、EF二次风(油)、E一次风、DE二次风(带贴壁风)、D一次风、CD二次风(油)、C一次风、BC二次风(带贴壁风)、B一次风、AB二次风(油)、A一次风、AA二次风、OFA贴壁风、WA贴壁风、SOFA1~ SOFA7。
2 调整思路及细化细化策略
针对锅炉厂设计特点同时结合改造后的燃烧器特点，在600MW负荷下其调整思路如下：
制粉系统优化调整试验；
通过变氧量试验，摸索出有利于抑制锅炉NOx排放同时控制锅炉CO排放的氧量，同时摸索出氧量和过热器一级减温水量的关系；
通过变整体一次风率试验，摸索一次风率和锅炉NOx排放、排烟温度、排烟CO浓度和辅机电耗的关系；
通过对二次风配风的调整，摸索出利于抑制NOx排放，同时提高锅炉效率和机组经济性的配风方式；
通过改变SOFA风组合试验，摸索出利于抑制NOx排放，同时提高锅炉效率和机组经济性的SOFA风配风方式；
2.1 制粉系统优化调整试验
制粉系统热态调整试验目的：①摸索出利于锅炉NOx排放和运行经济性的煤粉细度；②摸索出利于降低排烟温度的整体一次风率；③解决单台磨煤机一次风率偏大的问题。围绕上述目的，制粉系统调整开展了如下试验：制粉系统细度调整；制粉系统一次风量曲线的优化。
2.1.1 煤粉细度调整
表1 制粉系统分离器挡板调整后煤粉细度
2.1.2 一次风量曲线优化
按照试验结果修正的磨煤机入口一次风量示值可以满足运行人员监控实际风量的需求，同时查阅磨煤机初始设计资料结合实际运行情况，修改磨煤机一次风量曲线如下：
优化后的风量曲线在磨煤机在各个负荷段出力范围内，留出2-3t/h的裕量，供运行人员设定偏置，请根据煤中水分和煤质进行调节。如果磨煤机出口温度降风量时可以到75℃左右(神混，印尼煤请按照运行规定执行)，请将风量偏置设为-2至-3t/h。
2.2 变氧量试验
试验过程中，尽量维持负荷、给煤量、一次风量、燃料风挡板开度、辅助风挡板开度、投运燃烧器运行组合(ABCDE)、主燃烧器摆角、SOFA风门开度不变，改变锅炉运行氧量，观察锅炉NOx排放、送风机电流和过热器减温水的变化。
图1 优化后的磨煤机入口风量曲线
图2 600MW负荷锅炉变氧量试验过热器减温水流量变化
由上图的对比看出，机组600MW负荷时，氧量变化对于过热器一级减温水流量的影响较大，运行氧量降低，过热器减温水特别是过热器一级减温水流量增大。燃烧器改造后，主燃区上方布置了SOFA风，主燃区氧量降低导致未燃尽煤粉在燃尽区的燃烧更加剧烈，导致离SOFA布置较近的分隔屏吸热更多，从而引起过热器一级减温水流量增加。
2.3 降整体一次风率试验
试验过程中，尽量维持机组负荷、运行氧量、给煤量、燃料风挡板开度、辅助风挡板开度、投运燃烧器运行组合(BCDEF)、主燃烧器摆角、SOFA风门开度不变，改变整体一次风率(降低BDF磨一次风量)，观察锅炉NOx排放、一次风机电流和排烟温度的变化。
图3 降整体一次风率试验锅炉NOx排放和排烟温度变化
从上图可以看出，机组600MW负荷时，降低整体一次风率运行后，锅炉的排烟温度下降约3℃，锅炉NOx排放值降低约10mg/Nm3。
2.4 配风方式调整试验
在机组带600MW负荷下，对辅助风门、SOFA风门进行了精心调整，总结出600MW工况下的辅助风门、SOFA风门控制曲线。
2.4.1 600MW负荷段变BC、DE风试验
试验过程中，尽量维持机组负荷、运行氧量、给煤量、一次风率、燃料风挡板开度、投运燃烧器运行组合(BCDEF)、主燃烧器摆角、SOFA风门开度不变，维持BC、DE风门在80%开度。
图4 变BC/DE风门试验锅炉排烟处CO浓度变化
从上图可以看出，机组600MW负荷时，随着BC、DE风门开度增大，锅炉CO排放增大，随着BC、DE风门开度关小，锅炉CO排放降低。
2.4.2 变EF风门试验
试验过程中，尽量维持机组负荷、运行氧量、给煤量、一次风率、燃料风挡板开度、投运燃烧器运行组合(ABCDF)、主燃烧器摆角、SOFA风门开度不变，改变EF风门开度，观察锅炉NOx排放浓度的变化。
图5 变EF风门试验锅炉NOx排放浓度的变化
从上图可以看出，机组600MW负荷时，EF 风门开大(22%→80%)时，锅炉 NOx排放浓度升高，EF风门关小(80%→22%)时，锅炉NOx排浓度放降低，EF风门维持原有曲线运行。
2.4.3 变SOFA风组合试验
尽量维持负荷、运行氧量、给煤量、一次风率、燃料风挡板开度、投运燃烧器运行组合(ABCDF)、主燃烧器摆角，辅助风门开度不变，改变SOFA风门开度，观察锅炉NOx排放浓度、SCR出口氧量偏差、过热器一级减温水的变化，对应工况为工况16、17、18、19、20(对应SOFA风门全开、SOFA-G全关/其余SOFA全开、SOFA-F全关/其余SOFA全开、SOFA-E全关/其余SOFA全开、SOFA-D全关/其余SOFA全开)。
图6 SOFA风组合对过热器一级减温水流量的影响
图7 SOFA风组合对锅炉NOx排放的影响
从上组图可以看出，机组600MW负荷时，6层SOFA风门全开工况较7层SOFA风门全开工况的一级减温水流量小；SCR出口氧量偏差在工况17(SOFA-G关/其余SOFA风门全开)下最大，SCR出口氧量偏差在工况20(SOFA-D关/其余SOFA风门全开)下最小；同时从图中可以看出6层SOFA风门全开较7层SOFA风门全开工况下锅炉NOx排放微降，约下降为5mg/Nm3左右，故选择在机组600MW工况下，保持SOFA-D较小开度，其余风门全开的风门控制曲线保持不变。
3 机组降负荷过程中的再热汽温
燃烧器改造后连续降负荷时，再热汽温在此过程中(连续降负荷超过150MW时)会出现较大幅度(40-50℃)下降，对机组运行经济性有较大影响，降负荷深度深度越大，再热汽温下降幅度也越大，改造后降负荷再热汽温变化如图10。
燃烧器改造前，煤粉的绝大部分燃烧和放热在燃烧器区域内完成；燃烧器改造后，燃烧器区域部分用于完成煤粉的气化，生成的可燃气体主要在燃尽风区域内燃烧，此时火焰中心的高度也可以由燃尽风量和主燃区风量的比例控制。如果在降负荷过程中主燃区内氧量过大，会造成主燃烧区内燃料燃烧过于充分，而燃料在燃尽区域放热过少，从而造成水冷壁吸热过多，后部受热面对流吸热过少。
图8 改造后负荷下降150MW时的再热汽温
图9 典型的降负荷过程中煤量和总风量的变化
上图为典型的机组降负荷过程中煤量和风量的变化，在降负荷过程中，总风量下降比煤量的下降要慢1min左右，为了缓解降负荷过程中再热汽温下降幅度大的现象，可以尝试将此时间缩短，从而较快的降低主燃区氧量，降低水冷吸热，加强后部对流受热面吸热。
4 结论和建议
4.1建议调整运行制粉系统时，应注意使冷风调门开度至较小开度，以降低排烟温度，提高运行经济性。
4.2 风门控制原则的修改
为了控制停磨后主燃区的氧量，实现停磨后磨上层辅助风门的自动关闭(预留5%开度为燃烧器冷却风量，A/D磨除外)，将AB、BC、DE、EF控制组态由“锅炉主控输出的函数”修改为“风门下层磨(例如：AB下层磨为B磨)运行且对应给量大于20t/h，开度为负荷的函数，否则置为5%开度”。
4.3 机组600MW负荷时，氧量变化对于过热器一级减温水流量的影响较大，运行氧量降低，过热器减温水特别是一级减温水流量增大。在运行调整氧量时，应注意这一汽温特性，从而控制好分隔屏的壁温。
4.4低负荷再热汽温的调整手段有：SOFA风、主燃烧器摆角、FF托底风、运行氧量；低负荷的NOx的调整手段有：SOFA风、主燃烧器摆角、一次风率。各种调整手段对于经济、环保指标的影响如下：
论文作者:张超
论文发表刊物:《电力设备》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/26
标签：风门论文; 燃烧器论文; 锅炉论文; 风量论文; 负荷论文; 氧量论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第4期论文;