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300MW锅炉优化燃烧调整试验研究 第 26 卷第 6 期 电 站 系 统 工 程 Vol.26 No.6 2010 年 11 月 Power System Engineering 7 文章编号:1005-006X(2010)06-0007-03 300 MW 锅炉优化燃烧调整试验研究 李永华 1 杨卧龙 1 常建刚 2 (1.华北电力大学,2.河北省电力研究院) 摘 要:针对某电站 300 MW 亚临界锅炉,从影响锅炉运行经济性的主要因素入手,并结合该炉的特点,进行了优化燃烧调整试验, 分析了...

300MW锅炉优化燃烧调整试验研究
第 26 卷第 6 期 电 站 系 统 工 程 Vol.26 No.6 2010 年 11 月 Power System Engineering 7 文章编号:1005-006X(2010)06-0007-03 300 MW 锅炉优化燃烧调整试验研究 李永华 1 杨卧龙 1 常建刚 2 (1.华北电力大学,2.河北省电力研究院) 摘 要:针对某电站 300 MW 亚临界锅炉,从影响锅炉运行经济性的主要因素入手,并结合该炉的特点,进行了优化燃烧调整试验, 分析了煤粉细度、二次风量、过量空气系数、煤质变化等参数对锅炉效率的影响,针对锅炉效率偏低的问题,提出了合理的运行工况。 关键词:锅炉;燃烧调整;锅炉效率 中图分类号:TK227.1 文献标识码:B Experimental Study on Optimal Combustion Control for 300MW Boiler LI Yong-hua, YANG Wo-long, CHANG Jian-gang Abstract:Aiming at the subcritical boiler of 300MW in a power plant, from the main factors impacting the boiler economy, and combining the characteristics of the boiler, an optimal combustion control test is preceded. During the test, the effects of the fineness of pulverized coal, secondary air flow, excess air ratio, coal quality are analyzed. The problem of low efficiency for the boiler is found and a reasonable operation scheme is put forward. Key words: boiler; combustion adjustment; boiler efficiency 在节能与环保日益受到重视的今天,电厂作为能源消耗 大户,以提高锅炉燃烧效率和降低污染物排放为目的的燃烧 优化技术一直是热能工程的一个重要研究方向。在实际锅炉 运行中,进行燃烧调整试验是提高锅炉机组运行经济性、安 全性和环保性的重要手段。 某电厂#4 锅炉由于燃用煤种与 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 煤种有偏差,导致 运行经济性不佳,锅炉效率偏低,表现在锅炉的飞灰含碳量 高、排烟温度高等方面,为了找出锅炉较好的运行状态,为 运行操作提供参考和指导,特对此锅炉进行燃烧调整试验。 1 设备概况 该锅炉是由北京巴布科克·威尔科克斯有限公司 (Babcock & Wilcox)设计制造的亚临界参数、一次中间再 热、单汽包、自然循环、半露天、单炉膛、Π型布置、平衡 通风、固态排渣煤粉锅炉。采用钢球磨中间储仓式热风送粉 系统,前后墙对冲燃烧方式。配置有 4 台钢球磨煤机,前后 墙各 3 层共 24 个旋流燃烧器,每个旋流燃烧器的中心为一 次风喷口,向外依次为内二次风喷口、外二次风喷口。每二 层燃烧器之间布置两个三次风喷口,前后墙共 8 个三次风 口。在尾部竖井下设置有两台容克式三分仓回转式空气预热 器。锅炉的辅机配有两台轴流式引风机、两台轴流式送风机、 两台上离心式一次风机。 2 试验内容和方法 本试验根据《电站锅炉性能试验规程》进行,按反平衡 法计算锅炉效率。不同锅炉优化调整因素不同,大量锅炉优 化调整试验证明,影响锅炉运行经济性的两个最主要的调整 收稿日期:2010-06-07 李永华(1968-),男,博士,教授。保定,071003 因素:一个是煤粉细度,另一个是锅炉运行氧量,其他调整 因素的影响次之[1]。本次调整试验主要针对煤粉细度、氧量、 二次风量进行,主要测试内容和方法如下: (1) 氧量标定:采用网格法,在空气预热器进口烟道内, 按等截面划分原则设置烟气取样管,用乳胶管将取样管与电 子烟气分析仪连接,测试烟气中 O2含量,每 10 min 记录一 次。同时在集控室记录表盘氧量,每 10 min 记录一次。 (2) 飞灰标定:采用网格法测量,在空气预热器出口烟 道内,按等截面划分原则设置飞灰采集测点,用等速取样器 采集飞灰样,通过化验采集的飞灰样的含碳量与固定撞击式 取样装置采集的飞灰样的含碳量进行比较,以得出其固定撞 击式取样装置的标定系数。 (3) 煤粉细度调整试验:制粉系统调整前,在制粉系统 习惯运行方式下,保持制粉系统出力为最佳出力,进行煤粉 取样,测量煤粉细度,进行锅炉热效率试验。 保持入炉无烟煤和贫煤的配比不变,调节粗粉分离器挡 板,将煤粉细度调至 R90=8%下,进行锅炉热效率试验。比 较煤粉细度调整前后锅炉热效率、制粉系统耗电率、飞灰可 燃物含量的变化。 (4) 变二次风门开度试验:无烟煤和贫煤配比为 7:3 时,在各层燃烧器二次风门不同开度下进行锅炉热效率试 验,共进行三个工况,工况一:上、中、下层二次风风门开 度为 100%、100%、100%,工况二:上、中、下层二次风 风门开度为 60%、80%、100%,工况三:上、中、下层二 次风风门开度为 100%、80%、60%。 (5) 变氧量试验:根据变二次风门开度试验的结果调整 至最佳二次风门开度,在不同炉膛出口氧量下进行锅炉热效 率测试,变氧量试验共进行了 3 个工况,工况一:表盘平均 氧量为 2.8%,工况二:表盘平均氧量为 3.3%,工况三:表 8 电 站 系 统 工 程 2010 年第 26 卷 盘平均氧量为 3.7%。变氧量试验期间保持一次风压、各层 二次风风门开度、各层给粉机转速、磨煤机组合方式、燃烧 器组合方式等参数不变。 (6) 排烟温度测量:采用网格法测量。在空气预热器出 口平直烟道内,按等截面划分原则设置烟温测点,用 FLUKE 温度计测量排烟温度,排烟温度测量 15 min 记录一次。 (7) 烟气成份分析:在空气预热器进、出口烟道内,按 等截面划分原则设置烟气取样管,用乳胶管将取样管与电子 烟气分析仪连接,分析烟气中 O2含量。烟气测量分析每 15 min 一次。 (8) 原煤取样:试验前 3 h,在投入运行的给煤机落煤 管上取原煤样。 (9) 用温湿度计测量送风机入口空气温度和空气相对 湿度。 (10) 用大气压力表测量当地大气压。 (11) 运行参数记录:试验期间在集控室记录相关的锅 炉运行参数。 3 试验结果及分析 3.1 煤粉细度的调整 锅炉满负荷运行方式下,维持其他运行参数不变,将煤 粉细度 R90 从 10%调整至 8%。煤粉细度对锅炉效率的影响 如表 1 所示。 表 1 煤粉细度对锅炉效率的影响 项 目 调整前 调整后 撞击式飞灰可燃物含量/% 5.8 5.60 大渣含碳量/% 7.13 6.73 飞灰未完全燃烧热损失/% 2.59 2.03 炉渣未完全燃烧热损失/% 0.36 0.27 固体未完全燃烧热损失/% 2.95 2.31 锅炉排烟热损失/% 5.65 5.79 可燃气体未燃尽热损失/% 0.00 0.00 锅炉散热损失/% 0.41 0.40 灰渣热物理损失/% 0.23 0.18 总损失/% 9.23 8.68 锅炉热效率/% 90.77 91.32 修正后的排烟温度/℃ 131.75 130.79 修正后的锅炉热效率/% 91.47 91.57 从表中可以看出,煤粉细度调整后,锅炉热效率和修正 效率分别提高了 0.55%和 0.1%。由于 R90取 8%做锅炉效率 实验时的炉膛出口 A 侧表盘氧量为 3.41%,表盘平均氧量为 3.42%,R90 取 10%做热效率试验时的炉膛出口 A 侧表盘氧 量 3.88%、表盘平均氧量为 3.7%,相比没有改变煤粉细度前, 炉膛出口 A 侧表盘氧量、表盘平均氧量分别低了 0.47%、 0.28%,结合后来的变氧量工况燃烧调整试验结果,这将使 飞灰可燃物含量相差 0.8%左右,故运行氧量相同时,煤粉 细度调整后飞灰可燃物含量较调整前将降低约 1%,修正后 的锅炉热效率将提高 0.37%。 3.2 二次风对锅炉效率的影响 在变二次风门开度试验期间保持氧量、一次风压、各层 给粉机转速、磨煤机组合方式、燃烧器组合方式等参数不变。 二次风门开度变化对锅炉效率的影响见表 2。 二次风主要起扰动混合和煤粉着火后补充氧气的作用, 这就要求二次风要有足够的动量。二次风门开度的变化,会 影响各层燃烧器燃烧强度,还可能影响火焰中心和煤粉燃尽 程度。从表 2 可以看出,工况一、工况二、工况三时修正后 的锅炉热效率分别为 91.24%、91.15%、91.24%,工况一和 工况三修正后的锅炉热效率稍高。 3.3 氧量变化对锅炉经济性的影响 经与电厂人员商定,无烟煤和贫煤配比为 6:4 时,保持 燃烧器各层二次风门挡板全开,在不同氧量下进行了锅炉热 效率测试,氧量变化对效率的影响见表 3。 表 2 二次风门开度变化对锅炉效率的影响 项 目 工况一 工况二 工况三 电负荷/MW 300 300 300 实际氧量 A/B/% 3.58/3.56 3.83/3.51 3.88/3.22 前排二次风挡板开度(上/中/下)/% 100/100/100 60/80/100 100/80/60 后排二次风挡板开度(上/中/下)/% 100/100/100 60/80/100 100/80/60 飞灰未完全燃烧热损失/% 1.22 1.24 1.36 炉渣未完全燃烧热损失/% 0.94 1.02 0.82 固体未完全燃烧热损失/% 2.16 2.26 2.17 锅炉排烟热损失/% 5.62 5.58 5.59 可燃气体未燃尽热损失/% 0.00 0.00 0.00 锅炉散热损失/% 0.40 0.40 0.41 灰渣热物理损失/% 0.17 0.17 0.17 总损失/% 8.35 8.41 8.33 锅炉热效率/% 91.65 91.59 91.67 修正后的锅炉效率/% 91.24 91.15 91.24 表 3 氧量变化对锅炉效率的影响 项 目 工况一 工况二 工况三 电负荷/MW 300 300 300 实际氧量 A/B/% 2.38/3.23 3.12/3.86 3.69/4.16 飞灰未完全燃烧热损失/% 2.16 1.95 1.61 炉渣未完全燃烧热损失/% 0.73 0.98 0.70 固体未完全燃烧热损失/% 2.89 2.93 2.31 锅炉排烟热损失/% 5.47 5.55 5.72 可燃气体未燃尽热损失/% 0.00 0.00 0.00 锅炉散热损失/% 0.40 0.40 0.40 灰渣热物理损失/% 0.22 0.22 0.22 总损失/% 8.98 9.10 8.64 锅炉热效率/% 91.02 90.90 91.36 修正后的锅炉热效率/% 91.72 91.58 91.92 氧量的变化即过量空气系数对锅炉经济性的影响表现 在正反两方面,一方面氧量增加有利于煤粉的完全燃烧,使 飞灰可燃物含量下降;但不利的一方面是氧量的增加也会导 致烟气量的增加,排烟热损失增加,同时也使风机的电耗增 加。 通过在空预期入口进行氧量标定试验,得到氧量标定系 数,A 侧为 1.071,B 侧为 1.035。由表中可以看出,随着氧 量的增加,机械不完全燃烧损失下降,但排烟损失却随之增 加。工况三修正后的锅炉热效率较高。 工况一、工况二、工况三时A侧撞击式飞灰、B侧撞击 式飞灰、大渣可燃物含量分别为:8.61、5.91、14.06;7.32、 5.90、17.96;5.63、5.36、13.48。工况三A侧实际氧量为3.69% 时A侧飞灰可燃物含量最低,为5.63%。3个工况下B侧飞灰 可燃物含量变化不大。建议电负荷300 MW时A侧实际运行 氧量在3.7%左右。结合附表1变二次风门开度试验工况一结 果(工况一B侧实际氧量为3.56%时B侧飞灰较低),建议电 负荷300 MW时B侧实际运行氧量为3.5%左右。 3.4 煤质变化的影响 变二次风门开度试验时无烟煤与贫煤配比为 7:3,变氧 量试验时无烟煤与贫煤配比为 6:4,从变二次风门试验和变 第 6 期 李永华等:300 MW 锅炉优化燃烧调整试验研究 9 氧量试验中可发现,尽管变氧量试验时无烟煤比例更小,变 氧量试验时的锅炉实际热效率低于变二次风门实验时的锅 炉实际热效率。这是由于煤源不同和燃煤煤质波动较大造成 的,减小无烟煤比例煤质特性不一定变好,配煤时应根据实 际煤质化验结果进行。 另外,煤质好坏直接影响机组运行的安全性和经济性, 建议配煤时燃煤煤质特性尽量接近设计值。 4 结 论 (1) 运行参数对锅炉效率影响很大。针对该电厂的情 况,二次风挡板各层全开和上、中、下层二次风风门开度为 100%、80%、60%时锅炉热效率较高,建议二次风挡板在各 层全开方式下运行。 (2) A侧实际氧量为3.7%(表盘氧量3.45%),B侧实际 氧量为3.5%(表盘氧量3.4%)时锅炉热效率较高,建议电负 荷300 MW时实际平均运行氧量控制在3.6%~3.8%(表盘氧 量3.45%~3.65%)。 (3) 煤质好坏直接影响机组运行的安全性和经济性,由 于煤源不同和燃煤煤质波动较大,减小无烟煤比例煤质特性 不一定变好,建议电厂配煤时根据实际煤质化验结果进行。 使入炉煤煤质特性尽量接近设计值。 □ 参 考 文 献 [1] 刘琪. 对锅炉燃烧优化调整试验的一点看法[J]. 热力发电, 2001, (3): 39. [2] 李永华, 陈鸿伟, 盂凡军, 等. 电站锅炉运行参数对经济性的影响 [J]. 电站系统工程, 2003, 19(1): 34. [3] 李永华, 陈鸿伟, 盂凡军. 300 MW锅炉优化燃烧调整试验研究[J]. 中国电机工程学报, 2004, 24(1): 217. [4] 陆莹, 王达峰. 600 MW超临界锅炉燃烧调整试验[J]. 热力发电, 2007, (7): 29. [5] 高峰. 锅炉热经济性燃烧调整分析[J]. 锅炉技术, 2007, 38(4): 44. 编辑:巨 川 (上接第 6 页)优于直接空冷。因此,对间接空冷系统的研 究、推广和应用势在必行。 3 我国空冷系统的创新发展 纵观我国空冷技术的发展,从最初的引进,到消化吸收, 再到现在的自主创新,完全走出了一条符合我国国情的发展 道路。以下是我国近年来取得的独创之处。 3.1 高参数、大容量的超(超)临界空冷机组 发展超(超)临界空冷机组可以提高机组热效率、降低 发电煤耗和水资源消耗、减少碳硫氧化物的排放,非常适合 建设资源节约型、环境友好型社会。我国凭借 1000 MW 超 超临界湿冷机组和 600 MW 亚临界、超临界空冷机组的设 计、制造、安装的经验,在国际上率先研制成功 1000 MW 超超临界空冷机组,并于 2009 年 2 月在华电灵武公司二期 工程开建。虽然超(超)临界直接空冷机组能提高机组热效 率、降低发电煤耗和节省水资源消耗,但是不能改变其夏季 运行背压高、变化幅度大、一般不能满发、环境适应能力差 等固有缺陷。而间接空冷机组对环境变化具有较强的适应能 力,比较适合应用于超(超)临界机组。因此,超(超)临 界间接空冷机组也是未来空冷机组发展的方向之一,可以推 广应用[4~5]。 3.2 SCAL 间接空冷系统[6~7] SCAL 间接空冷系统主要是由不锈钢管的表面式凝汽 器和空冷塔底部垂直布置的福哥型铝管铝翅片散热器构成, 该系统是一种优化型的空冷系统,属于我国独创。该系统于 2007 年 8 月和 9 月成功应用在山西运城二电厂 2×600 MW 机组上,并取得了良好的运行效果。另外文献[8]分析了 SCAL 间接空冷系统应用于 1000 MW 超超临界空冷机组是 完全可行的。可见,SCAL 间接空冷系统依靠自身特色正越 来越受到人们的青睐,该系统可以大力推广应用,是我国未 来间接空冷系统发展的主要形式。 3.3 复合循环间接空冷系统 复合循环间接空冷是指电站的蒸汽动力循环并联,正、 逆制冷循环的串接耦合的新型带相变表面冷凝式间接空冷 技术。复合循环间接空冷是在常规间接空冷基础之上衍生出 来的,它拥有直接空冷和间接空冷系统所具有的优点。该系 统具有高节水率、与湿冷机组相近的发电煤耗、环境适应能 力强、能实现全年满发、无冻害等优势。研究表明复合循环 间接空冷系统是可行的,将来有望成为火电厂冷凝系统重要 的研究方向[9~11]。 4 结 论 (1) 在煤价较低、带基本负荷、气象条件较稳定的高寒 地区选择直接空冷系统是比较合理的。 (2) 随着煤价和电价的不断上涨,间接空冷系统的整体 经济性正越来越优于直接空冷系统,应当引起重视。 (3) 空冷系统的创新将是未来我国空冷技术发展的主 要方向。 □ 参 考 文 献 [1] 丁尔谋. 发电厂空冷技术[M]. 北京: 水利电力出版社, 1992. 1~2. [2] 王圣, 朱法华. 火电厂空冷机组水耗及煤耗性能分析[J]. 环境科学 与管理, 2008, 33(5): 46~48. [3] 石诚 , 王智 . 某电厂空冷系统的优选分析[J]. 电力建设 , 2008, 29(8): 84~86. [4] 安普亮. 1000 MW超超临界空冷发电机组选型及现状分析[J]. 华电 技术, 2008, 30(3): 18~21. [5] 邱丽霞, 郝艳红, 李润林, 等. 直接空冷汽轮机及其热力系统[M]. 北京: 中国电力出版社, 2006. 6~9. [6] 朱大宏, 冯璟. SCAL型间接空冷系统设计技术研究[A]. 第四届全 国空冷机组技术交流研讨会论文集[C]. 银川, 2009: 7~14. [7] 梁振明. 国内首例600 MW机组间接空冷示范工程及技术研究[A]. 第 四届全国空冷机组技术交流研讨会论文集[C]. 银川, 2009: 15~20. [8] 冯璟, 刘志刚. 1000MW机组间接空冷系统设计研究[A]. 第四届全 国空冷机组技术交流研讨会论文集[C].银川, 2009: 120~124. [9] 陈立军, 杨善让, 王升龙, 等. 一种新型电站间接空气冷却系统[J]. 吉林大学学报工学版, 2009, 39(s1): 146~149. [10] 陈立军, 杨善让, 王升龙, 等. 复合制冷循环电站空冷系统的热力 学分析[J]. 吉林大学学报工学版, 2009, 39(s2): 283~286. [11] 陈立军. 蒸汽动力循环耦合正、逆制冷循环的电站空冷系统理论与 评价研究[D]. 保定: 华北电力大学, 2010. 编辑:闻 彰
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