300MW锅炉运行诊断及燃烧优化试验分析

摘 要： 在我国大力倡导节能减排的政策驱使下，各行各业都在积极的响应国家节能减排的号召。电厂锅炉普遍存在着燃烧效率低以及氮氧化物排放量高的问题，对于锅炉燃烧效率以及氮氧化物排放问题进行分析，提出了提高锅炉燃烧效率降低氮氧化物排放的具体举措，并取得了较好的试验效果。

关键词：300MW锅炉 燃烧效率 氮氧化物 优化改造

中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）12-0292-01

引言

当前我国正在各行业大力推行节能减排，电站锅炉已面临着运行成本高、高排放的现状，因而电站锅炉急需一种高效率低污染的燃烧技术，随着国家在该方面大力的支持，我国在该领域内实现了较大的技术进步，并且有些技术已经在试验中取得较好的效果，正逐步在电厂锅炉中推广应用。有些电厂为了降低发电成本而在锅炉中使用了褐煤，使得所使用煤的质量严重偏离原来所设计的标准，锅炉在使用褐煤之后出现了燃烧效率低、制粉能力不足、以及氮氧化物排放较高的现象，既不利于经济性也产生污染以及温室气体的排放。本文对锅炉的性能进行诊断测试并发现其中存在的问题，并针对上述问题提出了改进的方案，且经过一系列的冷态试验以及燃烧调整实验，充分解决了锅炉的高污染排放以及燃烧效率低等问题，可以为我国电站锅炉的改造提供一定的借鉴。

一、设备状况

某电厂所使用的锅炉采用的是美国CE公司的技术，所设计的锅炉的亚临界压力数值以及中间再热和自然循环包炉，其采用的是单炉体的负压炉膛，呈现的是倒U型的分布。锅炉采用的是正压直吹式的系统，采用的是5台MPS磨煤机，在额定的运行状态下4台磨煤机处于工作的状态，其中一台磨煤机处于备用的状态。采用四角切圆燃烧方式，在炉膛的四周进行切向的布置。

二、锅炉运行诊断及燃烧存在的问题

通过对锅炉本体、制粉、辅机、除尘等方面的能耗的调查，在这个过程中发现锅炉辅助设备对于锅炉的经济性存在较为严重的影响，所主要存在的问题有：炉膛的温度过低，这主要是由于排烟温度超过所设计的限值造成的；排烟的损失大，主要是由于褐煤的比例过大以及炉膛和空预器漏风过大造成的；氮氧化物排放较多，主要是由于没有采取措施对燃烧进行控制造成的；炉膛结焦，主要是由于掺杂褐煤以及配风不合理造成的；磨煤机出力不足，主要是由于磨煤机选型过小造成的；空预器性能差，主要是设计偏离原来煤种造成的；轴机耗电过高，主要是由所掺杂褐煤烟气量较大造成的；锅炉保温性能差，主要是由于保夭糠掷匣造成的；风烟与制粉系统控制能力差，主要是由于烟气量大，风速过高造成的。

三、锅炉整体优化与改造

对于上述分析中锅炉燃烧常见的问题，除了部分问题可以通过对设备的改进来完成之外，还可以通过褐煤燃烧调整以及对制粉系统的优化来解决上述问题，两种措施可以实现相互补充来充分的解决上述问题。往往先对设备进行改造然后对系统进行调整，将系统节能的潜力充分的发挥出来。改造的方面主要涉及燃烧系统的改造、汽水系统的改造、风烟系统的改造、制粉系统的改造、保温系统的改造、仪表控制系统的改造等。改造的方面包括对燃烧器进行优化，对于减温水进行处理，有效利用尾部烟气，暖风器的优化，磨煤机的出力的提高、风机控制系统的优化、氧量测量装置的优化等。

四、燃烧调整与运行特性分析

通过实践研究表明，通过燃烧试验可以有效的提高锅炉的燃烧效率降低污染的排放。 锅炉在经过检修之后需要进行优化调整，还需要对锅炉运行时候的需氧量以及风量的调整进行燃烧试验，最终确定最佳的锅炉燃烧方式，切实提高锅炉燃烧的效率。

1.变氧量试验

锅炉在运行过程中的需氧量会对机组的运行效率产生十分重要的影响。在锅炉燃烧的过程中如果供氧量发生变化，会直接影响排烟所导致的热损失，还会对飞灰中所含的可燃物质的含量、风机电耗以及氮氧化物的含量造成影响。目前锅炉运行过程中的需氧量往往是由额定条件决定的，一般采用的是经验值来确定供氧量，所以供氧量对于节能减排具有十分重要的意义。将试验的负荷设置为300MW、 240MW、 200MW，可以通过改变运行过程中的氧气量，来确定不同工况下锅炉的效率以及排放物的浓度。

锅炉在运行过程中的供氧量还会对排烟热损失以及固体是否完全燃烧造成很大程度的影响，随着锅炉燃烧过程中氧气量的增加，可以有效降低飞灰中可燃物质的含量，且固体燃烧部分中未完全燃烧部分明显的减少，但是烟气排放的增加使得热损也相应的增加了，所以锅炉效率决定因素包括排烟热损失和固体未完全燃烧的部分。从实验的结果分析来看，当处于300MW的负荷下，运行所需要的供氧量也会从1.8%升到2.3%时，锅炉的燃烧效率也从原来的90.41%提升到后来的91.65%，主要是因为在供氧量较低的情况下，燃料不能充分的使得固体部分燃烧所导致的较低的锅炉燃烧的效率，随着锅炉燃烧供氧量的增加，排烟的热损失会显著的降低，锅炉的效率也会显著的提升。将负荷设定为240MW、 200MW条件下，当氧气的含量从3%提高到4%、3.6%提高到4.46%时，锅炉的效率会随着含氧量的增加而显著的降低，会从原来的91.86%降低到后面的91.59%，由92.03%下降到91.7%。氮氧化物的排放量主要是由含氮的燃烧物质造成的，除了受到含氮燃烧物质的影响之外，氧化物的排放量还会受到供氧量的影响，随着燃烧物质含氮量的增加，氮氧化物的排放浓度会显著的增加，但是增加却不是很明显，由于随着燃烧物质含氮量的增加，其转化率会发生显著的降低，可以有效的抵消氮氧化物的生成。因而含氧量是影响氮氧化物排放量的一个重要的因素。

可以看到在锅炉不同的负荷下，氮氧化物的含量会随着供氧量的增加而显著的增加，这是由于随着氧气含量的增加，会有效的增加燃烧区域的氧化性，可以有效的促进氮氧化物的生成，当锅炉处于300MW的时候，含氧量会由1.8%增加到2.3%时，氮氧化物会由原来的328mg/m3上升到403mg/m3，当锅炉处于240MW负荷下，供氧量由3%增加到4%时，氮氧化物的排放量会从367mg/m3上升到482mg/m3，当锅炉处于200MW负荷下，随着氧气的含量从3.6%增加到4.46%时，氮氧化物的排放量会从517mg/m3上升到607mg/m3。此外，随着锅炉燃烧负荷的降低，运行过程中的供氧量会显著的降低，燃烧区域的还原性就会加强，会有效的降低氮氧化物的排放量。可见燃烧过程中的需氧量对于锅炉的燃烧效率以及氮氧化物的排放量都会造成显著的影响，在实际锅炉运行的过程中需要综合燃烧效率以及氮氧化物的排放量来综合确定燃烧过程中的需氧量。

2.变SOFA风量试验

本文还通过对不同挡板开度下的锅炉的燃烧效率和氧化物的排放量进行了试验分析，以用来确定最佳的挡板的开度，可以为操作人员提供操作依据。当锅炉的负荷处于300MW下，将挡板的开度分别设置为50%、 75%、 100%时，所测到的锅炉的燃烧效率分别为89.79%、 90.28%、 89.9%，而修正后的燃烧效率分别为90.97%、91.56%、 91.12%。可以看到当挡板的开度为75%的时候锅炉的燃烧效率最高。

五、优化与燃烧调整

通过对于设备的改造优化以及锅炉的燃烧试验确定最佳的供氧量和挡板开度，使得锅炉的燃烧效率得到显著的提升，通过对改造优化前后的锅炉的燃烧效率的对比可以发现，当锅炉机组的负荷分别为300MW、 240MW、200MW时，实验所得到的热效率经过修正之后的数据分别为91.65%、 91.86%、 92.03%。 和改造之前处于300MW、 250MW、180MW负负荷下的锅炉的燃烧效率90.85%、 91%、 91.32%。相对比来看，可以看到锅炉的燃烧效率@著的提升了，可以接近当初设计的数值，平均提高了0.8%，所降低的煤耗为2.2g/kWh。

对于燃烧器的改进措施可以遵循以下的方式：不对主燃烧器的风箱以及水冷壁进行改造，假设煤粉的管道接触不良，每份燃烧器可以采用水平平淡燃烧器和偏置周界风来进行改进；在最上面的煤粉燃烧器0～5.0m增设三层的燃烧器，将燃烧器喷口设置为可以手动的摆动；对于一二次的喷口进行相应的改进，在保证燃烧及时和稳定的前提下，将燃烧区域的还原性气氛设置好；可以通过设置风道为燃烧器配风。对于改造前后的设备进行试验，在设备改造之前，当锅炉处于300MW、250MW、180MW负荷的时候，当氧化物的排放量分别为733mg/m3、780mg/m3、843mg/m3，在改造以后，锅炉处于300MW、 240MW、 200MW负荷的时候，氮氧化物的排放量分别为328mg/m3、367mg/m3、517mg/m3，平均所降低的排放量可达381mg/m3，因而通过改造所实现的提高效率降低氮氧化物排放的效果较为理想。

结语

通过供氧量变化的实验可以确定最佳的需氧量参数，通过挡板开度实验可以得到在300MW负荷时，将挡板的开度控制在75%，可以有效的提升机组的运行经济性；通过对锅炉燃烧器的改造、低温省煤器、以及空气预热器等相应的实验，锅炉的燃烧效率提升约1%，燃煤消耗月降低2.2g/kWh，氮氧化物的排放量约降低381 mg/m3。

参考文献

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