引言某660 MW超临界机组锅炉由于燃烧器结构及布置方式的局限性，运行中容易出现CO排放浓度高、锅炉热效率低等问题，导致燃烧器之间的混合及燃烧后期扰动性差、锅炉热效率偏低、机组经济性较差[1]，若运行调整不当，甚至引发燃烧效率更差、水冷壁高温腐蚀、燃烧器烧损等一系列问题[2-5]。给电厂运行带来安全隐患，同时影响电厂的经济效益。本文对1#锅炉进行节能优化试验，确定锅炉燃烧的最佳运行方式，提高机组运行的经济性和安全性。1设备概况1.1锅炉概况某电厂1#机组锅炉为DG 2141/25.4-Ⅱ6型超临界参数变压直流锅炉，一次中间再热、单炉膛、尾部双烟道结构，采用烟气挡板调节再热气温、平衡通风、封闭布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉设计煤种为中等热值、中高灰分的本地烟煤。机组采用正压冷一次风直吹式制粉系统，配6台ZGM113G型中速磨煤机，正常运行时5运1备。锅炉主要设计参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T001表1锅炉主要设计参数项目锅炉最大连续蒸发量汽轮机额定出力工况锅炉额定出力工况过热蒸汽流量/（t/h）2 1411 9392 079过热器出口蒸汽压力/MPa25.4025.1625.33过热器出口蒸汽温度/℃571571571再热蒸汽流量/（t/h）1 746.21 592.231 688.47再热器进口蒸汽压力/MPa4.974.534.80再热器出口蒸汽压力/MPa4.784.374.63再热器进口蒸汽温度/℃333321327再热器出口蒸汽温度/℃569569569省煤器进口给水温度/℃293286290排烟温度（修正后）/℃124123124锅炉热效率/%93.1993.3393.281.2锅炉燃烧系统简介锅炉燃烧系统采用前、后墙对冲的燃烧方式，燃烧器布置如图1所示。36只燃烧器分三层布置在炉膛前、后墙上，前墙由上至下依次为E层、C层、A层，后墙由上至下依次为F层、D层、B层。燃烧器上部布置燃尽风风口，16只燃尽风风口分别布置在前、后墙上。煤粉燃烧器为HT-NR3型，燃烧器结构如图2所示。燃烧器由内向外依次布置中心风、一次风、二次风、三次风喷口。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.F001图1燃烧器布置图10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.F002图2燃烧器结构图2节能优化调整试验2.1摸底试验工况为掌握机组当前运行情况，摸底试验在660 MW机组习惯运行工况下进行，试验结果如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T002表2摸底试验结果项目工况1机组负荷/MW658.74总燃料量/（t/h）265.40总风量/（t/h）2 062.90外二次风门开度/%90/85/75/75/85/90内二次风门开度/%80/80/80/80/80/80燃尽风门开度/%100/100空预器进口氧量/%2.78空预器出口CO浓度/（μL/L）3 856SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）267锅炉热效率（修正后）/%91.76注：NOx排放浓度单位已折算为标态，6%O2，下同。摸底试验工况SCR进口主要烟气成分测试结果如图3所示。由图3可知，锅炉氧量分布不均，中间氧量高、两侧氧量偏低，CO浓度呈现中间低，两侧高趋势，局部区域CO浓度甚至高达9 999 μL/L，CO浓度过高形成高还原性氛围，易导致受热面高温腐蚀，同时降低锅炉热效率[6]。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.F003图3摸底试验工况SCR进口主要烟气成分测试结果2.2制粉系统调整试验2.2.1一次风速调平试验一次风速均匀性是保证锅炉良好燃烧的基础。各磨煤机出口煤粉管上用经过校验的靠背管，根据等截面原理划分网格点测量动压，计算成风速，调整煤粉管上的可调缩孔，使每台磨煤机出口6根煤粉管内一次风速偏差控制在±5%以内。进行风速调平试验的同时，记录表盘显示的在线风速及磨煤机进口风量。根据实测结果对在线风速及风量进行标定。2.2.2煤粉细度试验为了解各台磨煤机磨制的煤粉细度，对各台磨煤机磨制的煤粉进行等速取样，分析其细度及均匀性。试验在热态一次风速调平结束后进行，测试结果如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T003表3煤粉细度测试结果项目A磨B磨C磨D磨E磨F磨磨煤量/（t/h）555555505555分离器频率/Hz252526252626煤粉细度R200均值/%2.73.02.42.12.11.9煤粉细度R90均值/%26.925.223.024.624.622.6煤粉均匀性指数均值1.271.171.171.281.281.24试验期间入炉煤Vdaf为37.90%。由表3可知，均匀性指数集中在1.17~1.28之间，理论上燃烧所需的煤粉细度为：R90=0.5×n×Vdaf （1）带入数据，R90=0.5×1.17~1.28×37.90=22.2~24.3。根据理论公式计算的合格煤粉细度R90在22.2%~24.3%之间，从表4结果看，各台磨煤机煤粉细度基本在合格范围内。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T004表4外二次风门开度调整试验项目工况2工况3机组负荷/MW660.36660.26总燃料量/（t/h）271.35278.67总风量/（t/h）2 068.202 061.60外二次风门开度/%90/90/90/90/90/9060/60/60/60/60/60内二次风门开度/%80/80/80/80/80/8080/80/80/80/80/80燃尽风门开度/%100/100100/100空预器进口氧量/%2.872.74空预器出口CO浓度/（μL/L）4 1373 419SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）270258锅炉热效率（修正后）/%91.5292.022.3节能优化调整试验2.3.1外二次风门开度调整试验参数基本一致情况下，调整燃烧器外二次风门开度分别为90%、60%，试验结果如表4所示。锅炉燃烧器的外二次风量和旋流强度对煤粉气流的着火和燃尽有较大影响，旋流强度增加则回流区和烟气的紊流度增加，有利于二次风与一次风粉的混合；但旋流强度过大，不但增加了燃烧器结渣的可能性，还增加燃烧热损失。由表4可知，外二次风门开度从90%调至60%，空预器出口CO浓度从4 137 μL/L降至3 419 μL/L，NOx排放浓度从270 mg/m3降至258 mg/m3，锅炉热效率从91.52%升至92.02%。2.3.2燃尽风门开度调整试验660 MW负荷下进行燃尽风门开度100%、80%和60%这3个工况的试验，结果如表5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T005表5变燃尽风门开度试验项目工况4工况5工况6机组负荷/MW659.24661.53657.59总燃料量/（t/h）264.05273.57269.43总风量/（t/h）2 062.302 066.302 049.50外二次风门开度/%90/85/80/80/85/9090/85/80/80/85/9090/85/80/80/85/90内二次风门开度/%80/80/80/80/80/8080/80/80/80/80/8080/80/80/80/80/80燃尽风门开度/%100/10080/8060/60空预器进口氧量/%2.642.582.68空预器出口CO浓度/（μL/L）3 9233 7393 677SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）261267285锅炉热效率（修正后）/%91.6391.6891.67由表5可知，燃尽风门开度从100%关到80%，NOx排放浓度从261 mg/m3升至267 mg/m3，变化较小；燃尽风门开度从80%关到60%，NOx排放浓度从267 mg/m3升至285 mg/m3，略有增加。燃尽风门开度变小，空预器出口CO浓度降低，锅炉热效率变化较小。2.3.3内二次风门开度调整试验对内二次风门开度统一调整，调整后为工况7，并与分离器频率、其他风门开度等参数基本一致的工况4进行对比，试验结果如表6所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T006表6内二次风门开度调整试验项目工况4工况7机组负荷/MW659.24658.50总燃料量/（t/h）264.05280.05总风量/（t/h）2 062.302 078.10外二次风门开度/%90/85/80/80/85/9090/85/80/80/85/90内二次风门开度/%80/80/80/80/80/8080/70/70/70/70/80燃尽风门开度/%100/100100/100空预器进口氧量/%2.642.52空预器出口CO浓度/（μL/L）39233187SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）261265锅炉热效率（修正后）/%91.6392.41由表6可知，内二次风门开度调整后，NOx排放浓度略有升高，空预器出口CO浓度从3 923 μL/L降至3 187 μL/L，锅炉热效率从91.63%升至92.41%，CO浓度有一定程度降低，但是仍然较高。2.3.4变煤粉细度试验为了解煤粉细度对锅炉运行的影响，进行变煤粉细度试验，试验结果如表7所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T007表7变煤粉细度试验项目工况7工况8分离器频率/Hz2527（D磨25）机组负荷/MW658.50659.35总燃料量/（t/h）280.05283.42总风量/（t/h）2 078.102 060.90外二次风门开度/%90/85/80/80/85/9090/85/80/80/85/90内二次风门开度/%80/70/70/70/70/8080/70/70/70/70/80燃尽风门开度/%100/100100/100空预器进口氧量/%2.522.50空预器出口CO浓度/（μL/L）3 1873 011SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）265266飞灰含碳量/%4.043.72锅炉热效率（修正后）/%92.4192.52由表7可知，工况7各台磨分离器频率均为25 Hz，工况8中D磨因防堵磨将分离器频率仍固定在25 Hz，其余各台磨的分离器频率调整为27 Hz。分离器频率增加后，飞灰含碳量从4.04%降至3.72%，CO、NOx排放浓度基本不变，锅炉热效率由92.41%升至92.52%。因上层燃烧器燃烧行程较短，满负荷运行时，在不引起磨煤机堵磨的前提下，建议下层磨A磨、B磨分离器频率不低于25 Hz，中层磨C磨、D磨分离器频率不低于26 Hz，上层磨E磨、F磨分离器频率不低于27 Hz。2.3.5变磨煤机运行方式试验为了解不同磨煤机组合运行方式对锅炉运行的影响，试验结果如表8所示。控制磨煤机分离器频率均在25 Hz、表盘运行氧量3.0%左右，进行变磨煤机运行方式试验。停运中层、下层磨煤机后，SCR进口NOx浓度升高。同时因火焰中心上移、煤粉燃烧行程变短，飞灰含碳量升高，锅炉热效率降低。建议实际满负荷运行中尽量保持下层磨煤机运行。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T008表8变磨煤机运行方式试验项目工况7工况9工况10运行磨煤机ABCDEBCDEFABCEF机组负荷/MW658.50659.99658.98总燃料量/（t/h）280.05275.62278.67总风量/（t/h）2 078.102 057.302 055.20外二次风门开度/%90/85/80/80/85/9090/85/80/80/85/9090/85/80/80/85/90内二次风门开度/%80/70/70/70/70/8080/70/70/70/70/8080/70/70/70/70/80燃尽风门开度/%100/100100/100100/100空预器进口氧量/%2.522.542.60空预器出口CO浓度/（μL/L）3 1873 2253 021SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）265313289飞灰含碳量/%4.044.565.20锅炉热效率（修正后）/%92.4191.6391.662.3.6最佳运行氧量分析运行氧量对炉效、NOx的影响如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.F004图4运行氧量对炉效、NOx的影响氧量对锅炉燃烧起着非常重要的作用。氧量过大，干烟气热损失增加，同时增加风机电耗；氧量过小，灰渣中未燃碳热损失增加。根据图4结果综合考虑，建议满负荷运行时，表盘氧量控制在3.00%左右（实测氧量2.50%左右）。2.3.7综合调整试验根据之前各工况测试数据，烟气CO排放浓度高对锅炉热效率影响最大。通过对各风门的开度调整后，烟气CO排放浓度对比同类型机组仍处于较高水平。为更好地解决这一问题，进行综合调整试验，试验结果如表9所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.T009表9综合调整试验项目工况11工况12工况13机组负荷/MW660.13659.11659.12总燃料量/（t/h）273.15272.29283.12总风量/（t/h）2 084.502 082.102 072.20A、B层外二次风门开度/%90/85/60/60/85/9090/85/60/60/85/9070/70/60/60/70/70C、D层外二次风门开度/%90/85/55/55/85/9090/85/55/55/85/9070/70/60/60/70/70E、F层外二次风门开度/%90/85/55/55/85/9070/70/60/60/70/7070/70/60/60/70/70内二次风门开度/%80/70/70/70/70/8080/70/70/70/70/8080/70/70/70/70/80燃尽风门开度/%100/10060/6060/60空预器进口氧量/%2.562.522.51空预器出口CO浓度/（μL/L）2 3311 272361SCR进口NOx排放浓度/（mg/m3）275288287锅炉热效率（修正后）/%92.4092.8293.15工况12相比工况11，关小燃尽风门开度、E层和F层外二次风门开度，空预器出口CO浓度从2 331 μL/L降至1 272 μL/L。NOx排放浓度从275 mg/m3升至288 mg/m3，锅炉热效率从92.40%升至92.82%。工况13进一步关小A层、B层和C层、D层外二次风门开度，空预器出口CO浓度降至361 μL/L，NOx排放浓度287 mg/m3，锅炉热效率升至93.15%。工况13SCR进口主要烟气成分测试结果如图5所示。对比图1和图5可知，通过节能优化调整试验，满负荷工况下锅炉氧量分布不均的问题得到有效解决。对比工况1和工况13试验结果，空预器出口CO浓度最高值由9 999 μL/L降至492 μL/L，平均值由3 856 μL/L降至361 μL/L，SCR进口NOx排放浓度略有增加，锅炉热效率由91.76%提升至93.15%。10.3969/j.issn.1004-7948.2021.07.009.F005图5工况13SCR进口主要烟气成分测试结果3结语针对660 MW超临界机组对冲燃烧锅炉氧量偏差大、锅炉热效率低的问题，从制粉系统及燃烧系统出发，进行节能优化调整试验，主要结论如下：（1）通过节能优化调整试验，满负荷工况下锅炉氧量分布不均的问题得到有效解决。（2）通过节能优化调整试验，满负荷工况下，空预器出口CO浓度最高值由9 999 μL/L降至492 μL/L，平均值由3 856 μL/L降至361 μL/L，锅炉热效率由91.76%提升至93.15%，机组运行经济性显著提高。（3）建议满负荷工况下，锅炉表盘氧量控制在3.00%左右（实测氧量在2.50%左右），优先投运下层磨煤机，外二次风门开度为70/70/60/60/70/70，内二次风门开度为80/70/70/70/70/80，燃尽风门开度为60/60。