660MW四角切圆燃烧锅炉燃烧调整策略优化

660MW四角切圆燃烧锅炉燃烧调整策略优化

吕静

河南省许昌市禹州市 许昌龙岗发电有限责任公司 邮编：461000

摘要：本文以某660MW四角切圆燃烧锅炉的运行情况为例，对其在运行中水冷壁频繁超温、过热器出口两侧主蒸汽温度容易产生较大偏差的问题进行了详细的分析，并针对这一系列的问题重点对锅炉二次风的配风进行了优化，提高了锅炉的运行可靠性，为同类型锅炉燃烧调整的自动控制提供参考。

关键词：切圆燃烧；偏差；二次风；燃烧调整

近年来，随着我国经济的发展以及风电、光伏发电等随机波动性新能源的大规模接入，电网负荷及峰谷差不断增大[1-2]，600MW和1000MW等级的超临界、超超临界火电机组已经成为电网主力机组，并频繁地承担调峰任务[3-4]。一方面机组的负荷率普遍大幅下降，机组在日常运行时有相当一部分时间处于低负荷甚至超低负荷的工况，偏离设计工况的运行时间更久、范围更宽，由于过去机组负荷大多为满负荷或常规负荷，因此发电厂在进行锅炉燃烧优化时，往往着重于满负荷和常规负荷工况，没有必要对低负荷、超低负荷工况进行优化。另一方面，电网对机组AGC（自动发电控制）性能的调节品质考核变得更加严格[5]，低负荷或超低负荷时锅炉风、煤、水的协调关系可能出现严重失衡，自动控制系统投入困难，特别是在50%以下负荷时，不得不撤出自动控制，运行人员手动操作不仅效率低下，而且污染物排放会受到影响。即使是当前部分机组已投运了超低负荷段的自动控制，但其控制目标往往是AGC投运、蒸汽品质等，对机组经济性能及环保排放指标等并没有明确的控制目标，不能真正达到经济、环保条件下的深度调峰。

0引言

由于深度调峰为近年来才出现的现象，国内对此尚处于初步研究阶段，成果不多，且大部分主要是通过设备改造、汽轮机滑压曲线优化、协调控制完善等方面提高机组的深度调峰能力，解决低负荷或超低负荷下燃烧稳定性、汽轮机运行安全性及环保设备投运的问题，而对锅炉本身的燃烧调节控制研究较少。随着当前深度调峰、机组低负荷甚至超低负荷运行成为常态，锅炉在低负荷区间的运行优化变得非常重要。

1设备概况

某发电厂660MW超临界机组，锅炉型号为SG-1913/25.4-M956，π型炉，采用四角切圆燃烧方式，6层LNCFS（低NOX同轴直流式燃烧器），燃烧器上部设置2层风COOFA（二层紧凑燃尽风）、5层SOFA风（分离燃尽风）。制粉系统为冷一次风风机正压直吹系统，配6台HP1003型中速磨煤机。

2原运行方案及存在问题分析

2.1火焰偏斜导致锅炉水冷壁的温度难以控制

优化前，后墙水冷壁垂帘管、悬吊管靠3号角区域的部分管壁温度经常异常升高直至接近限制值，负荷稳定时如此，负荷变动时(尤其是减负荷)更是难以控制；经过长时间的观察与分析，判断为炉内火焰发生了偏斜、间断性或连续性贴近3号角靠后墙垂直管段所致，如果不找出解决问题的方法，长期以往将可能造成设备损坏。

2.2热偏差导致两侧主蒸汽的温度难以平衡

由于火焰偏斜，使得炉膛上部以及水平烟道A，B侧的烟气量分配不均匀，屏式过热器A侧进出口蒸汽温度远远低于B侧。由于屏式过热器两侧出口管道通过左右交叉之后进入高温过热器，因此最终导致A侧主汽温度远远高于B侧。虽然锅炉至汽轮机的主蒸汽管道采用的是2-1-2布置方式，基本消除了汽轮机两侧进汽的热偏差，然而对于屏式过热器进出口集箱以及高温过热器进出口集箱而言，热偏差的长期存在会降低其使用寿命，甚至在运行中出现拉裂泄漏的事故，危及工作人员人身及设备安全。

2.3热偏差对机组的性能产生不良影响

即便机组的协调控制系统(基于炉跟机)经过多次优化，其对于入炉煤的适应范围已经较为宽广，然而火焰偏斜的存在会导致协调控制的紊乱，比如：中间点温度控制频繁跳为手动(A/B侧分离器出口温度偏差大于30℃时)，A/B侧氧量偏差大导致总风量自动控制精度下降，主汽压力控制精度下降等。如果问题得不到解决，机组的可靠性将大打折扣，在电力现货市场的大环境下，机组的竞争力将下降。

3超低负荷段的燃烧优化及效果分析

3.1燃烧调整策略优化的内容

3.1.1锅炉燃烧系统

简单介绍锅炉燃烧器及其配风采用的是分级分段、强化燃烧、可有效降低氮氧化物生成的技术，同时具备防止炉内结渣、高温腐蚀和降低炉膛出口烟温偏差的作用；主风箱设有六层强化着火煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风(周界风)。在每相邻两层煤粉喷嘴之间布置有一层辅助风喷嘴，其中包括上下两只偏置的DAP喷嘴，一只直吹风喷嘴。在主风箱上部设有两层端部风(UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ)喷嘴，在主风箱下部设有一层端部风FF层风喷嘴(当F层停运后则由EF层风喷嘴来充当最下层端部风)，下层端部风喷嘴可以提高火焰底端的含氧量，防止螺旋水冷壁结焦，同时托住火焰，降低锅炉的底渣含碳量。在主风箱上部布置六层分离燃尽风(三层低位燃尽风BAGP、三层高位燃尽风UAGP)燃烧器，其切园方向与火焰相反，可以消除火焰上部的残余旋转、降低A，B两侧水平烟道内的热偏差，同时控制氮氧化物的生成量；实际应用中，关小UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ以及分离燃尽风可以有效降低炉内的还原性氛围，降低炉膛温度，防止结渣。

3.1.2优化前二次风门的控制策略

优化前锅炉燃烧调整对于二次风门的控制策略如下：煤层正常运行时，周界风、偏置风风门的开度与本层给煤机的转速成函数关系，停运时开度是锅炉总空气流量的函数。观察发现当上下两层制粉系统(A，F层)停运后，后墙水冷壁垂直管段靠近3号角区域的管壁温度极易升高，且对比A，B两面墙的垂直管段发现B侧墙垂直管段靠近3号角区域的管壁温度偏高，而四面墙的螺旋水冷壁的管壁温度相差很小；同时结合A，B两面炉墙的第2组吹灰器(位于低位燃尽风与高位燃尽风之间)当中有数个长期处于故障状态，对炉内四角切圆的火焰进行三维建模，推断出炉墙第2组吹灰器所在水平切面的火焰存在向右和向后两个方向的倾斜，以致于后墙水冷壁垂直管44，50号，B侧墙水冷壁垂直管238，218号温度偏高，甚至出现超过允许值的情况。

3.1.3燃烧调整策略的优化

经过数据采集、模型推演、科学分析，决定从调节二次风门入手，具体方法如下：在F层制粉系统停运后，开大F层煤粉喷嘴的相关二次风门，其中包括周界风F、辅助风喷嘴二次风门FI，EF，关小上层端部风UAP-Ⅰ和UAP-Ⅱ；在保证NOx生成量不超标，SCR脱销装置不超负荷的情况下，尽量关小分离燃尽风(但需保证三层低位燃尽风BAGP有60%及以上开度，防止因消旋力度不足而导致主、再蒸汽热偏差的出现)。通过以上策略使得在A层制粉系统也停运后，维持火焰中心的相对稳定，大大降低A/B侧烟气含氧量的偏差，从而消除火焰贴壁工况。

3.2燃烧调整策略

优化的效果通过上述的一系列优化调整，在A，F层制粉系统停运的工况下，降低了两侧烟气含氧量的偏差，后墙水冷壁垂帘管、悬吊管靠3号角区域的原先异常升高的部分管壁温度恢复正常，两侧分离器出口温度、两侧主蒸汽温度的偏差也大为缩小，整个协调控制也变得相对稳定，机组运行的可靠性得到了显著提高。

3.3燃烧调整策略优化存在的不足

此次的优化主要是针对磨煤机组合搭配正常、煤种相对稳定且某些吹灰器故障的工况下局部水冷壁温度异常而展开，如果想要拓宽调节的适应范围，仍需要继续进行探索和试验。

4结论

本次燃烧调整策略的优化有效地解决了低负荷阶段火焰偏斜的问题，间接地提高了机组协调控制的精度，可以为锅炉配风自动控制优化提供一定的数据支撑及策略参考。

参考文献：

[1]樊泉桂．锅炉原理[M]．北京：中国电力出版社，2008.

[2]吕学琴，刘刚，黄自元.电力调峰方式及其存在的问题[J].电站系统工程，2007，23（5）∶37-40.

[3]焦庆丰，雷霖，李明，等.国产600MW超临界机组宽度调峰试验研究[J].中国电力，2013，46（10）∶1-4.

[4]林俐，邹兰青，周鹏，等.规模风电并网条件下火电机组深度调峰的多角度经济性分析[J].电力系统自动化，2017，41（10）∶21-27.