390MW机组结焦原因分析及优化调整

（华阳电业有限公司 后石电厂，福建 漳州 363105）

【摘 要】某电厂390 MW机组额定负荷、习惯运行工况下，锅炉NOx排放浓度约700 mg/m3，且炉内结焦较严重。为满足《火电厂大气污染物排放标准》（GB 13223—2011）对NOx排放浓度的要求，大修期间，该电厂对2号锅炉进行了低NOx燃烧系统改造。改造后炉内结焦加重，为将锅炉调整到最佳的运行状态，减缓炉内结焦，进行了改造后的优化调整试验。结果表明，优化调整后，无论是炉膛宽度方向还是各测孔深度方向，省煤器出口截面氧量分布均匀，烟气中CO排放浓度平均值由643μL/L降低至70μL/L，有效地缓解了炉内还原性腐蚀和结焦问题，燃烧优化调整效果显著。

【关键词】低NOx燃烧器；改造；结焦；CO排放浓度；优化调整

【中图分类号】TK227 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2016）04-0112-04

0 前言

某电厂2号锅炉是由美国福斯特惠勒能源公司与西班牙福斯特惠勒分公司联合设计，西班牙制造的亚临界压力、自然循环、平衡通风燃煤汽包炉。锅炉采用美国F&W公司早期的双调风旋流燃烧器与燃尽风系统，额定负荷、习惯运行工况下，锅炉NOx排放浓度约700 mg/m3，该排放浓度已无法满足环保政策的要求和国家的火力发电政策的要求[1]。

为响应国家“节能减排”政策号召，该电厂对2号锅炉进行低NOx燃烧系统改造。改造后炉内结焦加重，为了将锅炉调整到最佳的运行状态，减缓炉内结焦，进行了改造后的燃烧系统优化调整试验。目前，国内针对该类型机组改造后的调整经验尚浅，本文的研究工作对即将开展的同类型机组改造后的调整具有一定的参考意义。

1 设备概述

1.1 锅炉设计性能参数

2号锅炉是由美国福斯特惠勒能源公司与西班牙福斯特惠勒分公司联合设计，西班牙制造的亚临界压力、一次再热、自然循环、平衡通风燃煤汽包炉。锅炉和炉膛设计参数见表1、表2。

1.2 设计煤种煤质参数

该锅炉设计燃用印尼平南煤，其煤质特性及灰特性见表3、表4。

2 试验内容及标准

本次试验内容包括390 MW负荷附近、燃用设计煤种时省煤器出口烟气成分测试。测试按照《电站锅炉性能试验规程》规定的点数采用等截面网格法进行[2-4]，测点布置图如图1所示，沿炉膛方向一共布置有8×4个测点。

3 计算参数的定义

（1）炉膛容积热负荷qV，它是锅炉输入热功率与炉膛有限容积的比值[5]。即

qV=（1）

式中：qV为炉膛容积热负荷，kW/m3；V为炉膛有效容积，m3；P为锅炉输入热功率，MW。计算公式如下：

P=（2）

式中：B为BMCR工况设计煤耗量，kg/s；Qnet，ar为设计燃煤低位发热量，MJ/kg；LUBC为BMCR工况未燃碳热损失，%。简化计算公式如下：

LUBC=（3）

式中：33.7为灰中可燃物的近似发热量，MJ/kg；Aar为入炉煤收到基灰分，%；Cfh为飞灰可燃物含量。

（2）炉膛断面热负荷qF，它是锅炉输入热功率与炉膛燃烧器区横断面积的比值，即

qF=（4）

式中：qF为炉膛断面热负荷，MW/m2；FC为炉膛横断面面积，m2。计算公式如下：

FC=W×D（5）

式中：W为炉膛宽度，左右侧墙水冷壁管中心线距离，m；D为炉膛深度，前后墙水冷壁管中心线距离，m。

（3）煤灰结渣特性综合指数R，表征燃料的结渣倾向[6～8]。计算公式如下：

R=（6）

式中，B/A为灰成分结渣指数；SiO2 /Al2O3为灰成分硅铝比；t2为煤灰软化温度；G为硅质量比。

4 试验结果

4.1 结焦原因分析

2号锅炉在高负荷时，容易出现结焦的现象，严重情况下甚至需要停炉除焦。经分析，主要与以下3种因素有关。

4.1.1 锅炉设计热负荷对结焦的影响

依据《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则（DT/T 831—2002）》[5]，采用墙式对冲燃烧方式的300 MW和600 MW电功率容量级锅炉，其炉膛特征参数的推荐范围见表5。

根据炉膛设计参数以及煤质分析参数，利用公式（1）～（5），计算出容积热负荷qV和断面热负荷qF，结果见表6。

從计算结果可以看出，锅炉设计容积热负荷和斷面热负荷均超过了《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》推荐值的上限，尤其是断面热负荷，超过了600 MW等级推荐值的上限，表明炉膛设计偏小。这是导致锅炉易结焦的根本原因。

4.1.2 煤种特性对结焦的影响

依据煤灰成分参数和熔融特性参数，利用公式（6），计算出煤灰结渣特性综合指数R，结果见表7。

从计算结果可以看出，设计煤种即试验煤种为中度结焦倾向，炉内需组织合理的配风方式，有助于缓解炉内的结焦。

4.1.3 炉内燃烧的组织对结焦的影响

在燃烧调整前，360 MW负荷点、燃用印尼煤（设计煤）下，在省煤器出口截面按照图1所示的测点布置对烟气成分进行了测试。测试结果见表8。

燃烧调整前，运行氧量平均值为2.82%、CO排放浓度平均值为643μL/L，省煤器出口截面O2和CO分布得极不均匀，B侧局部烟气中CO排放浓度最高值达4 006μL/L，这将加重炉内还原性腐蚀和结焦倾向，给锅炉运行带来极大的安全隐患。因此，需对燃烧器的配风方式进行优化调整。

4.2 燃烧优化调整结果

由于炉膛两侧缺风，优化调整过程中，将两侧燃烧器（含燃尽风）风量挡板开大，中间燃烧器风量挡板关小，调整前后燃烧器（燃尽风）风量挡板开度分别是50%/50%/50%/50%、80%/25%/25%/80%。燃烧器配风方式优化调整后，在390 MW负荷、燃用印尼煤（设计煤）下，对省煤器出口截面烟气成分再次进行了测试。测试结果见表9。燃烧器配风方式调整前后炉膛宽度方向和各测孔不同深度方向上的氧量和CO分布对比如图2、图3所示。

燃烧器配风方式优化调整后，运行氧量平均值为2.76%、CO排放浓度平均值为70μL/L，无论是炉膛宽度方向还是各测孔深度方向，省煤器出口截面氧量分布均匀，CO排放浓度大幅度降低，极大地缓解了炉内还原性腐蚀和炉内结焦，燃烧调整工作取得了显著的成效。

5 结论

对2号锅炉分析后发现，锅炉设计容积热负荷qV为118.2 kW/m3、断面热负荷qF为5.5 MW/m2，均超过《大容量煤粉燃烧锅炉炉膛选型导则》推荐值的上限，这是锅炉易结焦的根本原因。

试验煤种结渣特性综合指数R在1.71～2.17之间，属于中度结焦倾向煤种。2号锅炉进行低氮燃烧器改造后，炉内燃烧组织不合理，炉内还原性气氛明显，这将加重炉内还原性腐蚀和结焦倾向，给锅炉运行带来极大的安全隐患。

通过燃烧器配风方式的优化调整，无论是炉膛宽度方向还是各测孔深度方向，省煤器出口截面氧量分布均匀，烟气中CO排放浓度大幅度降低，其排放浓度平均值由调整前的643μL/L降低至70μL/L，极大地缓解了炉内还原性腐蚀和炉内结焦，燃烧调整工作取得了显著的成效。

参 考 文 献

[1]GB 13223—2011，火电厂大气污染物排放标准[S].

[2]GB 10184—88，电站锅炉性能试验规程[S].

[3]孙学信.燃煤锅炉燃烧试验技术与方法[M].北京：中国电力出版社，2002.

[4]岑可法.锅炉燃烧试验研究方法及测量技术[M].北京：水利电力出版社，1987.

[5]DT/T 831—2002，大容量煤粉锅炉炉膛选型导则[S].

[6]陳立军，文孝强，王恭，等.燃煤锅炉结渣特性预测方法综述[J].热力发电，2006（6）.

[7]雷俊智，马其良，潘卫国.电厂燃煤结渣性能预测方法研究[J].锅炉技术，2001（11）.

[8]李永星，陈听宽，杨冬.电站锅炉炉膛性能设计方法优化研究[J].西安交通大学学报，2003（7）.

[责任编辑：陈泽琦]

【作者簡介】黄才全，男，福建安溪人，本科，华阳电业有限公司后石电厂高级专员，工程师。