350 MW超临界直流炉旋流燃烧器配风优化控制技术

王永刚，苟琮琦，李戈辉

（酒钢集团宏晟电热公司，甘肃嘉峪关 735100）

引言

某电厂锅炉350 MW 超临界直流锅炉结焦严重、飞灰大渣可燃物超标，从2020 年6 月下旬开始深入研究旋流燃烧器配风技术，从厂家旋流燃烧器说明书、设计图纸入手，参考文献资料，逐步开展了旋流器燃烧器二次风配风优化研究，经过多次配风各项优化调整试验论证，印证了文献资料中旋流燃烧器中心风、内外二次风、燃尽风的作用，试验出旋流燃烧器配风的比例关系，总结出锅炉燃烧不同煤种时的旋流燃烧器配风控制方法。

1 设备及运行参数简介

锅炉型号：DG-1200/25.4-II4。锅炉型式：燃煤超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉、单炉膛、一次中间再热、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、固态排渣、前煤仓布置、紧身封闭、全钢悬吊结构π 型锅炉。锅炉燃烧系统：锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，20 只低氮氧化物含量(以下用NOX简称）燃烧器分前墙三层，后墙二层布置在炉膛前后墙上，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。燃烧器上部布置有燃烬风(OFA)风口，12 只燃烬风风口分别布置在前后墙上，在煤粉燃烧器的上方前后墙各布置2 层燃烬风，上层前后墙各有4 只风口，下层前后墙侧燃烬风各有2 只风口，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更均匀。

旋流燃烧器将燃烧用空气分为4 个部分：一次风、内二次风、外二次风和中心风（如图1所示）。一次风粉混合物经煤粉浓缩器产生径向分离，形成外浓内淡的径向分布。内、外二次风在燃烧的不同阶段喷入炉内，实现燃烧器的分级送风。内二次风的旋流器为固定式，叶片倾角为45°，其风量可通过手动装置调节，外二次风量通过切向布置的叶轮式风挡板调节，其转动角度范围为0°～75°；内、外二次风导流筒的扩锥角均设计为30°（外二次风的扩口为水冷壁弯管）。燃烧器内设有中心风管，其中布置有油枪、高能点火器等设备。在煤粉燃烧器的上方布置有主燃烬风（AAP）及侧燃尽风（SAP）燃烧器，其调风器将燃烬风分为2 股独立的气流送入炉膛，中心为直流，外圈为旋流（如图2 所示），外旋流风喷口的扩锥角设计为25°，旋流叶片角度固定为60°；外圈气流的旋流强度和2 股气流之间的风量分配可调。

图1 旋流燃烧器内部示意图

图2 燃尽风内部示意图

2 旋流燃烧器配风优化控制研究

2.1 旋流燃烧器配风未优化控制前锅炉燃烧情况

2.1.1 燃烧控制对主要参数及结焦的影响

之前锅炉燃烧调整处于比较固化的思路，由于旋流燃烧器配风方式固定，一方面体现在锅炉燃烧不适应煤种变化的影响和锅炉高低负荷变化的影响，导致锅炉燃烧工况恶化，水冷壁、过热器、再热器结焦挂焦积灰，受热面换热效率变差，水冷壁冷灰斗滴焦堆焦蓬焦，飞灰大渣可燃物升高，生产人员危险作业打焦除焦等生产问题；另一方面主要体现在炉膛出口至尾部烟道各段温度（重点监视低再入口烟温）普遍偏高运行，尾部烟道沿程阻力升高，机组接带大负荷困难，给运行调整造成了很大困扰。

2.1.2 燃烧控制对环保及附属设备的影响

旋流燃烧器燃烧控制影响脱硝入口NOX的变化，脱硝入口NOX控制受煤种变化和加减负荷的影响较大，其主要受煤种变化的影响，燃用高硫高氮煤种时，未及时调整内外二次风量比例导致脱硝入口NOX高限运行，环保排放参数控制压力大。在机组加减负荷时启停磨煤机过程中脱硝系统入口NOX快速升高，经常全开喷氨调门运行，环保参数NOX排放值经常临界值运行，长时间大量液氨喷入后沾在空预器换热片上，造成空预器堵塞的生产问题。

2.2 旋流燃烧器优化控制研究过程

由于某电厂燃用煤种主要分别为新疆广汇煤、新疆哈密煤、外蒙古策克煤等，根据不同煤种的特性对旋流燃烧器进行了配风试验，主要从外二次风优化、内二次风优化、内外二次风配合优化、中心风门优化、燃烬风优化、二次风箱压力优化开展调整工作，结合实际就地观察炉膛内燃烧及结焦情况和监视对比炉膛出口低再烟温、脱硝入口NOX均在可控范围,优化调整得出了相关操作经验，制定出350 MW 锅炉燃烧调整参照表，下述为优化控制调整分项详细过程。

2.2.1 外二次风优化调整

优化调整前，无论燃烧器对应磨煤机煤量每小时多少，外二次风挡板均在手动固定模式，所有挡板开度均一样，开度为60%，旋流角度约45°，固定配风方式不适应煤种和煤量的变化，对炉内燃烧组织不利，极易火焰飞边刷墙，煤粉燃烧不完全。

优化调整后，经调整试验得出，外二次风挡板旋流角度在23°～45°之间旋流强度更好，对应调节挡板调整范围为30%～60%，通过调节挡板大小来控制燃烧旋流强度、燃烧所需的氧量及控制外回流区大小。

经优化调整结合实际炉况，得出外二次风调节挡板远控和跟踪煤量的关系，制定出外二次风调节挡板与磨煤机煤量为正比例对应关系，外二次风挡板投自动后，在机组加减负荷、启停磨煤机过程中,锅炉燃烧工况稳定，脱硝入口NOX未出现大幅度变化和波动现象，外二次风挡板投自动对脱硝入口NOX大幅度变化能有效控制,随之供氨调门长期自动投入后，脱硝系统平稳正常运行。外二次风自动逻辑：根据外二次风调节挡板远控和跟踪煤量的正比例对应关系制定出外二次风调节挡板与煤量的对应曲线图。如图3所示。

图3 外二次风挡板与煤量对应曲线图

2.2.2 内二次风优化调整

优化调整前，内二次风挡板均在手动固定模式，所有挡板开度均一样，开度为70%，固定配风方式不适应煤种和煤量的变化，对炉内燃烧组织不利，极易火焰飞边刷墙，煤粉燃烧不完全。

优化调整后，经调整试验得出，内二次风内轴向角度固定为45°内二次风挡板（就地调节刻度0°～90°手动可调）通过调节挡板大小来控制内二次风风量调整燃烧旋流强度、控制内回流区位置，推荐调整范围为30°～65°。

经优化调整结合实际炉况，得出燃用高挥发分煤种时应开大内二次风挡板，燃用低挥发发煤种时应关小内二次风挡板，目前该厂燃用的煤种基本为高挥发分烟煤，应开大内二次风挡板，由于控制低NOX内二次风挡板不得不关小至安全开度运行，应根据煤种实际确定挡板开度，经试验一般情况下燃用广汇时内二次风开度40°左右、燃用哈密时内二次风开度35°左右、燃用策克时内二次风开度30°左右。

2.2.3 内外二次风配合优化调整

内外二次风实际控制：因二次风从每层大风箱左右侧进风汇集，故中间风压稍高于两边，考虑到两边1号、4号燃烧器二次风不足防止燃煤未燃尽火焰刷墙，特意调整外二次风两侧燃烧器的挡板大于中间燃烧器的挡板，外内二次风实际控制如下。

外二次风两侧挡板投入自动开偏置为5%～10%，中间挡板自动偏置为-10%至-15%，但煤量较小时调整中间挡板自动偏置最小开度不小于30%运行。

内二次风控制，根据燃烧器旋向BCE 层:1/4 角小，2/3角大；AD层:1/4角大，2/3角小，因为内二次风挡板为就地手动调节。根据煤种和经验确定好挡板开度后一般运行不做调整。

内外二次风配比控制：根据上煤煤种发生变化较大时，观察燃烧情况恶化结焦和脱硝入口NOX失控等情况下，应及时调整外内二次风挡板。依据煤种结合实际燃烧调整内外二次风挡板，观察结焦、炉况参数、环保NOX等配比出更实用更经济的开度。

2.2.4 中心风门优化调整

优化调整前，中心风挡板开度全开，开大影响了主燃烧器区二次风需要量，影响内回流区缩短。

优化调整后，中心风的控制，能满足燃烧器火嘴冷却，防止燃烧器结焦和灰渣倒灌，加长内回流区面积，尽量关小中心风挡板（就地调节刻度0°～90°手动可调），建议开度30°～50°。

2.2.5 燃烬风优化调整

优化调整前，由于控制脱硝NOX生成，燃烬风开大，二次风箱风压降低，影响了主燃烧器区燃烧需要的氧量，对炉内燃烧组织不利，极易火焰飞边刷墙，煤粉燃烧不完全。

优化调整后，燃烬风的层挡板尽量在脱硝入口NOX可控制的范围内关小运行，层挡板保持在50%以下运行，机组加减负荷时防止大幅度操作后破坏二次风风箱风压。

2.2.6 二次风箱压力优化调整

优化调整前，由于燃烧器配风固化，导致主燃烧器区二次风包裹不住煤粉，造成煤粉燃不尽产生灰渣不完全热损失，其次燃烧不完全脱硝入口产生大量NOX,被迫开大燃烬风，拉低二次风箱风压甚至严重时为负压运行，加剧煤粉飞边刷墙现象，其次前后上下层燃烧器二次风风压无任何规定，炉内燃烧组织较差。

优化调整后，内外二次风合理配合后，二次风风箱压力主要由主燃烧器层挡板和燃烬风挡板配合控制。若脱硝入口NOX可控，尽量关小燃烬风来控制二次风风箱压力接近设计压力运行，严禁二次风箱负压运行。二次风层挡板起到对总风量分配到各层燃烧器作用，喷燃器停运后关闭层挡板至最小开度对喷燃器进行冷却，层挡板开度的变化可改变各层燃烧器的总体风量，经优化调整基本掌握层挡板配风要求，得出“上下有别、前后有别”的配风方式。

2.2.7 燃用煤种优化后调整对照表

经过燃烧优化调整，旋流燃烧器配风控制主要依据煤种变化，综合考虑锅炉结焦、锅炉各段烟温以及脱硝入口NOX变化进行及时调整，主要调整内外二次风挡板开度，根据实际燃烧情况讨论调整出合适的配比。

根据某电厂煤种采购和库存，350 MW 锅炉燃用设计煤种为哈密，掺烧煤种为广汇、策克居多，根据以上燃烧优化分项调整得出燃用广汇煤、哈密煤、策克煤相关内外二次风挡板配比，制定出350 MW锅炉燃烧调整参照表如表1所列。

表1 350MW锅炉燃烧调整参照表

2.3 旋流燃烧器优化控制后效果

2.3.1 低温再热器入口烟温（锅炉出口烟温）变化

机组高负荷（330 MW）同工况对比，趋势图是从2020 年6 月28 日至7 月26 日，其A 侧低再入口烟气温度降低10 ℃，B 侧低再入口烟气温度降低约18 ℃。低再入口烟温变化趋势如图4所示。

图4 低温再热器入口烟温变化图

2.3.2 减温水量变化

锅炉负荷同工况（330 MW）,趋势图是从2020年6 月29 日至7 月26 日,其B 侧过热器减温水门减小30%开度，过热器减温水量平均降低9.6 t/h，主要降低原因分析为水冷壁结焦减少其换热加强。A侧再热减温水门开度增大6%，再热器减温水量平均增大8 t/h。分析再热器减温水量增大的原因初步判断为低温再热器吸热量大。减温水调门开度变化趋势如图5所示。

图5 减温水门变化图

2.3.3 锅炉未完全燃烧热损失变化

锅炉未完全燃烧热损失明显降低，CO 含量、飞灰含碳量、大渣含碳量变化趋势如图6所示，统计试验期间锅炉飞灰、大渣含碳量数据，7 月份共进行4次化验监督，飞灰含碳量从调整前3.58%降低至0.43%，降低了3.15 个百分点，平均降幅约1.8%，大渣含碳量均在1%以下，无明显变化,锅炉效率提高0.8%；CO 含量日平均降低约300 mg/m³，锅炉效率提高0.1%。

图6 锅炉未完全燃烧热损失变化图

2.3.4 配风优化后锅炉炉况的改善

炉内燃烧稳定，火焰充满度均匀良好，未发现火焰偏移及炉温偏差过大现象，炉膛出口低再入口烟温较以前降低30～50 ℃，炉况大幅度改善，优化后锅炉水冷壁、过热器、再热器结焦挂焦积灰及冷灰斗滴焦堆焦蓬焦情况明显改善；有效降低了固体未完全热损失和灰渣热损失，受热面换热效率明显提高，提高了锅炉效率，保证锅炉长时间安全运行，锅炉接带大负荷能力大大提高。

优化内二次风挡板跟煤种、外二次风挡板投自动跟煤量后，锅炉在加减负荷过程中，脱硝入口NOX无大幅度波动，脱硝系统可控，喷氨调门长时间投自动可调。基本掌握了锅炉燃烧不同煤种时旋流燃烧器配风方式，解决了掺烧不同煤种的结焦问题。通过新加装水冷壁壁温8 个测点均控制在410 ℃以内运行，偏差控制在20 ℃以内，基本可以判断出锅炉水冷壁那个部位结焦挂焦。优化调整后水冷壁和冷灰斗基本无结焦现象。

3 结语

（1）通过燃烧优化调整总结出：内二次风随煤种变化而调整，外二次风跟踪煤量变化而调整，主燃烧器层挡板及燃尽风挡板随二次风箱压力和脱硝入口NOX调整。

（2）旋流燃烧器所有有关的二次风尽可能从燃烧器火嘴处进入，减少燃烬风和中心风比例，增大二次风风箱压力，保证各个燃烧器主燃烧区燃烧旋流强度和燃烧所需的氧量。

（3）内二次风控制:内二次风小与一次风混合晚，适合低挥发分煤种，内二次风量小延迟燃烧过程，降低火焰强度和温度，减小NOX的生成；内二次风大与一次风混合早，适合高挥发分煤种。内二次风挡板调整时应根据喷燃器旋向进行调整，向侧墙方向旋转的应关小，向炉膛中心方向旋转的应适当开大，细调原则实现“旋向有别、里外有别”的配风方式。

（4）外二次风控制：外二次风主要保证煤粉燃尽，在炉膛附近形成氧化气氛，防止锅炉结焦和高温腐蚀。外二次风挡板开度与磨煤机出力呈对应关系投自动进行调整，不仅能有效控制锅炉结焦，还对环保排放控制起着有效的作用。外二次风挡板根据实际燃烧需要应按两侧挡板开度大于中间开度，细调原则实现“外大里小、里外有别”的配风方式；燃烧器对应磨煤机停运后应全关外二次风挡板，使少量的冷却用二次风由内二次风喷口进入炉膛。

（5）层挡板及二次风箱风压控制：二次风风箱压力主要由主燃烧器层挡板和燃烬风挡板配合控制；若脱硝入口NOX可控，尽量关小燃烬风来建立二次风风箱压力靠设计压力运行，严禁二次风箱负压运行，喷燃器停运后，层挡板开度10%可维持正常冷却风量；后墙层二次风挡板开度应大于前墙层二次风挡板开度运行，下层二次风挡板开度应大于上层二次风挡板开度运行，实现“上下有别、前后有别”的配风方式。