660 MW四角切圆燃烧锅炉燃烧调整策略优化

姚永良，黎乃斌

(广东粤电大埔发电有限公司，广东 梅州 514000)

1 燃烧调整策略优化的背景

某电厂锅炉为660 MW超超临界参数变压直流炉，单炉膛Π型，设计煤种为淮南烟煤，以神华混煤和晋北烟煤作为校核煤种；燃烧方式采用摆动式四角切圆燃烧技术，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器，共设置六层煤粉喷嘴，自上而下分别为 A，B，C，D，E，F层煤粉喷嘴。

由于煤种供应的不稳定，致使实际入炉煤的各项指标长期偏离设计值，加上机组长时间参与电网调峰调频，炉内工况变化频繁以及部分炉膛吹灰器长时间处于故障状态等因素，导致锅炉在变负荷过程中(尤其当负荷在400 MW及以下时)，后墙水冷壁垂帘管/悬吊管段极易超温，同时A，B两侧分离器出口温度及A，B两侧过热蒸汽温度偏差增大，最大甚至超过30 ℃，大大降低了锅炉运行的可靠性。

2 燃烧调整策略优化的必要性

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 燃烧调整策略优化

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 结束语

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。