燃煤锅炉低氧燃烧技术试验研究.pdf

4 天津电力技术 2 0 0 5年第 4期 【 摘要】 【 关键词】 燃煤锅炉低氧燃烧技术试验研究 天津市电力科学研究院 孙龙彪 刘新利 陈 珑周义刚 沙威 天津军粮城发电厂 石瑞兴常雪梅 从理论上介绍了低氧燃烧的原理， 通过对燃煤锅炉燃烧运行现状的分析， 提 出实现低 氧燃烧的必要性。通过对 WG Z 6 7 0 t ／ h锅 炉的现场试 验， 以氧量的 变化控制 C O含量 的 增减， 寻求 2 含量与 C 0含量的关系曲线， 力争实现锅炉低氧燃烧， 最终达到燃烧优化 控 制 。 燃煤锅炉； 低氧燃烧 ； 试验研 究 1 前言 目前国内外大型火力发电厂燃煤锅炉 的燃烧优 化控制在一定程度上影响着整台锅炉甚至整台机组 的经济性和安全性 。为使锅炉燃烧工况得到最优化 控制 ， 国内外相关专业技术人 员 已相继致力于燃煤 锅炉低氧燃烧技术 的研究 。在前人取得一定经验的 基础上 ， 我们始终在进行锅炉低氧燃烧技术 的研究 与开发 ， 通过调研 、 多领域的中外技术交流及试验研 究等方式， 取得了显著的成绩。低氧燃烧技术是一 种新兴的燃烧优化技 术 ， 在我 国火力发 电厂燃煤锅 炉的应用条件 已 日趋 成熟 ， 对提 高 锅炉效率 ， 减少 N O 排放等具有更重要的社会效益 。 2 原理简介 目前国内大多燃煤锅炉燃烧状况 基本稳定 ， 但 维持炉膛出口过剩空气系数偏高 即送人炉内参加 热 损 失 燃烧的风量较大 ， 使炉内燃料始终处在富氧环境下 完成燃烧过程。过剩的氧量参加燃烧， 虽然使得机 械不完全燃烧损失 q 4 和化学不完全燃烧损失 t b 有所降低 ， 但 同时 由于烟气量较大而使锅炉排烟热 损失 已经处 在较高水平 ， 而使得锅炉 总损失 q 是在上升趋势。低氧燃烧技术实际是在相对稳定的 燃烧工况下 ， 降低炉膛出口过剩空气 系数 ， 使送人炉 内的氧量刚好能满足燃料的燃烧 ， 将炉膛出口过剩 空气系数控制在一个合理最优化值。当过剩空气系 数超过其优化 目标值时 ， 会 因排烟热损失的增加 而 降低锅炉效率； 当低于其优化目标值时， 又会因不完 全损失的增加而降低锅炉效率。如图 l 表明， 当不 完全燃烧损失和排烟热损失相等时， 锅炉效率达到 最高值。 排烟热损失 全燃烧损失 空气 低氧． ． 1 富氧 图 1 目前运行锅炉大多采用监测炉膛出口氧量来作 存在很多不确定因素。比如 氧量表的测试原理 、 测 为燃烧调整的依据 ， 但仅以氧量来控制燃烧效率会 量探头 的安装位置、 炉体漏风 、 燃 料变化等。因此 ， 维普资讯 2 0 0 5 年第 4 期 天津电力技术 5 仅用炉膛出口烟气氧量 的测量作为监控手段 ， 将很 难使过剩空气量达到最优水平。 经过大量试验研究发现， 在锅炉燃烧 过程 中烟 气中C O含量是控制燃烧效率的一个比较理想的参 数 。C o含量是 过 剩 空气 系数 的 函数 ， 即 H F a ” ； 而且它不会受到漏入空气的影响， 运行人员可 以利用 C o含量的反应灵敏， 来有效将氧量控制在 CO p p m 控制范围 ％ 图 2 3 燃煤锅炉运行现状 目前国内火电机组仍以燃煤锅炉居多， 都不同 程度存在着锅炉运行效率偏低， 发电煤耗偏高、 以及 厂用电率偏高的情况。现习惯运行方式可以总结 为 运行人员以安装在炉膛出口 一般在高省人 口／ 出口 的氧化锆氧量计为主要监视手段， 在保证锅炉 出力以及各蒸汽参数的前提下 ， 视燃烧状况而调节 吸送风机及给粉机控制燃烧 ， 而此时炉膛出口的氧 量一般维持在 45 ％ 甚至达到 67 ％ ， 而此时炉 膛内正在强富氧环境 下完成燃烧过程 ， 送入炉膛 的 风量远远大予燃料燃烧所需要 的实际风量。由予炉 内烟气量偏大， 烟气流速偏高， 会加剧对流受热面的 磨损， 并导致排烟温度升高， 炉效下降。 另外， 在此种运行工况下， 作为燃烧调整的重要 监测仪表氧化锫氧量计的可靠性成为我们关注 的问题。目前国内有多种型式氧化锆氧量计 ， 但都 不同程度存在问题， 比如 一次元件插入烟道深度、 测点附近烟气温度、 测点附近漏风情况以及表计本 身测量精度、 灵敏程度等， 都为运行人员的运行调整 带来困难， 不能将锅炉控制在燃烧效率最高的最佳 工作点。 由予传统运行方式以及运行观念未能得到根本 最优化水平。通过对各种燃料的对 比分析 ， 建立 C O 与 o 2 量关系曲线 如图2 。控制 C O含量最佳给定 值是用分解方法求 出的， 先通过计算 ， 大致得 出不完 全燃烧损失与排烟热 损失的盈亏平衡点 ， 然后通过 现场试验 ， 绘 出 C O含量与 0 2 含 量的关系 曲线 ， 直 线与曲线 的相 切点 即为 控制 C O含量 最佳 给定点 如图 3 。 C O p p m 图 3 的改变， 始终将氧量控制在一个较高水平， 造成吸、 送风机等辅机出力过高， 使得厂用电率在一定程度 上高居不下， 对机组运行经济性有很大的影响。 典型燃煤锅炉运行现状汇总 4 试验情况 鉴于上述分析研究 ， 我们在军粮城发电厂 6 7 0 t ／ h锅炉进行首次低氧燃烧试验。 4 ． 1 试 验 目的 通过运行调整， 逐渐降低风量， 以氧量的变化控 制 C O含量的增高， 寻求 0 2 含量与 C O含量的关系曲 ∞ ∞ ∞ ∞ 0 4 3 2 l 维普资讯 6 天津 电力技术 2 0 0 5年第 4期 线 ， 力争实现锅炉低氧燃烧 ， 最终达到燃烧优化控制。 4 ． 2 试验 负荷 机组负荷稳定在 1 8 0 M W。 4 ． 3 试 验 工况 1 原始工况 2 控制 C O含量在 1 0 0～ 5 0 0 p p m 1 0 3 控制 C o含量在 5 0 0 1 0 0 0 p p m 1 0 曲 4 控制 C O含量在 1 0 0 02 0 0 0 p p m 1 0 4 ． 4试验方 法 1 排烟温度测量采用合格热电偶， 经补偿 导线进入 I M P数采系统， 自 动采集。 2 炉膛出 口烟温测量采用合格热电偶 ， 经 补偿导线进人 I MP数采系统 ， 自动采集 。 3 炉膛 出 口氧量测 量就地采用 网格法取 样， 经烟气混合器进人烟气预处理装置， 采用合格 MC氧分析仪进入 I M P数采系统 ， 自动采集 。 4 尾部烟气成分测试就地采用网格法取 样， 经烟气混合器进人烟气预处理装置， 采用合格 T e s t o 烟气分析仪现场测试。 5 C O含量 测量就地采 用 网格 法取样 ， 经 烟气混合器进人烟气预处理装置， 采用合格 T e s to 烟 气分析仪现场测试。 6 主、 再热汽温等其它表计参数 由 D C S存储打 印。 7 采用就地测点收集原煤样品及飞灰样品。 4 ． 5 试验过 程 1 第一工况以原始运行状态为作为基准， 调整 完毕， 稳定 3 0 m i n 后开始测试。测试结果与先前常 规试验结果一致。 2 第二工况以降低风量为主要调整手段 ， 同时 监测炉膛出口氧量。当氧量表 由调前的 4 5 ％下 降到 2 ． 5 ％左右时， 尾部烟道开始出现 C O 。经过细 致调整， 将炉膛出 口氧量控制在 2 ％左右时， 参数 基 本稳定， C O含量基本维持在 3 0 0 5 0 0 p p m 1 0 I 6 。 调整过程中曾出现再热汽温降低， 由调前 5 4 0 o C 降 至 5 2 6 o C， 经过调整 ， 最终 回升 到 5 3 3 o C稳定。炉膛 负压始终保持正常 ， 燃烧情况 良好。 3 第三工况在上一工况基础上只做稍微调整 ， 氧量表由调前的 2 ％下降到 1 ． 3 ％左右时， 尾部烟道 C O瞬间骤增。经 过稳定 ， 将炉 膛 出 口氧量控 制在 1 ． 5 ％左右时。C O含量 基本稳定 在 1 0 0 02 0 0 0 p p m 1 0 。调整期间主／ 再 热汽 温正常 ， 炉膛负 压未 出 现大的波动 ， 燃烧状况、 火焰温度 同上一工况相 比变 i O 第四 工况只 作了 相当 小的 调 整， 0 2 及C O 波 动变大 ， O 2量 曾瞬 间 波动 到 “ 0 ” ， C O也在 1 0 0 0 4 0 0 0 p p m 1 0 I 6 剧烈波动 ， 但燃烧并未出现事先预想 的波动 ， 燃烧状况依 然 良好 ， 主汽温度正常 ， 再热气 温略有下降。 5 以上工况在调整过程 中， 由于锅炉送风量减 少 ， 锅炉系／ 送风机的 出力 相应 调整， 从吸／ 送风机电 流显示均呈下降趋势。 4 ． 6 试 验数 据 汇 总 序号 项 目 单位工况一工况二 工况三 工况四 吸送风机电量对 比 试验期间 D C S 参数曲线 维普资讯 2 0 0 5 年第 4 期 天津电力技术 7 4． 7试验 结论 1 本次试验通过降低风量， 控制炉膛出 17 1 氧 量， 提高了尾部 C O含量， 首次采用低氧燃烧技术在 6 7 0 t ／ h 锅炉实现低氧燃烧试验。 2 通过试验 ， 找到燃 烧调整 的两个重 要 临界 点 a 炉膛出口o 2 量从 4 5 ％降低到 2 ％出现第一 个临界点， 即 O ’ 降低约 5 0 ％时尾部开始出现 C O ； b 炉膛出17 1 o 2 量降低到 1 ． 3 ％左右时出现第二个 临界点， 即 O ， 和 c O开始出现大幅度波动。 3 从试验结果分析， 低氧燃烧过程中， 锅炉排 烟热损失 呈下降趋势， 不完全燃烧损失 q 3 q 4 略有上升 ， 排烟温度变化不明显 。 4 从吸送风机调整曲线看出， 风机功耗有所下 降。送风机下降幅度明显， 电流降低约 1 0 A ， 功耗下 降约 1 5 0 k W。 5 采用低氧燃烧， 炉内还原性气氛区域及防结 渣、 水冷壁高温腐蚀等技术尚需做深入细致的试验 研究。 5 实现低氧燃烧的手段 通过对试验过程及结果 的分析 我们可以看 出 实现低氧燃烧， 优化燃烧控制可以通过几个步骤逐 步完成 1 解决并加强燃烧控制参数的在线监测， 如风 速、 风粉浓度、 c O 、 O ’ 等参数的在线测量。 2 通过现场试验， 找出 C O与 O 2 的关系曲线， 寻求最佳控制值。 3 基于先进的神经网络技术， 建立多目标的动 态优化控制器， 智能优化调整 D C S 参数设定和控制 偏差， 最终实现锅炉燃烧优化控制。 6 结束语 军电首次低氧燃烧试验的成功， 使我们对深入 研究低氧燃烧技术有了一个好的起点， 对燃煤锅炉 传统 的运行方式提出了更新的概念。以满足燃烧需 要的实际风量完成燃烧过程 ， 既保证了主／ 再热蒸汽 参数， 又减少了锅炉排烟热损失， 对提高炉效， 节能 降耗以及降低 N O 排放都具有很实际的意义。 参考文献 [ 1 ] 电厂锅炉原理 西安交大， 南京工学院 热动 教研 室 [ 2 ] 锅炉燃烧设备 西安交大徐通模等 维普资讯