大容量機組鍋爐的燃燒優(yōu)化調(diào)整

大容量機組鍋爐的燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗2023/2/3王春昌

西安熱工研究院有限公司2014年08月08日主要內(nèi)容2023/2/31四、降低鍋爐排煙溫度的主要技術(shù)措施大容量機組鍋爐的燃燒效率高；煙煤鍋爐飛灰可燃物含量可控制在1%以下，固體不完全燃燒熱損失可控制在0.3%以下；大容量機組鍋爐的排煙溫度與設(shè)計值比較接近，鍋爐排煙熱損失與設(shè)計值接近，排煙熱損失在6%以下；大容量機組鍋爐的熱效率比較高，煙煤鍋爐的熱效率通常在94%以上；墻式燃燒方式鍋爐在大容量機組鍋爐中所占的比例較高，墻式鍋爐排放煙氣中的CO等可燃氣體比較高；其化學不完全熱損失對鍋爐熱效率的影響不可忽視；大容量機組鍋爐幾乎都采用了SOFA技術(shù)，煙煤鍋爐的NOx排放可控制在300mg/m3以下，大容量鍋爐NOx減排總費用小于小容量鍋爐；大容量機組鍋爐的高溫腐蝕、汽溫偏差、超溫爆管等問題是影響鍋爐安全運行的主要潛在風險；部分鍋爐存在著爐膛結(jié)渣的問題。2023/2/32一、大容量機組鍋爐低的運行現(xiàn)狀二、大容量鍋爐的主要特性2.1爐膛容積熱負荷及其影響（a）爐膛容積熱負荷

爐膛容積熱負荷qv是描述鍋爐結(jié)構(gòu)特性的一個非常重要的參數(shù)，其表達式如下：qv=B×Qner.ar/V（1）

式中B為燃煤量，V為爐膛容積，Qner.ar為入爐發(fā)熱量。（b)煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時間B×Qner.ar正比于煙氣流量，不同鍋爐的煙氣流量系數(shù)不同，用符號A表示，那么，煙氣量可表示為A×B×Qner.ar，爐膛容積V=a×b×h，因此，煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時間（s）為：s=h/（A×B×Qner.ar/a/b）=V/A×B×Qner.ar=1/A×qv

（2）由上式可見，qv可近似看作為煤粉顆粒在爐內(nèi)停留時間的倒數(shù)，qv選擇得越小，煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時間越長，越有利于煤粉氣流燃盡,有利于抑制低NOx燃燒技術(shù)對煤粉燃盡的影響。2023/2/33二、大容量鍋爐的主要特性2.2鍋爐容量與爐膛結(jié)構(gòu)特性

（a）鍋爐容量變化特性

將鍋爐的爐膛燃燒空間近似看作為一長方體的內(nèi)容積，其寬度為a，深度為b，高為h，

爐膛容積V=a×b×h，

爐內(nèi)的有效輻射面積F=2×（a+b）×h+2×a×b，

由此可得：F/V=2×（a+b）/（a×b）+2/h（3）

鍋爐容量變化特性:隨著鍋爐容量增加，a、b、h增加，爐膛的輻射受熱面與爐膛容積之比（即F/V）隨著鍋爐容量的增加而減小，這是由鍋爐的幾何特性所決定的。2023/2/34二、大容量鍋爐的主要特性（b）大容量鍋爐的爐膛容積熱負荷

現(xiàn)代鍋爐的爐膛出口煙氣溫度或屏式過熱器的底部煙氣溫度（后者不超過1380℃）趨于一致，爐膛水冷壁的吸熱及煙道的吸熱比例受此制約變化很小。由此限制及鍋爐容量變化特性的制約，大容量鍋爐的爐膛容積熱負荷qv比較小,煤粉氣流在爐內(nèi)的停留時間比較長。由鍋爐容量變化特性可見：隨著鍋爐容量等級的提高，qv呈下降規(guī)律；且鍋爐容量越大，爐膛容積熱負荷qv的值越小。在鍋爐設(shè)計中，qv是一個從屬于爐膛水冷壁吸熱的設(shè)計參數(shù)。人為選擇的余地很小。（c）大容量鍋爐的爐膛斷面熱負荷等鍋爐容量增加，爐膛斷面增加；但燃燒器功率增加、數(shù)量減少，因而爐膛斷面熱負荷qF與燃燒器區(qū)域熱負荷qvR等受鍋爐容量變化特性的影響比較小，可人為選擇。2023/2/35二、大容量鍋爐的主要特性（d）大容量鍋爐的爐膛火焰溫度水平

爐膛容積熱負荷qv的反映的是爐膛單位容積的放熱量，很顯然，爐膛容積熱負荷越大，爐膛的整體火焰水平越高。

大容量鍋爐的爐膛容積熱負荷qv相對小，有利于抑制燃料型與熱力型NOx生成。（e）大容量鍋爐的燃燒穩(wěn)定性等

爐膛斷面熱負荷qF與燃燒器區(qū)域熱負荷qvR越大，燃燒器區(qū)域火焰溫度水平越高，爐內(nèi)的燃燒穩(wěn)定性越好，爐內(nèi)的結(jié)渣與高溫腐蝕趨勢越強；鍋爐NOx排放相對越高；采用低NOx燃燒技術(shù)后，爐內(nèi)的結(jié)渣與高溫腐蝕趨勢將進一步加強。

大容量鍋爐的qF與qvR不受鍋爐容量變化特性的影響，但其燃燒器數(shù)量少功率大，其爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定性優(yōu)于中小容量鍋爐。2023/2/36二、大容量鍋爐的主要特性2.3大容量鍋爐與低NOx燃燒技術(shù)的適應(yīng)性

（a)鍋爐的NOx生成主要為燃料型NOx，但也有少量熱力型NOx生成，且均與火焰溫度相關(guān)。爐內(nèi)火焰溫度水平越高，燃料型與熱力型NOx生成越大。由此及鍋爐容量變化特性可見，qv低的大容量鍋爐的燃料型與熱力型型NOx生成相對較小。

(b)大容量鍋爐煤粉氣流有足夠的停留時間，這一特征能夠在很大程度上抵消低NOx燃燒技術(shù)對燃燒過程推遲的影響，因此，大容量鍋爐許可采用的空氣分級深度大于小容量鍋爐，且qv越小，低NOx燃燒技術(shù)采用的空氣分級深度可以越深，其低NOx效果越好，對飛灰可燃物的副作用也越小。(c)總之，鍋爐容量越大，爐膛容積熱負荷qv越小，其對低NOx燃燒技術(shù)的適應(yīng)性越強；反之亦然。2023/2/37二、大容量鍋爐的主要特性2.4大容量鍋爐的燃燒方式及特點電站鍋爐的燃燒方式以切圓燃燒方式、墻式燃燒方式為主，少量為拱式燃燒方式（即W火焰爐）。（a）切圓燃燒方式的特點是各個燃燒器的煤粉氣流噴射進入爐內(nèi)，并形成整體旋轉(zhuǎn)燃燒方式。該燃燒方式鍋爐以直流燃燒器與后期混合強烈為主要特征，有利于煤粉氣流的燃盡，缺點是煙道左右兩側(cè)煙氣溫度分布比較大，容易形成局部管壁超溫問題。（b）墻式燃燒方式的特點是各個旋流燃燒器煤粉氣流在爐內(nèi)“獨立”燃燒，煤粉氣流的后期期混合強烈比較差，煙道左右兩側(cè)煙氣溫度分布呈現(xiàn)“馬鞍型”，在理論上，煙氣溫度分布偏差可以控制得很小。（c）拱式燃燒方式的特點是各個燃燒器煤粉氣流在爐內(nèi)以平行向下噴射形成整體火焰為特點，煤粉氣流的后期期混合強烈比較差，煙道左右兩側(cè)煙氣溫度分布與燃燒投運方式相關(guān)，全部燃燒器投運時，在理論上，煙氣溫度分布偏差可以控制得很小。2023/2/38二、大容量鍋爐的主要特性2.5燃燒方式與低NOx燃燒技術(shù)的適應(yīng)性(a)切圓燃燒方式，從各個燃燒器噴口射入爐內(nèi)的氣流，不但自身之間有平行射流間的混合；更重要的是有整體旋轉(zhuǎn)氣流的擾動，促進了煤粉氣流之間、煤粉氣流與空氣之間的混合。其燃燒中后期的混合強烈的特點有利于焦碳顆粒及CO等還原性氣體的燃盡，有利于抑制低NOx燃燒技術(shù)對燃燒產(chǎn)物燃盡的不利影響。(b)墻式燃燒方式則不同，從旋流燃燒器噴射入爐內(nèi)的氣流相對非常獨立，其氣流只有平行射流間的相互混合，其燃燒中后期的混合比切圓燃燒鍋爐差的特點不利于焦碳顆粒及CO等還原性氣體的燃盡，不利于抑制低NOx燃燒技術(shù)對燃燒產(chǎn)物燃盡的不利影響。(c)拱式燃燒方式，無論其采用縫隙式燃燒器還是旋流燃燒器，其噴射入爐內(nèi)的氣流與墻式鍋爐相近，其氣流相對非常獨立，其氣流只有平行射流間的相互混合，其燃燒中后期的混合比切圓燃燒鍋爐差的特點不利于焦碳顆粒及CO等還原性氣體的燃盡，不利于抑制低NOx燃燒技術(shù)對燃燒產(chǎn)物燃盡的不利影響。2023/2/39二、大容量鍋爐的主要特性(d)不同燃燒方式的鍋爐，其SOFA噴射入爐內(nèi)的方式與其主燃燒器的噴射方式基本相同，由此可見，切圓燃燒方式鍋爐相對于其它2種燃燒方式鍋爐而言，對低NOx燃燒技術(shù)的適應(yīng)性較好，具體反映在對鍋爐固體不完全燃燒損失（即飛灰可燃物）以及化學不完全燃燒損失（即鍋爐排煙中的CO含量）的影響方面。(d)綜上所述，在一定的煤種條件及qv條件下，切圓燃燒方式鍋爐，采用低NOx燃燒技術(shù)對飛灰可燃物含量及CO含量的影響比較??；其它兩種燃燒方式的影響相對比較大。也就是說，切圓燃燒鍋爐比其它兩種燃燒方式更適應(yīng)于低NOx燃燒技術(shù)。2023/2/310二、大容量鍋爐的主要特性2.6燃燒器形式與低NOx燃燒技術(shù)(a)對于墻式燃燒鍋爐，不采用SOFA技術(shù)時，雙調(diào)風低NOx燃燒器形式等同于低NOx燃燒技術(shù)；采用SOFA技術(shù)時，雙調(diào)風低NOx燃燒器形式等為低NOx燃燒技術(shù)的重要組成部分，其作用相當于切圓燃燒鍋爐中的COFA作用。因此，其低NOx燃燒技術(shù)研究的重點是燃燒器技術(shù)與SOFA技術(shù)。

(b)對于切圓燃燒鍋爐，直流燃燒器對低NOx燃燒技術(shù)而言，其作用較小，可稱之為低NOx燃燒器的濃淡燃燒器，降低NOx作用不及CFS技術(shù)，更無法和COFA技術(shù)與SOFA技術(shù)相提并論。因此，其技術(shù)發(fā)展方向是OFA技術(shù)的合理應(yīng)用。(c)對于拱式燃燒鍋爐，由于著火過程比較晚，超出燃燒器的作用范圍，無論直流燃燒器或旋流燃燒器，對低NOx燃燒技術(shù)而言，其作用均比較小，降低NOx作用有限，因此，其技術(shù)技術(shù)發(fā)展方向是OFA技的合理應(yīng)用。2023/2/311三、大容量鍋爐存在的問題3.1大容量鍋爐的結(jié)渣與高溫腐蝕問題

3.1.1結(jié)渣與高溫腐蝕的新特點

爐膛的結(jié)渣與高溫腐蝕是電站燃煤鍋爐一直存在的老大難問題，隨著鍋爐容量和參數(shù)的不斷提高，這一問題呈現(xiàn)出了新的特點。

(a)在鍋爐容量較小及低NOx燃燒技術(shù)應(yīng)用之前，結(jié)渣問題是影響電站燃煤鍋爐安全運行的占據(jù)首位的老大難問題，煙煤鍋爐基本不出現(xiàn)高溫腐蝕問題，但卻多有結(jié)渣問題存在；部分低揮發(fā)分煤鍋爐因設(shè)置有衛(wèi)燃帶，結(jié)渣問題更嚴重，高溫腐蝕也非常普遍。

(b)鍋爐大容量高參數(shù)后，伴隨著低NOx燃燒技術(shù)的應(yīng)用，特別是以SOFA為代表的低NOx燃燒技術(shù)的廣泛應(yīng)用，燃煤鍋爐的結(jié)渣問題退居次位；發(fā)展迅猛的高溫腐蝕問題取而代之占據(jù)了首位。

(c)低NOx燃燒技術(shù)應(yīng)用之前，燃煤含硫量小于1%的鍋爐，發(fā)生高溫腐蝕的現(xiàn)象比較罕見；低NOx燃燒技術(shù)應(yīng)用之后，燃煤含硫量小于1%的鍋爐，高溫腐蝕問題已經(jīng)相當普遍，特別是SOFA技術(shù)應(yīng)用以后。2023/2/312三、大容量鍋爐存在的問題3.1.2大容量鍋爐的高溫腐蝕加重的原因

(a)隨著鍋爐容量及參數(shù)的提高，在水側(cè)，回熱系統(tǒng)的抽汽品質(zhì)及級數(shù)的增加，鍋爐給水溫度提高，燃燒器區(qū)域的水冷壁的管壁溫度隨之而提高，水冷壁管發(fā)生高溫腐蝕的概率隨之提高；在爐側(cè)，爐膛斷面熱負荷及燃燒器區(qū)域熱負荷并未降低。(b)隨著低NOx燃燒技術(shù)的普遍采用，在爐側(cè)，燃燒產(chǎn)物中的還原性氣氛增多，水冷壁的壁面氣氛呈還原性，且程度較強，部分區(qū)域的還原性氣氛中CO高達1-7%。

(c)與十幾年前相比，由于低NOx技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及節(jié)能的壓力，煤粉細度R90的控制值有不斷減小的趨勢，高揮發(fā)分煙煤的煤粉細度R90的控制值降低到20%左右，低揮發(fā)分煤的煤粉細度R90的控制值基本上都小于8%；這也是宏觀上電站大容量鍋爐結(jié)渣問題有所緩解的原因之一。綜合上述情況看。由于鍋爐大性化的發(fā)展及煤粉細度控制值的降低等原因，燃煤特性對爐膛結(jié)渣和高溫腐蝕的影響作用在減弱，鍋爐容量、參數(shù)等以及燃燒技術(shù)等對爐膛結(jié)渣和高溫腐蝕的影響作用則在增強。2023/2/313

三、大容量鍋爐存在的問題

3.2大容量鍋爐的化學不完全燃燒損失大容量鍋爐的化學不完全燃燒損失主要存在于墻式燃燒方式鍋爐；切圓燃燒方式鍋爐在運行氧量控制不當時也存在同樣的問題。

（a）燃燒器煤粉氣流的“獨立火炬”燃燒方式后期混合差是墻式燃燒鍋爐鍋爐排煙中CO等可燃物氣體含量較高的最本質(zhì)的原因

（b）雙調(diào)風低NOx燃燒器或OFA技術(shù)的應(yīng)用，是墻式燃燒鍋爐鍋爐排煙中CO等可燃物氣體含量較高的重要原因之一；

（c）各個燃燒器煤粉分配不均，導(dǎo)致燃燒過程氧量分配不均，局部產(chǎn)生嚴重缺氧燃燒狀況，是墻式燃燒鍋爐鍋爐排煙中局部區(qū)域CO等可燃物氣體含量較高的重要原因之一，制粉系統(tǒng)布置在鍋爐側(cè)面是這一問題加??；

結(jié)論：采用低NOx燃燒技術(shù)的現(xiàn)代大容量墻式燃燒鍋爐的排煙中CO等可燃物氣體含量較高的事實不容忽視，其造成的化學不完全燃燒熱損失在部分鍋爐中有可能大于化學不完全燃燒損失，國標中大于100MW容量的機組鍋爐化學不完全燃燒熱損失取為0的條款應(yīng)進行修正。2023/2/314

三、大容量鍋爐存在的問題

3.3大容量鍋爐的汽溫偏差問題大容量墻式燃燒方式鍋爐和切圓燃燒方式鍋爐均存在著左右兩側(cè)汽溫偏差的問題。（a）大容量切圓燃燒鍋爐的汽溫偏差主要由其整體旋轉(zhuǎn)氣流的殘余旋轉(zhuǎn)所造成的煙道流量分配不均、溫度場分配不均所引起的；各個燃燒器煤粉分配偏差所造成的爐膛斷面火焰溫度分布不均的問題，在部分鍋爐中可以部分抵消殘余旋轉(zhuǎn)的影響；使兩側(cè)汽溫偏差減??；在部分鍋爐中，與殘余旋轉(zhuǎn)的影響疊加，使汽溫偏差加大。

（b）大容量墻式燃燒鍋爐的汽溫偏差主要由其各個燃燒器煤粉分配不均所造成的爐膛斷面火焰溫度分布不均的問題，制粉系統(tǒng)布置在鍋爐側(cè)面同樣是這一問題加劇；在理論上，大容量墻式燃燒鍋爐的汽溫偏差可以控制得很??；在實際中，由于大容量鍋爐的寬度增加，每層燃燒器的數(shù)量增加，使爐膛兩側(cè)的入爐粉量偏差加大；同時也使燃燒調(diào)整難度增大，因而也很難完全消除汽溫偏差問題。

2023/2/315三、大容量鍋爐存在的問題3.4大容量鍋爐的局部管壁超溫及氧化皮問題大容量鍋爐的局部管壁超溫問題存在于各種燃燒方式的鍋爐中；管壁的局部超溫問題使氧化皮問題加重。（a）大容量鍋爐的爐膛內(nèi)的爐膛斷面火焰溫度分布不均的問題、煙氣溫度場分配不均等問題是引起爐膛水冷壁以及各高溫受熱面等的局部管壁超溫的主要原因之一。（b）燃燒產(chǎn)物沖刷局部水冷壁以及高質(zhì)量流速煙氣沖刷受熱面管壁，因?qū)α魑鼰嵩黾佣斐傻乃浔谝约案鞲邷厥軣崦娴鹊木植抗鼙诔瑴氐牟豢珊鲆暤闹饕蛑弧＃╟）鍋爐管材質(zhì)量、焊接質(zhì)量，安裝問題造成的汽水側(cè)質(zhì)量流速分配不均；或因氧化皮脫落而造成的汽水側(cè)質(zhì)量流速分配不均等原因是水冷壁以及各高溫受熱面等的局部管壁超溫的不可忽視的主要原因之一。

2023/2/316三、大容量鍋爐存在的問題3.5大容量鍋爐的汽溫偏低問題部分大容量鍋爐存在著汽溫偏低的問題。（a）大容量鍋爐的汽溫偏低問題主要由于設(shè)計問題、煤種變化問題、或中間點溫度控制低等問題所引起，其中受熱面設(shè)計不足的問題比較突出。

（b）造成大容量鍋爐的汽溫偏低問題的另一主要原因是兩側(cè)的汽溫偏差問題；一側(cè)超溫或需要投減溫水，另一側(cè)則達不到設(shè)計溫度值；從而使蒸汽平均溫度值達不到設(shè)計值。（c）造成大容量鍋爐的汽溫偏低問題的另一主要原因是管壁的局部超溫問題；由于管壁溫度的限制，只能控制在設(shè)計溫度值以下運行。2023/2/317三、大容量鍋爐存在的問題3.6大容量鍋爐的氧量及CO排放偏差的問題大容量鍋爐均存在著左右兩側(cè)排煙的氧量及CO偏差問題。（a）各個燃燒器煤粉分配偏差以及配風方式的相對均衡性所造成的爐膛斷面火焰溫度分布不均的同時，也造成爐膛斷面的氧量分布不均及CO不均問題，這種現(xiàn)象不僅使燃燒熱效率受到影響；同時也造成左右兩側(cè)排煙的氧量及CO偏差問題。

（b）在理論上，大容量墻式燃燒鍋爐的各個燃燒器的過量空氣系數(shù)可調(diào)整到一致，從而使氧量及CO偏差問題可以消除；但在實際中，一是無法做到一致；同時，各個燃燒器的過量空氣系數(shù)可調(diào)整到一致的情況下，爐膛斷面的火焰溫度分布不均的問題則可能突顯，兩者在調(diào)整時有可能相互制約。大容量切圓鍋爐則無法做到爐膛斷面的氧量場分布均勻，調(diào)整難度更大。2023/2/318三、大容量鍋爐存在的問題3.7大容量鍋爐低負荷下NOx排放增加的問題

（a）由于對流受熱面吸熱的需要，鍋爐運行控制氧量（爐膛出口過量空氣系數(shù)）隨著鍋爐運行負荷的降低而提高，這一規(guī)律是現(xiàn)代鍋爐非常明顯的一個運行特性，在此將其定義為鍋爐運行氧量特性。

（b）受鍋爐運行氧量特性的影響，鍋爐在低負荷下運行時，運行氧量明顯提高，在燃燒器區(qū)域，低NOx空氣分級燃燒技術(shù)所造成的缺氧程度隨著鍋爐運行氧量的提高而明顯減小，鍋爐的NOx生成及排放隨著鍋爐負荷的降低因此而隨之升高；另一方面，鍋爐負荷降低，燃燒器區(qū)域火焰溫度有所降低，鍋爐的NOx生成及排放隨之降低。但因燃燒器數(shù)量減少，燃燒器區(qū)域火焰溫度降低幅度較小，其作用小于氧量變化的影響。

（c）對于以SOFA為技術(shù)特征的低NOx空氣分級燃燒技術(shù)而言，鍋爐運行負荷越高，鍋爐的NOx排放越低，反之亦然。這表明，缺氧程度變化的影響大于火焰溫度變化的影響，這是鍋爐負荷對低NOx空氣分級燃燒技術(shù)在高負荷下適應(yīng)性優(yōu)于低負荷時的實質(zhì)所在。

2023/2/319三、大容量鍋爐存在的問題3.8脫硝設(shè)備對大容量鍋爐運行方式的影響

眾所周知，無論鍋爐容量大小，鍋爐的排煙溫度隨著隨著鍋爐運行負荷的而變化，隨著季節(jié)的變化而變化；這一特性與現(xiàn)代鍋爐非常脫硝設(shè)備的采用，對鍋爐的低負荷運行帶來了一定的影響。

（a）部分鍋爐由于未采用省煤器煙氣旁路、兩級省煤器技術(shù)等來保證脫硝設(shè)備的入口煙氣溫度，或采用上述技術(shù)的力度不夠，在運行中，為了保證脫硝設(shè)備入口的最低要求溫度，通常采用增加運行氧量的方式來提高煙氣溫度，這一運行措施不僅使鍋爐的排煙熱損失，使鍋爐的NOx排放增加，使鍋爐NOx減排的總費用大大增加；同時，也使鍋爐的燃燒穩(wěn)定性降低，運行安全性降低。

（b）脫硝設(shè)備的采用，使空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕加重，發(fā)生堵灰堵塞的概率增加。

2023/2/320三、大容量鍋爐存在的問題3.9大容量鍋爐的排煙溫度分布規(guī)律（a）受空氣預(yù)熱器旋轉(zhuǎn)特性的影響，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的排煙溫度從煙氣初始端到煙氣末端呈現(xiàn)逐步升高的分布規(guī)律。300MW機組鍋爐空氣預(yù)熱器出口兩端的煙氣溫差達20℃左右；600MW機組容量以上，鍋爐空氣預(yù)熱器出口初始端與末端排煙溫度相差30℃左右，個別鍋爐初始端與末端排煙溫度相差達到40℃。（b）煙氣初始端正是煙氣溫度與蓄熱板溫度均最低的地方，是低溫腐蝕堵灰首先發(fā)生的危險區(qū)域，預(yù)防空氣預(yù)熱器的低溫腐蝕堵灰關(guān)鍵是轉(zhuǎn)子在通過該區(qū)域時不發(fā)生低溫腐蝕堵灰。這就是說，初始端的排煙溫度必須高于低溫腐蝕堵灰的發(fā)生的臨界溫度。（c）初始端的排煙溫度高于低溫腐蝕堵灰的發(fā)生的臨界溫度是預(yù)防低溫腐蝕的代價；隨后的煙氣溫度升高對預(yù)防低溫腐蝕的作用不大，卻突然使鍋爐排煙損失增加。2023/2/321四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗的判別指標

判別指標應(yīng)兼顧機組的經(jīng)濟性以及鍋爐的安全性、經(jīng)濟性、環(huán)保性（a)鍋爐運行特性參數(shù)：

蒸汽溫度壓力等運行參數(shù)應(yīng)為或基本接近設(shè)計值；（b)鍋爐運行的安全性：

鍋爐低負荷下能夠穩(wěn)定燃燒、高負荷不產(chǎn)生影響安全運行的嚴重結(jié)渣，不出現(xiàn)管壁超溫問題及嚴重的高溫腐蝕問題；（c)鍋爐的經(jīng)濟性：

盡可能地提高鍋爐熱效率，化學不完全燃燒熱損失應(yīng)計入；（d)環(huán)保指標：脫硝設(shè)備入口NOx濃度應(yīng)納入判別指標；（e)綜合判別指標應(yīng)根據(jù)鍋爐實際情況以及環(huán)保政策等確定，即在安全運行的前提條件下，平衡鍋爐熱效率與環(huán)保指標、運行特性參數(shù)等指標，以求得電廠運營成本最低的最佳運行方式。2023/2/322四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例提高安全性的調(diào)整內(nèi)容與思路

影響大容量鍋爐運行安全性的主要問題是受熱面管壁超溫問題，其次為爐膛結(jié)渣與高溫腐蝕問題，燃燒不穩(wěn)問題相對較少。（a)解決燃燒不穩(wěn)的調(diào)整途徑燃燒不穩(wěn)與燃燒器區(qū)域熱負荷、燃燒器功率、燃燒器配風等以及運行氧量等有關(guān)，調(diào)整措施主要如下:

降低燃燒器區(qū)域運行氧量，提高爐膛與燃燒器區(qū)域熱負荷；

降低一次風速，增加火焰?zhèn)鞑崃康奈?，并與之達到平衡；

提高燃燒器功率，提高燃燒器抗干擾的能力；

二次風配風，適度減少燃燒器區(qū)域風量供給，提高該區(qū)域熱負荷。

2023/2/323四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例(b)解決或緩解高溫腐蝕與結(jié)渣程度的調(diào)整途徑影響爐膛結(jié)渣程度因素與燃燒不穩(wěn)的影響因素相同，但調(diào)整思路相反，常用的主要措施如下：

提高運行氧量，降低爐膛與燃燒器區(qū)域熱負荷及還原性氣氛；

降低燃燒器功率；平衡分布燃燒器區(qū)域的熱負荷，并降低之；

降低煤粉細度，減少燃燒顆粒沖刷水冷壁；

采用合理的二次風配風方式，降低局部高溫區(qū)；

合理適度地應(yīng)用低NOx燃燒技術(shù)，緩解高溫腐蝕與結(jié)渣。2023/2/324四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例（c)解決超溫問題的調(diào)整途徑大容量鍋爐的爐膛內(nèi)的爐膛斷面火焰溫度分布不均的問題、煙氣溫度場、質(zhì)量流量分配不均等問題是引起爐膛水冷壁以及各高溫受熱面等的局部管壁超溫的主要原因。這是常規(guī)調(diào)整手段無法解決的問題，需作為大容量鍋爐專項調(diào)整項目進行細致的調(diào)整。主要思路如下：

合理化配風，差異化配風，主導(dǎo)思想為：減少爐內(nèi)斷面的熱負荷分配偏差以及左右兩側(cè)煙道的煙氣能量分布偏差等；從調(diào)整理念是看，它有別于常規(guī)優(yōu)化調(diào)整試驗的宏觀調(diào)整，更多的是燃燒器配風方式上的精細化調(diào)整，以改善爐膛內(nèi)部的火焰斷面溫度分布、左右兩側(cè)煙氣流量與溫度分布為主要目的。

調(diào)整火焰中心位置，降低爐膛出口煙氣溫度。

2023/2/325四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例提高經(jīng)濟性的調(diào)整內(nèi)容與思路

影響鍋爐經(jīng)濟性的主要熱損失時排煙熱損失、固體不完全熱損失與化學不完全燃燒熱損失；影響機組經(jīng)濟性的主要為鍋爐的蒸汽參數(shù)。

（a)降低排煙熱損失的調(diào)整途徑排煙熱損失取決于排煙溫度與排煙氧量，主要調(diào)整手段為：

降低爐膛漏風：降低排煙溫度與氧量，干式排渣系統(tǒng)尤為重要；

降低運行氧量：降低排煙溫度與氧量，低負荷下潛力大；

在制粉系統(tǒng)摻冷風時，降低一次風率：降低排煙溫度；

高負荷運行時，降低火焰中心位置等的調(diào)整手段：降低排煙溫度；

機組低負荷運行時，采用增加運行氧量等方式以滿足脫硝設(shè)備運行要求的措施對排煙熱損失影響很大（排煙氧量與溫度均提高），建議采用提高火焰中心位置的方式來滿足脫硝設(shè)備運行要求。2023/2/326四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例(b)降低化學不完全燃燒熱損失的調(diào)整途徑化學不完全燃燒熱損失來源于煙氣中CO等氣體可燃物含量，應(yīng)作為大容量鍋爐的一項重點調(diào)整內(nèi)容，特別是墻式燃燒鍋爐與W火焰爐，主要調(diào)整手段為：

提高運行氧量，降低CO含量；

合理適度地應(yīng)用低NOx燃燒技術(shù)，降低CO等可燃氣體含量；

配風方式的合理化、差異化、精細化，從微觀上改善爐膛內(nèi)部的火焰斷面的氧量、CO分布偏差為主要目的，建議作為專項試驗進行研究，并逐步過渡為常規(guī)的調(diào)整內(nèi)容。

2023/2/327四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例(c)降低固體不完全燃燒熱損失的調(diào)整途徑鍋爐的固體不完全燃燒熱損失取決于飛灰、大渣可燃物含量。對于大容量鍋爐，這方面的潛力比較小，常用手段為：

提高運行氧量，降低飛灰可燃物含量，比較適宜高揮發(fā)分煤；

提高爐膛燃燒溫度；降低飛灰可燃物含量，比較適宜低揮發(fā)分煤；

降低煤粉細度，降低飛灰可燃物含量，適宜各種燃煤；

提高托底風動量，降低爐渣可燃物含量，適宜各種煤；

采用合理的二次風配風方式，降低飛灰可燃物含量，適宜各種煤；

適度地應(yīng)用低NOx燃燒技術(shù)，降低飛灰可燃物含量，適宜各種煤。2023/2/328四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例工程應(yīng)用案例

（a）某電廠2臺600MW新建機組鍋爐，燃用煤種為高揮發(fā)分煙煤，其無灰干燥基揮發(fā)分在35%左右，燃煤的含硫量小于1%。燃燒方式為墻式切圓燃燒，采用了包括SOFA風技術(shù)在內(nèi)的低NOx燃燒技術(shù)。鍋爐效率在93%左右，NOx排放可控制在300mg/m3左右。

（b）最大的問題：在機組過168小時后移交商業(yè)運行不到半年，燃燒器區(qū)域四面水冷壁大面積高溫腐蝕，為此，不得不在水冷壁表面噴涂防腐層以緩解其高溫腐蝕。

（c）這一案例可以作為大容量鍋爐水冷壁高溫腐蝕與燃煤含硫量相關(guān)性在減弱，與低NOx燃燒技術(shù)的相關(guān)性在加強的典型案例。2023/2/329四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例優(yōu)化調(diào)整案例1

（a）

某電廠2臺1000MW新建機組鍋爐，燃用煤種為高揮發(fā)分煙煤，其無灰干燥基揮發(fā)分在35%左右，燃煤的含硫量1%左右。燃燒方式為傳統(tǒng)的墻式燃燒。低NOx燃燒技術(shù)采用了雙調(diào)風低NOx燃燒器+SOFA技術(shù)。鍋爐效率可達93%以上，NOx排放在300mg/m3左右。（b）出現(xiàn)的問題：在機組投運商業(yè)運行不一年的時間，（1）燃燒器區(qū)域四面水冷壁大面積高溫腐蝕，（2）煙氣中CO含量比較高，局部點高達5000ppm。（c）高溫腐蝕通過噴涂預(yù)防；化學不完全燃燒損失通過各個燃燒器的精細化配風及運行總氧量的控制得到抑制，CO平均值低于200ppm，鍋爐熱效率提高到94%；但高負荷下，排煙中個別點的CO偶爾仍然會達到500ppm。2023/2/330四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例優(yōu)化調(diào)整案例2

（a）某電廠600MW機組褐煤鍋爐，其燃煤是無灰干燥基揮發(fā)分大于40%的褐煤，是最適應(yīng)低NOx燃燒技術(shù)的煤種之一。

（b）問題：在僅對燃燒器噴口進行改造后（采用了CFSⅠ技術(shù)，原有SOFA不動），在NOx排放量降低了不足100mg/m3的情況下，爐內(nèi)燃燒過程被明顯推遲，導(dǎo)致爐膛出口溫度升高、排煙溫度升高，屏式過熱器出現(xiàn)嚴重的結(jié)渣現(xiàn)象，且影響到鍋爐的安全運行。

（c）通過增加燃燒器區(qū)域運行氧量、改變配風方式以及將SOFA作為防結(jié)渣的冷卻風等調(diào)整措施，緩解了這一問題（并未解決，連續(xù)高負荷運行時仍然發(fā)生），且NOx排放水平又恢復(fù)到改造前的水平，鍋爐運行的經(jīng)濟性降低。（d）該案例是一例失敗的改造案例，它清楚地顯現(xiàn)了低NOx燃燒技術(shù)的負面作用（推遲燃燒）；后通過調(diào)整手段雖然解決了結(jié)渣的問題，但卻使鍋爐的熱效率降低。該案例提醒我們，燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗并不能解決鍋爐的所有問題，有時甚至是棄子保車，把好設(shè)計關(guān)非常重要。2023/2/331四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例優(yōu)化調(diào)整案例3

（a）某電廠600MW機組煙煤鍋爐，其燃煤是無灰干燥基揮發(fā)分大于35%，是最適應(yīng)低NOx燃燒技術(shù)的煤種之一。燃燒方式為四角切圓燃燒，采用了包括SOFA風技術(shù)在內(nèi)的低NOx燃燒技術(shù)。鍋爐效率在93%以上，NOx排放在300mg/m3左右。

（b）存在問題：機組投運后主再熱蒸汽溫度低，特別是再熱汽溫。

（c）運行調(diào)整：利用SOFA風量以及可以水平擺動的特點，通過SOFA風的擺角、風量調(diào)整及其它輔助調(diào)整措施，使主再熱蒸汽溫度達到了額定值。（d）SOFA在起到冷卻風作用或大部分為冷卻風時，使鍋爐蒸汽溫度降低；SOFA在全部參與燃燒或足夠量參與燃燒時，使爐膛火焰中心位置明顯提高，能夠明顯提高蒸汽參數(shù)。2023/2/332四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例優(yōu)化調(diào)整案例4

(a)某電廠煙煤鍋爐，機組容量350MW，鍋爐形式為墻式（前墻）燃燒方式，F(xiàn)W可控流量型雙調(diào)風低NOx燃燒器，

制粉系統(tǒng)為直吹式制粉系統(tǒng)。

(b)存在問題：再熱器部分管壁超溫嚴重，導(dǎo)致再熱蒸汽溫度只能維持在520℃左右。

(c)初步分析：鍋爐原有老大難問題，投產(chǎn)后一直存在，多方努力未果，解決問題的難度大，需進行診斷試驗查找原因。(d)進行診斷調(diào)整試驗，查找原因，最后將調(diào)整重點放在爐膛火焰溫度分布及煙溫能量分布偏差的精細化調(diào)整上。(e)試驗結(jié)論：爐膛火焰溫度分布及煙溫能量分布偏差是引起部分管壁超溫的主要原因，(f)調(diào)整效果：1）再熱蒸汽溫度達到540℃，2）鍋爐熱效率提高0.5%。2023/2/333四、大容量鍋爐調(diào)整思路與案例優(yōu)化調(diào)整案例5（a）高揮發(fā)分煙煤超臨界直流鍋爐,機組容量：660MW，

鍋爐形式：墻式燃燒方式，雙調(diào)風低NOx旋流燃燒器；制粉系統(tǒng)為直吹式制粉系統(tǒng)。（b）存在問題：鍋爐排煙溫度較高。（c）初步分析：設(shè)計存在問題，且制粉系統(tǒng)摻冷風比例較大。（d）制定試驗方案，進行調(diào)整試驗，重點放在氧量、減少制粉系統(tǒng)冷風等調(diào)整上。（e）調(diào)整效果：通過調(diào)整試驗；制粉系統(tǒng)摻冷風量減少，鍋爐排煙溫度降低5-8℃，排煙熱損失平均降低了0.3%以上，鍋爐熱效率提高0.5%（包含固體、化學不完全燃燒熱損失等）以上。2023/2/334五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想5.1SOFA技術(shù)存在的共性問題（a）共性問題1：

額定負荷下鍋爐的NOx排放比較低，低負荷下鍋爐的NOx排放比較高，比如，某臺鍋爐額定負荷下，NOx排放在300mg/m3左右，低負荷下通常達到400mg/m3左右或更高。原因分析：

由于對流受熱面吸熱緣故，低負荷下運行氧量高于高負荷及額定負荷工況，且其影響程度大于火焰溫度變化的影響。這是SOFA技術(shù)對低負荷適應(yīng)差的實質(zhì)所在。2023/2/335五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想5.1SOFA技術(shù)存在的共性問題（b）共性問題2和3：

高溫腐蝕問題和燃燒空間不足的問題。該兩問題在所有容量鍋爐上都存在，前者與鍋爐容量關(guān)系較??；后者與鍋爐容量關(guān)系較大，大容量鍋爐對飛灰可燃物含量的影響比較小，小容量鍋爐對飛灰可燃物含量的影響比較大。原因分析：

由于SOFA的緣故，造成主燃燒器區(qū)域缺氧燃燒及燃燒高度不夠的問題。

2023/2/336五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想2023/2/3375.2水平分體OFA技術(shù)的工程設(shè)想五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想（a）水平分體OFA技術(shù)的優(yōu)勢只控制燃燒初期的NOx生成過程，與SOFA結(jié)合使用時，在獲得相同的NOx排放的條件下，SOFA的風率可設(shè)計得相對比較小，即主燃燒器過量空氣系數(shù)無需設(shè)計得過低，有利于煤粉的燃盡；單獨應(yīng)用時（不設(shè)置SOFA），水平分級程度優(yōu)于同時CFS1或CFS2，有利于降低NOx生成；且可節(jié)省燃燒空間，有利于煤粉的燃盡；二次風同切圓噴射入爐膛，避免了現(xiàn)有CFS1容易導(dǎo)致切圓過大的問題，有利于緩解爐膛結(jié)渣和高溫腐蝕；二次風同切圓噴射入爐膛，形成真正的風包粉形式，有利于緩解爐內(nèi)的高溫腐蝕。（b）水平分體OFA技術(shù)的劣勢劣勢1，在與SOFA結(jié)合使用時，高溫腐蝕等副作用仍然有可能存在；單獨使用時，低NOx效果不如SOFA技術(shù)；劣勢2改造工程相對復(fù)雜，投資相對增加。2023/2/338五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想5.3大容量鍋爐的可調(diào)雙分級燃燒低NOx燃燒技術(shù)的工程設(shè)想2023/2/339SOFA（OFA）R-BFburner五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想5.3.1可調(diào)雙分級燃燒低NOx燃燒技術(shù)的運行方式（a）高負荷運行：再燃燃料噴口退出運行，爐內(nèi)的燃燒方式為空氣分級燃燒方式；最上層燃盡風噴口即為SOFA噴口；其效果與目前的SOFA技術(shù)相同。（b）低負荷運行：再燃燃料噴口投入運行，爐內(nèi)的燃燒方式為燃料分級燃燒方式；最上層燃盡風噴口為與再燃燃料噴口匹配的OFA噴口。投入再燃燃料后，爐膛出口溫度提高。蒸汽參數(shù)能夠保證，可降低入爐風量即爐膛出口過量系數(shù)，這樣，爐內(nèi)不僅有燃料分級技術(shù)還原燃燒區(qū)產(chǎn)生的NOx，同時，低氧運行（第一代低NOx燃燒技術(shù)）也抑制了燃燒初期的NOx生成，不僅可以降低NOx生成；同時，排煙溫度有所升高，有利于脫硝設(shè)備的投運。

（c）入爐風量的大幅度降低主要大于排煙溫度升高的影響，鍋爐排煙損失也得到降低。2023/2/340五、大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的新設(shè)想5.3.2可調(diào)雙分級燃燒低NOx燃燒技術(shù)的實施（a）現(xiàn)役機組改造：選擇一臺磨煤機供給再燃燃料噴口（有備用磨時），也可通過三通作為用一臺磨分別供給主燃燒器噴口與再燃燃料噴口（無備用磨時），在高負荷運行時，該臺磨供給主燃燒器燃料，再燃燃料噴口退出運行；在低負荷運行時，該臺磨供給再燃燃料噴口，主燃燒器噴口退出運行；從而實現(xiàn)爐內(nèi)的燃燒方式的調(diào)整。（b）新建機組：選擇一或兩臺磨煤機供給再燃燃料噴口（作為備用磨時）的專用磨煤機，其它臺磨分別供給主燃燒器噴口（能夠帶滿負荷），在高負荷運行時，專用磨停運，再燃燃料噴口退出運行；在低負荷運行時，專用磨投入運行，再燃燃料噴口噴口投入運行，從而實現(xiàn)爐內(nèi)的燃燒方式的調(diào)整。2023/2/341六、脫硝技術(shù)入口的NOx燃濃度控制6.1國家標準與NOx減排技術(shù)（a）國家對電站鍋爐的NOx排放標準越來越嚴厲：燃煤鍋爐的NOx排放值不久將按100mg/Nm3，按此標準，單獨采用低NOx空氣分級燃燒技術(shù)已無法滿國家足標準要求，同時采用低NOx空氣分級燃燒技術(shù)與爐內(nèi)脫硝技術(shù)依然很難滿國家足標準要求，單獨采用煙氣脫硝技術(shù)，鍋爐能夠滿國家足標準要求；同時采用低NOx空氣分級燃燒技術(shù)與煙氣脫硝技術(shù)更能夠滿足滿國家足標準要求。從滿足國家標準要求看，鍋爐NO減排應(yīng)采用低NOx空氣分級燃燒技術(shù)與煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合的路線。（b）低NOx空氣分級燃燒技術(shù)在投資與運行費用方面具有一定的優(yōu)勢，與煙氣脫硝設(shè)備結(jié)合使用能夠降低NOx減排的總費用。從節(jié)約運行與投資費用方面看，鍋爐NO減排應(yīng)采用低NOx空氣分級燃燒技術(shù)與煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合的路線。2023/2/342六、脫硝技術(shù)入口的NOx燃濃度控制6.2兩種技術(shù)的運行費用比較

（a）低NOx燃燒技術(shù)間接運行費用概算：燃煤價1000元/噸煤（0.1分/g煤），機組供電煤耗300g/kw.h，低NOx燃燒技術(shù)造成的熱損失為0.2%鍋爐熱效率時，每度電增加運行費用：0.06分/g/kw.h；0.4%——0.12分/g/kw.h……（b）脫硝設(shè)備：脫硝設(shè)備為2+1時，NOx排放量降低150mg/m3，每度電增加運行費用大約也為0.06分/g/kw.h（按3000元/噸）；NOx排放量降低300mg/m3，每度電增加運行費用大約為0.12分/g/kw.h……（c）低NOx燃燒技術(shù)的間接運行費用已經(jīng)與脫硝設(shè)備的直接運行費用基本上已處在同一數(shù)量級。在此種情況下，過度追求低NOx空氣分級燃燒技術(shù)的低NOx效果，將會使低NOx空氣分級燃燒技術(shù)的運行費用大于煙氣脫硝技術(shù)的直接運行費用。2023/2/343六、脫硝技術(shù)入口的NOx燃濃度控制6.3不同煤種的間接運行費用比較

（a）

以NOx排放量降低300mg/m3計算，高揮發(fā)分大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的各項熱損失可控制在0.2%以內(nèi)，其間接運行費用小于脫硝設(shè)備的直接運行費用；低揮發(fā)分小容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的各項熱損失可很難控制在0.4%以內(nèi)，其間接運行費用與脫硝設(shè)備的直接運行費用相當，甚至大于后者；（b）以NOx排放量降低500mg/m3計算，高揮發(fā)分大容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的各項熱損失可控制在0.5%以內(nèi)，其間接運行費用小于脫硝設(shè)備的直接運行費用；低揮發(fā)分小容量鍋爐低NOx燃燒技術(shù)的各項熱損失可很難控制在0.8%以內(nèi)，其間接運行費用很有可能于大脫硝設(shè)備的直接運行費用；（c）低NOx燃燒技術(shù)造成的各項熱損失超過0.8%鍋爐熱效率，其間接運行費用大于脫硝設(shè)備的直接運行費用。2023/2/344六、脫硝技術(shù)入口的NOx燃濃度控制6.4脫硝設(shè)備最佳入口NOx濃度（a）

低NOx燃燒技術(shù)的間接運行費用隨著NOx減排量的增加而增加，且降低300mg/m3中的每100mg/m3的間接費用不同，后邊的100mg/m3費用通常大于其前的100mg/m3，這就是說；每增加100mg/m3的NOx減排量，其折算到100mg/m3的費用都是相對增加的。（b）脫硝設(shè)備的NOx減排量幾乎與運行費用成正比，且降低的NOx幅度越大，其直接成本越低（脫硝效率隨催化劑級數(shù)的增加而效率增加）。（c）低NOx燃燒技術(shù)造成的間接運行費用與脫硝設(shè)備的直接運行費用處于同一級別，且費用的增加特性不同，因此，脫硝設(shè)備入口存在一個最佳NOx濃度，在該濃度下，NOx減排的總費用最小。2023/2/345六、脫硝技術(shù)入口的NOx燃濃度控制6.5脫硝設(shè)備最佳入口NOx濃度的