1、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉225600MW“W”型火焰锅炉燃烧优化调整范焕霞 武旭升（大唐阳城发电有限责任公司 山西 晋城 048102）【摘 要】大唐阳城发电有限责任公司 2600MW 机组投产后，两台锅炉都暴露出减温水量偏大、排烟温度偏高、低负荷时再热蒸汽温度偏低、运行经济性较差等问题，尤其是#8 机组锅炉效率一直在 8889%之间，发电原煤耗比#7 机组高出 2030g/kwh。针对两台锅炉运行中存在问题，2008 年我公司对两台锅炉进行多次燃烧优化调整试验，取得了很好的效果，机组发电原煤耗降低了 20g/kwh 以上，供电标煤耗比 2007 年降低了
2、15g/kwh。【关键词】600MW“W ”型火焰锅炉 燃烧 优化调整0 引言“”型火焰技术是专门为燃用无烟煤而发展起来的。它的前身是“U”型火焰技术，随着锅炉容量的增大，发展成双“U”型，即为“”型火焰技术。它首先是解决低挥发份煤粉的着火及稳燃，其次是减少未燃烬碳损失。我国东方锅炉（集团）股份有限公司率先引进美国福斯特惠勒能源公司（FW）技术，设计制造了首台国产 600MW“”型火焰亚临界汽包锅炉（安装在湖南金竹山电厂） 。我公司 2600MW 机组锅炉是东方锅炉（集团）股份有限公司生产的该型号锅炉的第七、第八台。1 锅炉设备及运行状况简介1.1 锅炉型式及主要参数大唐阳城发电有限责任公司
3、2600MW 机组锅炉型号为 DG2060/17.63，型式为亚临界、一次中间再热、双拱形单炉膛、 “W”型火焰、平衡通风、固态排渣、露天布置、自然循环汽包型燃煤锅炉，其主要设计参数如下：项目 单位 BMCR THA过热蒸汽流量 t/h 2060 1834.66过热蒸汽出口压力 Mpa(a) 17.6 17.41过热蒸汽出口温度 541.0 541.0再热蒸汽进/出口压力 Mpa(a) 3.90/3.72 3.50/3.34再热蒸汽进/出口温度 324.6/541.0 313.2/541.0锅炉效率 % 91.34 91.661.2 燃料特性设计煤种为晋东南无烟煤，是极难研磨、极难着火、极难燃
4、烬的煤种，其主要特性如下：全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉226项目 符号 单位 设计煤种 校核煤种收到基碳 Car % 66.96 62.00收到基氢 Har % 2.17 2.07收到基氧 Oar % 1.54 1.93收到基氮 Nar % 0.89 0.91元素分析收到基全硫 St,ar % 0.45 0.39收到基灰份 Aar % 19.09 24.7收到基水份 Mt % 8.9 8.0空气干燥基水份 Mad % 3.89 3.86工业分析干燥无灰基挥发份 Vdaf % 7.14 7.91收到基低位发热量 Qnet,ar KJ/Kg 24210 22380可
5、磨系数 HGI - 38 36煤粉气流着火温度 IT 444 4461.3 燃烧设备锅炉配备 6 台上海重型机器厂生产的 BBD4760 双进双出钢球磨正压直吹式制粉系统，每台磨的煤粉被均匀的送到六个煤粉燃烧器。锅炉主要燃烧设备是由煤粉燃烧器、二次风箱、油枪及各风门挡板组成，36 个煤粉燃烧器错列有序的布置在下炉膛的前后墙炉拱上，各燃烧器位置如图。D1 E1 F1 D2 E2 F2 D3 E3 F3 A3 B3 C3 A2 B2 C2 A1 B1 C1C4 B4 A4 C5 B5 A5 C6 B6 A6 F6 E6 D6 F5 E5 D5 F4 E4 D41.4 煤粉燃烧器煤粉燃烧器是双旋风筒
6、旋风分离式，每个煤粉燃烧器是由 1 个格条箱分配器、2 个旋燃器本体、2 个煤粉喷嘴、2 个乏气挡板、2 个消旋叶片组成。其结构示意图：全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉227每个燃烧器所需二次风均来自布置在锅炉前后墙上的环形二次风箱，分别从拱上和拱下不同风口进入炉膛。风箱内用隔板将每个燃烧器隔为一个独立的单元，便于单独调节。每个单元又分为 6个风箱，由不同的挡板（A、B、C、D、E、F）来控制风量。A、B、C 挡板控制拱上环形二次风，D、E、F 挡板控制拱下二次风。其中挡板 A（手动）控制乏气喷嘴及主火检的冷却风，挡板 B（手动）调节煤粉喷口周界风，用于调整煤粉气流
7、的穿透力及冷却喷口，挡板 C（电动）控制点火油枪及油火检的冷却风。燃烧所需大量的二次风是拱下各风口进入炉膛的，共分三层，风量呈阶梯状，F 挡板的进风量最大，拱下二次风量占总二次风量的 65%。2 锅炉制粉系统优化调整对于配备直吹式制粉系统的电站锅炉来说，制粉系统运行状况的好坏将直接影响锅炉燃烧的稳定性和经济性，所以首先对制粉系统进行优化调整，制粉系统优化调整内容包括：一次风调平试验、磨煤机煤粉细度调整试验。2.1 一次风调平试验一次风热态调平试验是在冷态调平的基础上，通过调节磨出口煤粉管道上的缩孔，使一台磨所对应的六根煤粉管出力尽可能相同，为一台磨对应的六个燃烧器运行中热负荷相同打下基础。试验
8、方法是：锅炉正常运行，试验磨煤机在 80%以上出力，采用标准测速管实测各台磨煤机出口六根粉管风速，根据测量结果，调整可调缩孔。在试验中发现 A、C、E、F 四台磨煤机出口一次风量偏差较大，对这四台磨煤机出口一次风的可调缩孔进行了较大幅度调整，而 B、D 磨煤机出口一次风量偏差较小，基本在合理范围，所以未做调整。经过调整，同台磨煤机出口管风量偏差均5，符合要求。 2.2 磨煤机出粉细度调整试验由于晋东南无烟煤为极难着火、极难燃烬煤种，同时非常难磨（哈氏可磨系数 HGI 仅为3638） ，因此合适的煤粉细度和合理的煤粉均匀性对于煤的着火和燃烬至关重要。煤粉细度试验就是根据磨出口煤粉细度情况，调整磨
9、煤机钢球装载量和磨出口分离器挡板开度，使磨在额定出力下煤粉细度尽可能的达到设计要求。具体试验过程：首先是对每台磨的煤粉细度进行取样分析，然全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉228后根据磨煤机出力及煤粉细度情况，进行加装钢球和磨出口分离器挡板的优化调整，试验数据如下：磨煤粉细度（R 90）取样结果（调整前）项目 A B C D E F磨电流 A 125 126 125 124 125 126磨出力 t/h 41.6 43.1 43.7 40.6 42.3 42.0分离器挡板开度 格 3 3 3 3 3 3非驱动端（A）8.03 11.51 10.35 10.35 9.1
10、9 8.41细度 驱动端（B）6.27 8.94 8.28 7.89 9.32 9.78磨煤粉细度（R 90）取样结果（调整后）项目 A B C D E F磨电流 A 129 129 127 128 128 128磨出力 t/h 42.6 42.0 42.3 41.8 41.0 41.6分离器挡板开度 格 4 4 4 4 4 4加装钢球量 t 3 3 3 3 3 3非驱动(A) 12.25 5.19 6.13 3.85 6.41 3.52细度 驱动端(B) 6.14 4.32 5.01 5.89 4.16 3.94备 注1. 磨出口分离器挡板共有 6 格（格数越大，表示其开度越小，相应出粉越细
11、）2. 加装 3 吨钢球量大小球为：50mm2 吨，30mm1 吨由实验数据可以看出：调整前每台磨电流和煤粉细度偏差较大，且达不到设计要求（R 906%） 。实验后经加装钢球和分离器挡板优化调整后，磨电流增加到 127129 以上，每台磨煤粉细度基本达到了设计要求。A 磨煤粉细度在加装钢球和对分离器挡板调整后，两端偏差仍然很大，后在#8 机组大修时对 A磨进行彻底检修，启动后运行情况良好。3 锅炉燃烧工况优化调整“W”型火焰锅炉在运行中进行燃烧调整的手段比较多，主要有所有二次风挡板、磨出口分离器挡板、燃烧器的消旋叶片、二次风量等。任意改变其中一个，都会对锅炉燃烧产生影响。为将锅炉燃烧调整至最佳
12、状态，我们逐一采用不同手段，试验其对锅炉燃烧的影响。3.1 试验煤质取样时间 项目 Mad % Mar % Aar % Var % Vdar % Car % Qnet.ar kj/kg6 月 19 日 预备工况13.66 7.90 20.94 9.55 10.37 60.37 237806 月 28 日 - 3.74 10.40 20.66 9.71 10.83 58.48 23010全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉2296 月 30 日 预备工况23.96 11.00 22.21 9.88 11.10 56.24 221607 月 1 日 工况 2 3.05 9.
13、20 25.83 10.49 11.55 55.40 211507 月 1 日中午工况 3 2.57 8.80 33.63 11.84 12.98 48.23 211507 月 1 日下午工况 4 4.67 9.60 22.77 9.72 10.75 57.70 222807 月 2 日 工况 5 3.29 9.60 22.77 9.72 10.75 57.70 224707 月 2 日 工况 6 3.29 9.60 22.77 9.72 10.75 57.70 224707 月 3 日 工况 7 2.91 9.40 20.85 9.69 10.69 59.94 234307 月 3 日 工况
14、 8 2.91 9.40 20.85 9.69 10.69 59.94 234307 月 3 日下午工况 9 2.52 8.30 26.52 10.18 11.10 55.89 215207 月 4 日上午工况 10 2.14 8.30 34.73 12.03 13.12 47.79 179007 月 4 日中午工况 11 1.83 9.06 22.08 10.64 11.70 59.33 228167 月 4 日中午工况 12 1.83 9.06 22.08 10.64 11.70 59.33 228167 月 5 日 工况 13 2.29 10.70 21.32 9.67 10.83 58
15、.80 225427 月 7 日上午工况 14 2.41 9.80 19.83 9.32 10.33 61.15 235607 月 7 日下午工况 15 3.04 10.80 19.18 9.42 10.56 60.20 233907 月 7 日下午工况 16 3.04 10.80 19.18 9.42 10.56 60.20 233907 月 9 日下午工况 17 2.84 9.00 16.64 9.06 9.95 64.63 249207 月 10 日上午工况 18 2.73 9.50 21.34 8.74 9.66 60.25 231307 月 10 日下午工况 19 3.13 9.10
16、 17.31 8.28 9.11 64.30 250007 月 11 日下午工况 20 2.75 9.90 25.50 8.76 9.72 56.09 213103.2 实验结果名称 负荷 减温水量排烟温度空预入口氧量氧量韩氧量飞灰含碳量炉渣含碳量锅炉效率工况说明单位 MW t/h % % % %预备工况 1586.7 224.9 137.5 1.21 15.96 2.53 88.44 制粉系统优化前-预备工况 2584.4 228.4 144.0 1.24 10.34 2.69 89.99 制粉系统优化后工况 2 585.2 194.2 132.3 1.54 8.82 2.46 90.79
17、乏气 25%试验工况 3 585 243.2 139.5 1.37 9.53 2.32 90.56 乏气 25/50%试验工况 4 584.5 230.4 143.6 1.23 9.20 11.11 90.76 乏气 0%试验工况 5 579.3 210.3 142.4 1.04 12.18 4.61 89.75 DE 挡板 30/20%工况 6 579.8 191.2 146.5 0.68 11.11 3.46 90.59 DE 挡板 10%试验工况 7 579.4 226.3 141.0 1.28 7.33 2.16 92.20 同上 580 MW 试验工况 8 552.2 189.7 1
18、46.8 1.18 6.39 5.40 91.59 C 挡板 25/30%试验工况 9 546.8 243.7 150.9 1.67 7.63 7.88 90.14 C 挡板 60%试验工况 10 582.5 196.3 146.0 1.07 9.91 5.81 87.47 F 平均 30%试验工况 11 549.8 194.1 142.7 1.59 10.46 2.63 90.61 F 平均 35%试验工况 12 552.9 191.3 139.7 1.91 8.63 3.31 91.06 F 平均 25%试验工况 13 550.5 201.5 137.1 1.78 5.48 3.27 92
19、.68 A 挡板 50%试验全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉230工况 14 580.6 219.1 134.0 0.68 8.77 4.32 91.95 F 30%/580 试验工况 15 553.1 194.2 134.2 1.10 8.63 4.50 92.01 消旋叶片 4 格试验工况 16 547.1 185.4 135.5 0.80 10.66 1.74 91.82 消旋叶片 1 格试验工况 17 552 230.1 135.2 1.24 8.26 3.14 92.63 分离器挡板 3.5 格试验工况 18 582.3 181.5 137.0 1.22
20、14.15 21.75 88.93 分离器挡板 4.0 格试验工况 19 547.4 230.3 141.6 1.87 8.74 1.59 92.19 改变二次风量442m3/s工况 20 566.1 173.9 138.3 1.14 11.31 12.29 89.13 停B2、C5、D1、D4燃烧器备注 1. 预备 1 工况和预备 2 工况是制粉系统优化前后的比较，随后各种工况也是在制粉系统优化后的基础上作的实验；2.做实验前各格挡板位置：AB 挡板 100%，C 挡板 8%，DE 挡板 25-30%，F 挡板平均 30%，乏气挡板0%，消旋叶片 2 格；3. 飞灰含碳量为撞击式飞灰取样分析
21、结果乘以 0.85 修正系数得到。3.3 试验结果（1）比较预备工况 1 和预备工况 2，可以看出：前期制粉燃烧优化（包括一次风量调平和煤粉细度调整） ，在一定程度上改善了锅炉运行工况，但飞灰含碳量仍然较大，经济性偏低。（2）改变乏气挡板工况 2 是在预备工况 2 的基础上将乏气挡板由 0%开大到 25%，工况 3 是在工况 2 的基础上将靠近炉墙部分燃烧器的乏气挡板继续开大至 50%，工况 4 是将乏气挡板恢复到 0%。从试验结果可以看出：全关乏气挡板，锅炉飞灰和炉渣含碳量均升高，分析原因可能是火焰过于下冲，导致炉渣含碳量升高，同时由于初期燃烧不理想，导致难以燃烬。但乏气挡板开度过大，也将导
22、致减温水量和排烟温度有所升高，再热器管壁温度也随之升高。综合比较和分析，决定将乏气挡板优化后的位置固定在 25%左右（以后试验保持不变） 。（3）改变 D、E 挡板工况 5 是 D、E 挡板依据经验置于 2530%左右，工况 6 是根据晋东南无烟煤后期非常难以燃烬的特点，关小 D、E 挡板至 10%。目的一是增加拱上风即燃烧初期风量，二是降低火焰中心，有效延长煤粉燃烬时间。试验结果表明：关小 D、E 挡板，燃烧工况得到进一步的优化，锅炉效率有所提高，最终确定D、E 挡板优化后的位置固定在 10%左右（以后试验保持不变） 。（4）改变 C 挡板工况 8 是 C 挡板中部 30%其余 25%，工况
23、 9 是 C 挡板继续开大至 60%，工况 11 是 C 挡板 0%。试验结果表明：随着 C 挡板的开大，观察锅炉煤耗有所增加，减温水量有所下降，再热器管壁温度有所下降，但 C 挡板开度过大时，飞灰和炉渣含碳量明显升高，减温水量也有所增加，分析原因主要是因为 C 挡板开度过大，风量增加，从而减少了主喷口的风量，导致前期给风量减少，煤粉难以燃烬所致，然而由于主喷口风量的减少，NOx 下降较明显。经综合比较分析，决定将 C 挡板优化后位置固定在 8%左右（最小开度） （以后试验保持不变） 。（5）改变 F 挡板对于“W”型火焰锅炉，煤粉主气流燃烧所需大量二次风是通过 F 挡板供给的。F 挡板用于调
24、全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉231节垂直墙下二次风量，是调节沿炉膛宽度方向风量分布均匀性的主要手段，更是目前调节拱上拱下二次风比例最有效手段。F 挡板关小，拱上风增加，火焰重心下移，但炉渣含碳量也随之升高，因此 F 挡板的开度变化对锅炉燃烧影响较大。工况 10、11、12 是 F 挡板平均开度（中间大两边小）为 30%、35%、25%。试验结果表明：随着 F 挡板开度由大变小时，减温水量变化不太明显，排烟温度有所下降，飞灰含碳量降低较多，炉渣含碳量也随之升高，锅炉效率得到了提高。主要原因是关小 F 挡板，一方面减少拱下风，就相应增加拱上风即燃烧初期风量，另一方面
25、降低火焰中心，延长煤粉燃烬时间。综合比较分析：决定将 F 挡板优化后位置控制在 25%左右（中间大两边小，以后试验保持不变） 。（6）改变 AB 挡板A 挡板用于调节拱上乏气喷口二次风量，B 挡板用于调节拱上煤粉喷口二次风量，都属于拱上风，对火焰主要作用相似。AB 挡板开大会增加拱上风的动能，降低火焰中心，同时能够及时补充燃烧初期所需风量，对于晋东南无烟煤来说尤为重要。但在燃烧调整前，AB 挡板已经过调整优化处于最佳位置，只是当时乏气挡板全关，削弱了 AB 挡板的作用。在乏气挡板优化后，AB 挡板风量的到了利用，经济性也有所提高。综合考虑各种因素：决定保持 AB 挡板全开位置（以后试验保持不变
26、） 。（7）改变消旋叶片消旋叶片用于调整风粉混合物的旋流强度和气流形状，是调节“W”型火焰形状的重要手段，同时对调节火焰中心也比较明显。消旋叶片下放炉膛内越多，煤粉气流旋流度越小，向下冲力越强，火焰中心就越低，飞灰含碳量降低，炉渣含碳量升高。工况 12、15、16 是消旋叶片在 2 格、4 格、1 格。 （格数越小，消旋叶片下放越多）试验结果表明：消旋叶片下放越多，炉渣含碳量有所增加，但减温水量、排烟温度降低较多。综合考虑锅炉运行的安全性和经济性，确定消旋叶片优化后位置为 1 格（以后试验保持不变） 。（8）改变磨出口分离器挡板磨出口分离器挡板的位置不仅影响煤粉细度，而且还影响磨煤机的出力，进
27、而影响锅炉的燃烧工况，因此在兼顾锅炉经济性的同时需要找到合适的分离器挡板位置。工况 16、17 是磨出口分离器挡板位于 4 格、3.5 格。 （格数越大，出粉越细）试验结果表明：分离器挡板位于 4 格、3.5 格时，锅炉燃烧效果都比较好，考虑到晋东南无烟煤难燃烬的特点和煤质的变化，最后确定将分离器挡板优化后位置定于 4 格上。（9）改变二次风总量在所有燃烧系统挡板优化调整后，各挡板已处于最佳位置，寻求合适的二次风量是完成燃烧优化调整的最后一步。工况 16、17、19 分别是二次风量为 414m3/s、390m3/s、443m3/s。试验结果表明：对于晋东南这种极难着火极难燃烬的无烟煤来说，在合
28、适时机加入合适的风量非常关键，增加过多的二次风往往会适得其反。在试验过程中，曾多次为降低飞灰和炉渣含碳量而增加风量，结果都不成功。虽然改变二次风量的几种工况锅炉效率都比较高，主要是因为燃烧挡板已优化完毕，锅炉已处于最佳状态，但在二次风量较大时，减温水量、排烟温度、和再热器壁温均有明显升高，影响锅炉安全运行。综合比较分析：二次风量宜控制在 390430m3/s 之间，而更为全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉232关键的是控制省煤器出口氧量达到 1%以上。（10）改变投运燃烧器数量工况 16 是 36 只燃烧器全部投运，工况 20 是将 B2、C5、D1、D5 燃烧器停运
29、，其它投运。试验结果表明：减少燃烧器的投运数量对降低减温水量较为明显，但排烟温度、飞灰和炉渣含碳量均有所升高，特别是炉渣含碳量大幅升高，锅炉效率下降明显。分析其主要原因是由于燃烧器投运数量减少，一方面增强投运燃烧器的一次风动能，冲力加强，火焰重心下移，各受热面壁温降低，从而减温水量减少，另一方面是由于一次风动能加强，着火点推迟，对于晋东南这种难以燃烬的无烟煤十分不利，从而导致飞灰和炉渣含碳量明显上升，经济性变差。综合比较分析：针对晋东南无烟煤的特殊性，为保持较高的经济性，正常运行时应采用 36 只燃烧器全部投运方式。4 结论和建议4.1 结论（1）东锅引进 W 型火焰锅炉在燃烧系统上每个燃烧器
30、配备了六个二次风调整挡板，又有消旋叶片和乏气调整挡板，调整手段较多，但对同一个燃烧器来说，只有各挡板配合合适后，才能取得较好的效果。不同的燃烧器，各调整挡板的开度稍有差异，对燃烧器二次风挡板来讲，位于炉膛边上燃烧器的挡板开度稍小，中间的稍大。（2）若入炉煤质发生变化时，应及时将挡板开度调整到相应位置，确保较高的锅炉效率。（3）#8 锅炉经过燃烧优化调整，燃烧稳定性有所提高，各主要参数均达到设计值，燃用现有煤种锅炉效率可达到 91%以上。（4）#8 锅炉原煤耗由燃烧调整前约 430g/kwh 降低到约 410g/kwh，供电标煤耗降低约15g/kwh。（5）燃烧调整无法从根本上解决减温水量偏大和
31、再热器管壁超温的问题。 （注：后来在#8 机组大修时，我们按厂家建议去除了炉膛内的卫燃带耙钉和结焦，启动后锅炉减温水量明显减少，已经达到设计值，再热器管壁超温也有所缓解。 ）（6）燃用试验煤种时，燃烧优化调整后各挡板位置如下：乏气挡板 25%，AB 挡板 100% ，DE挡板 10%，消旋叶片 1 格。4.2 建议（1）在正常运行中改变 F 挡板和 C 挡板的开度是改变火焰中心位置，控制受热面壁温（尤其是高再壁温）最为有效的方法。在燃用现有煤种时，F 挡板开度调整如下：机组负荷在 550600MW 时，F 挡板平均在 25%左右（中间大两边小分布） ；机组负荷在 450550MW 时，F 挡板
32、平均在 30%左右（中间大两边小分布） ；机组负荷在 300450MW 时，F 挡板平均在 45%左右（中间大两边小分布） ；这样调整的话，再热器壁温会有所降低，低负荷是能尽量提高再热蒸汽温度，同时也能维持较高的锅炉效率。C 挡板在正常运行时可以保持最小开度，若某个区域再热器壁温过高时，可适当开大相应的 C挡板。全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 锅炉233（2）燃用现有煤种、机组负荷 550MW 以上时，二次风总量应控制在 390430m3/s 之间，而更为关键的是控制省煤器出口氧量达到 1%以上。另外由于晋东南无烟煤的特殊性，调整风量应采取少量多次的方法，仔细观察，待燃
33、烧稳定、氧量不再变化后，再进行下一步的调整。（3）要确保煤粉细度达到设计值，运行中磨煤机的出力不要超过 45 t/h，磨煤机电流应保持在 127A 以上，降低时应及时加装钢球（加装钢球时大小球比例应按厂家推荐进行） ，否则会因煤粉细度不能保证，从而引起锅炉燃烧不稳、飞灰和炉渣含碳量高、屏过管壁超温、减温水量增加等问题。（4）加强锅炉吹灰，特别是炉膛和水平烟道部分，这样对增加炉膛吸热，降低各级烟温和再热器壁温非常有利。参考文献：1 参考文献: 大唐阳城发电有限责任公司 600MW 集控运行规程2 参考文献: 大唐阳城发电有限责任公司#8 锅炉燃烧优化调整试验报告3 参考文献: 东方“W”型火焰锅炉燃烧调整作者简介：范焕霞，女，1973 年出生，山西万荣人，大学专科学历，工程师。通信地址：山西省晋城市阳城县北留镇大唐大唐阳城发电有限责任公司 邮政编码： 048102
