基于深度調峰中鍋爐超低負荷穩燃技術的探究

李振亮

【摘 ?要】為了實現鍋爐在深度調峰中超低負荷運行的需求，本研究通過機組鍋爐點火穩燃試驗，對比微油點火燃燒器技術與傳統強化燃燒器，分析機組鍋爐負荷、燃燒器的溫度與入爐煤量，煤粉燃盡率與節油率之間的聯系以及多層微油點火技術的優勢及風險等，為將來燃煤鍋爐超低負荷穩燃的改造提供一定的參考建議。

【關鍵詞】深度調峰;超低負荷穩燃;干濕狀態轉換，水動力;穩燃能力

1 研究概況

某發電廠擴建工程2x330 MW鍋爐，為自然循環汽包式、微油點火、對沖燃燒鍋爐，其最低斷油穩燃負荷為30%BMCR，設計爐膛容積熱負荷116.71/（kW·m，100%BMCR），設計燃燒器區域熱負荷為1.31/（MW·m，100%BMCR）。

對于該鍋爐將前墻下層D燃燒器以及后墻下層E燃燒器中的燃燒噴口改為微油點火，并在滿足鍋爐氣化微油冷爐啟動以及低負荷穩燃的情況下維持鍋爐燃燒器的性能。并且微油點火燃燒器不僅能夠用作點火器和低負荷穩燃燃燒器，而且還能在微油槍退出后當作主要燃燒器。對于本次改造可繼續使用鍋爐的一次風燃燒器的輸粉系統，并且改造工程極為簡便。

2 超低負荷穩燃試驗

2.1 試驗概況

對沖燃燒鍋爐為單燃燒器式非全膛鍋爐，并且鍋爐在50%ECR負荷狀態下，需要使用大油槍助燃，因此將需要較高的油量。本次研究將通過改造鍋爐的點火技術來驗證在超低負荷情況下不使用大油槍助燃能否實現穩燃以及節省油量。

2.2 試驗條件

鍋爐在正常運行時所使用煤種中會摻入洗中煤，為了使本次試驗結果更具有研究價值，D層燃燒器的煤種將采用洗中煤。不過由于洗中煤具有水分高、灰分含量大以及具有較低的低位發熱量等特性，為了避免試驗中鍋爐在運行過程中發生燃燒惡化甚至出現滅火，需要保證鍋爐D層燃燒器溫度高于最低穩燃溫度。

鍋爐在低負荷工況下運行2臺磨煤機將會受到新的制粉系統耗時的影響，導致鍋爐無法快速的上升負荷，因此，本次研究中將采用3臺磨煤機并分析此工況下鍋爐的低負荷情況。

2.3 試驗過程

（1）機組鍋爐負荷與入爐煤量分析

機組滑參數停運進行試驗，進行停機前將各層燃燒器的大油槍進行隔離處理，改用微油槍作為燃燒器，并停止機組鍋爐對外供熱，以此確保試驗過程中鍋爐煤量與負荷相對應。本次試驗中從330MW進行降負荷，初期機組鍋爐爐膛燃燒情況正常，當鍋爐負荷降低至140MW時保持機組中具有3套制粉系統，此時A層的給煤量為16t/h、D/E給煤量為31t/h，而機組鍋爐爐膛燃燒減小，燃燒器噴口火焰降低。如果繼續降低給煤量，尤其是底層燃燒器，將會進一步的導致鍋爐爐膛溫度降低，甚至形成的煙氣無法將中層燃燒器的煤粉進行有效的點燃，這種情況則是鍋爐無油助燃的最低負荷狀態，因此，投入微油槍能否更進一步降低負荷穩燃是本研究的主要內容。試驗中機組鍋爐負荷與入爐煤量變化曲線如圖1所示。

為了降低鍋爐中的蓄熱，需要將機組鍋爐在140MW負荷狀態下穩定運行至少5h，然后投入D層燃燒器4支微油槍并測量各噴口區域的爐膛溫度，見表1。

由上表可知，D層燃燒器噴口區域的爐膛溫度相對E層有所提升，分析原因為D層燃燒器所使用的煤種為洗中煤，具有具有水分高、灰分含量大以及具有較低的低位發熱量等特性，雖然使用了微油槍但是起到的效果不大;A層燃燒噴口區域的爐膛溫度相對偏低，若繼續減少入爐煤量將增加A層燃燒器的滅火幾率。本次試驗中通過將A層燃燒器煤量降低至13/th，D/E層燃燒器煤量均為30t/h，此時機組鍋爐的負荷為120MW，A/E層燃燒器的噴口區域的爐膛溫度均達到800℃的穩燃最低溫度;繼續減少A/E層燃燒器的入爐煤量，雖然可以使鍋爐負荷不斷的降低，但會嚴重影響鍋爐爐溫裕量，因此本次試驗不予考慮;由于A層燃燒器位于D等燃燒器上方，A層燃燒器會受到D層燃燒器高溫煙氣的影響，因此，此組合方式為試驗中單層微油最佳的超低負荷穩燃磨組組合方式，若向B層或C層燃燒器，則二者噴口區域的爐膛溫度將低于A層燃燒器，因此單層微油超低負荷穩燃能力為鍋爐額定負荷的35%左右。

（2）燃燒器的溫度與入爐煤量分析

通過投入E層燃燒器4支微油槍驗證能否使用更低入爐煤量，并觀察投入E層燃燒器4支微油槍后各噴口區域的爐膛溫度，見表2。

由上表可知，E層燃燒器噴口區域的爐膛溫度出現明顯的上升，所形成的煙氣將導致A與D層燃燒器噴口區域的爐膛溫度上升。通過持續減少A層燃燒器的入爐煤量，A層燃燒器噴口區域的爐膛溫度呈現持續下降趨勢，至最低的入爐煤量10t/h時A層燃燒器的溫度仍高于穩燃最低溫度800℃，此時機組的負荷為105MW，且噴口燃燒火焰狀態良好;A層燃燒器的溫度與入爐煤量的變化情況如圖2所示。

在此條件下A/D/E層燃燒器的入爐煤量分別為10t/h、30t/h與30t/h，通過試驗顯示，E層燃燒器的入爐煤量增加到34t/h后噴口區域的爐膛溫度將上升到1200℃，噴口燃燒火焰狀態良好，具有較為穩定的穩燃效果。因此，當機組負荷低于105MW時可將A層燃燒器進行停運，使用微油槍穩燃D/E層燃燒器，鍋爐整體的穩燃效果將會得到提升。此外，還可以停運A層燃燒器，并將機組負荷控制在70MW，此時D/E層燃燒器噴口區域的爐膛溫度則高于1050℃。綜上所述，增加投入2層微油槍相對于單層微油槍，鍋爐的超低負荷穩燃能力將得到極大的提升，通過微油點火技術可實現鍋爐30%超低負荷穩燃運行。

（3）煤粉燃盡率與節油率分析

投入D/E層燃燒器8支微油槍后，通過對鍋爐的飛灰及大渣分析計算煤灰的燃盡率。試驗中煤灰的燃盡率能夠達到85%以上，具有較好的微油槍引燃效果，試驗中單支微油槍的用油量為50kg/h，僅為傳統大油槍用油量的5%，微油系統運行3h中時共耗油0.9t，節油比達到95%。A層燃燒器煤粉燃盡率與節油率變化情況如圖3所示。

3 多層微油點火技術的優勢及風險

多層微油點火技術相對于傳統大油槍穩燃技術，能夠在確保煤粉燃盡率的情況下節省較多的燃油用量;傳統的大油槍穩燃中需要退出電除塵系統，以防止未充分燃燒的油煙附著在陰陽極板表面，而使用多層微油點火技術穩燃，通過提升振動頻率，可不斷進行電除塵的投入，從而減少粉塵排放以及引風機的磨損的發生。

不過，目前多層微油槍穩燃技術正在發展階段，在運行中也會出現一定的弊端，同傳統大油槍穩燃技術相比，微油點火技術采用的是內燃式燃燒器，因此燃燒室溫度通常較高，其壁溫容易出現超限的情況，造成燃燒器噴口過熱出現損壞或內部結構出現嚴重結渣;相較于傳統大油槍穩燃技術，微油系統對于油壓及燃油清潔度具有較高的要求，并且系統無備用微油槍，使用多層微油點火技術穩燃時需要將全部微油槍進行投入以保障鍋爐的超低負荷穩燃，因此，在鍋爐運行的過程中需要保障燃燒器噴口不被雜質阻塞造成穩燃效果降低。

4 結語

通過鍋爐的超低負荷可滿足機組深度調峰需求，但通過傳統燃燒器無法進行低負荷穩燃，而大油槍穩燃則會增加運行成本以及粉塵排放超標的情況發生。通過本次研究，雖然燃用部分洗中煤，但穩燃性能較僅燃用煙煤具有一定的降低，而使用微油點火技術不僅可以達到超低負荷穩燃，而且煤粉燃盡情況較好以及能夠減少95%的油耗，具有重要的經濟效益，能夠為將來燃煤鍋爐超低負荷穩燃的改造提供一定的參考建議。

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（作者單位：國投哈密發電有限公司發電部）