锅炉燃烧优化技术系列
系列一：锅炉燃烧优化的目的及技术现状
系列二：通过燃烧优化提高锅炉运行经济性
系列三：通过燃烧优化提高锅炉运行安全性
系列四：锅炉燃烧优化调整试验内容
《锅炉燃烧系统运行优化调整技术》
作者：西安热工研究院 张广才
系列二
通过燃烧优化提高锅炉运行经济性
1 锅炉的热平衡
100％ =(q1 q2 q3 q4 q5 q6)％
式中：
q1—锅炉有效利用热量占输入热量的百分数；
q2—排烟热量损失占输入热量的百分数；
q3—化学不完全燃烧热量损失占输入热量的百分数；
q4—机械不完全燃烧热量损失占输入热量的百分数;
q5—锅炉散热热量损失占输入热量的百分数；
q6—灰渣物理热量损失占输入热量的百分数。
2 锅炉热效率
η= 100 - (q2 q3 q4 q5 q6) = q1
从锅炉热平衡方程式计算式可知：
锅炉运行中如能减少这些热损失，就能提高锅炉的有效利用热量，也就能提高锅炉的效率与运行经济性。
3 通过燃烧优化降低热损失的措施
3.1 影响锅炉排烟热损失因素
排烟热损失主要取决于排烟温度与排烟氧量（过剩空气系数）；
排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的（5%～7%）;
排烟温度每升高10℃.排烟损失约增加0.5％～0.7％）;机组发电煤耗升高约1.7 ～2.2g/kWh。
过高的排烟温度，对锅炉后电除尘及脱硫设备的安全运行也构成威胁。
3.1.1 排烟温度升高的主要原因
1） 漏风对排烟温度影响;
原因分析：漏风是指炉膛漏风、制粉系统漏风及烟道漏风，是排烟温度升高的主要原因之一。
减少漏风采取技术措施：
针对锅炉本体及制粉系统的查漏和堵漏工作；
炉底水封槽和炉顶密封；
在运行时，随时关闭各看火门孔；
尽量调整炉膛负压及钢球磨煤机入口负压控制的较低水平等；
经验表明，通过漏风综合治理可降低排烟温度约下降2～3℃。
2）掺冷风量对排烟温度影响;
原因分析：目前国产锅炉机组，往往在设计时认为进入炉膛的风量中，除炉膛及制粉系统漏风外，其他风均通过预热器。实际上制粉系统在运行时，为了协调锅炉燃烧需要的一次风速和磨煤机风量，往往要掺入部分冷风，以保持一定的磨煤机出口温度，结果使通过预热器的风量小于设计值，因而导致排烟温度升高。
磨煤机出口温度偏低：按照《电站磨煤机及制粉系统选型导则》(DL/T 466-2004)规定的磨煤机出口温度，见表1。锅炉设计时热风温度的选择主要取决于燃烧的需要，所选定的热风温度往往高于所要求的磨煤机入口的干燥剂温度，因此要求在磨煤机入口前掺入一部分温度较低的介质，因此，运行中磨煤机出口温度控制的越低，则冷一次风占的比例越大，即流过空预器的风量流量降低，这样引起排烟温度升高。
一次风率偏高：?磨煤机实际运行中，由于磨煤机入口风量测量的不准确，为了保证磨煤机运行安全，风煤比曲线运行控制往往偏离了设计值，?按设计RP923型磨煤机出力35t/h时风量为72t/h，实际运行中达到85t/h，风量相差13t/h,在保持一定的磨煤机出口温度下，一次风量越大，则其中冷一次风量也增大，这样将会造成送风量的降低，从而导致排烟温度升高。
采取技术措施：
目前许多电厂煤质下降,磨煤机出口温度的提高是有一定潜力的。可适当提高一次风风粉混合物的温度，减少冷风的掺入量。
设计合理的风粉比曲线，应定期校验一次风量的测量系统，防止因测量误差导致磨煤机实际运行中一次风量偏大。但一次风率控制太低，易造成一次风管内积粉造成堵管与出现烧喷嘴的故障，因此，要根据原始设计及设备的具体状况、运行煤种来决定磨煤机不同出力下的风煤比。同时满足磨煤机干燥出力和锅炉燃烧要求的一次风速，应控制最低一次风风速不低于18m/s。
示例1：
某电厂排烟温度实际运行值超过了设计值10℃ 以上；
习惯投运5台磨煤机，而另外备用磨煤机的冷风门开度经常在30%左右，同时磨煤机出口一次风管隔绝门全开，实测备用磨煤机对应冷风量约70～ 80t/h左右；
通过调整对比。磨煤机出口隔绝门全开，入口冷风门开30%时,锅炉排烟温度为136.43℃ ，磨煤机出口隔绝门全关后，在同样负荷下排烟温度为133.72℃ ，比全开时排烟温度降低了2.71℃ ，因此在运行调整中不能忽视一些设备的缺陷。将磨煤机出口温度提高7℃ ，通过试验排烟温度下降了2℃ 。
3）受热面积灰引起排烟温度升高;
原因分析：受热面积灰指锅炉受热面积灰、结渣及空预器传热元件积灰，锅炉受热面积灰将使受热面传热系数降低，锅炉吸热量降低，烟气放热量减少。空预器入口烟温升高，从而导致排烟温度升高；空气预热器堵灰则使空气预热器传热面积减少，也将使烟气的放热量减少，使排烟温度升高。
减少漏风采取技术措施：各个电厂普遍存在煤质变差，发热量下降灰分增加问题，运行中在汽温保证的前提下优化吹灰，确保吹灰器运行正常，将空气预热器压差控制在合理范围。
4）空预器入口风温高引起排烟升高;
在夏天，空气预热器入口风温高，空气预热器传热温差小，烟气的放热量就少，从而使排烟温度升高。同时制粉系统需要的热风减少，流过空预器的一次风减少，排烟温度升高，这属于环境因素，是难以克服的，若增加过多的受热面，降低空预器入口烟温。
则冬季时，排烟温度会低于露点值，为防止空预器低温腐蚀，必须投入暖风器，来提高排烟温度，这样，辅汽损失会增大，所以要根据环境温度变化的规律，综合考虑设计布置受热面及暖风器。
除环境温度影响外，个别厂热风再循环关闭不严密引起排烟温度升高。
5）受热面布置原因引起排烟温度升高;
由于锅炉设计时，对炉膛沾污系数估算不准，使得受热面布置不合理，或者是由于结构不佳造成受热面吸热不足，导致空预器入口烟温偏高，从而使得排烟温度升高，这需要重新进行设计校核计算，必要时可采取增加省煤器管排，或将省煤器由光管式改为鳍片式，增加省煤器的吸热量，降低空预器入口烟温。
6）煤质变差引起排烟温度升高。
煤质变差水分、灰分增大，发热量降低，燃料消耗量增大，烟气量增大。
加强燃料采购与配煤管理，控制燃煤质量，尽可能接近设计煤种。
通过以上分析，影响排烟温度因素中与锅炉燃烧调整有关主要有漏风、掺冷风量与受热面积灰，因此在运行中要加强调整，最大限度的降低排烟热损失。
3.1.2 通过燃烧调整确定最佳过剩空气系数
除排烟温度对排烟热损失影响大外，过剩空气系数对排烟损失也影响较大，炉内过剩空气系数α过大或过小，都会对锅炉的效率产生直接影响（即锅炉各项热损失总和发生变化）。一般来说，q2将随过剩空气系数的增加而增大，而q4却随α增大而降低，因此最合理的过剩系数，应使q2、q3、q4之和为最小，此时的α被称为最佳过剩空气系数。
α确定方法：在稳定负荷与煤种下进行；同时调整期间不进行吹灰，调整试验值可在炉膛出口的设计值附近选3-4个值进行，试验时保持一次风量不变，通过调整送风机的开度改变过剩系数值。按照反平衡获得不同工况下的锅炉效率，并在不同负荷下进行过剩空气系数的调整，最终获得不同负荷下最佳过剩空气系数曲线。如果锅炉燃烧不同煤种时要进行不同煤种过剩空气系数的调整。
上图为某项目的示例，每台机组都需要根据试验绘制出自己的曲线。
3.2 影响机械不完全燃烧热损失因素
机械不完全燃烧热损失是燃煤锅炉的主要损失之一，通常仅次排烟热损失 ，一般约占0.5%～ 5%，主要取决于灰渣可燃物含量。
燃煤灰分含量约20%、低位发热量约22 MJ/kg时，通常飞灰可燃物含量每增加1个百分点，机械不完全燃烧损失增加约0.3～ 0.4个百分点，锅炉热效率降低约0.3～ 0.4个百分点，机组发电煤耗升高约1.0～ 1.3 g/kWh。
3.2.1 降低灰渣可燃物含量的主要对策
加强燃料采购和配煤管理工作，定期对入炉煤、煤粉、飞灰和大渣进行取样与化验分析，指导运行调整。
安装在线检测装置，提高锅炉运行操作指导的实时性、准确性。
定期进行制粉系统与燃烧系统运行优化，确定经济煤粉细度与最佳炉膛出口过剩氧量。
提高制粉系统设备的检修维护质量，进行必要的技术改造，确保达到需要的煤粉细度，降低一次风管出口煤粉浓度的偏差值。
3.2.2 经济煤粉细度的调整
1）经济煤粉细度定义：经济煤粉细度是指使锅炉的不完全燃烧损失与制粉系统电耗之和，
即（ q4 qzf）为最小的煤粉细度 。
其中： 制粉单耗qzf（ %）按下式整理成与q4损失相当的热量损失。
qzf=2930bPzf/BQr
式中：
b——本电厂的标准煤耗g/(kWh)；
B——入炉煤量， kg/h;
Pzf——制粉系统总电耗， kW。
2） 煤粉细度选取：根据中华人民共和国电力行业标准《 大容量煤粉锅炉炉膛选型导则》 （ DL/T 831-2002），煤粉细度按下式选取：
R90＝ K＋ 0.5nVdaf
式中:
K—系数，对于Vdaf>25%的煤质， K＝ 4；对于Vdaf＝ 15%～ 25%的煤质， K＝ 2；对于Vdaf<15%的煤质， K＝ 0。
3） 经济煤粉细度的选取考虑因素：煤的燃烧特性。一般来说，挥发分高、灰分少、发热量高的煤燃烧性能好，煤粉细度可以放粗；燃烧方式、炉膛的热强度和炉膛的大小。炉膛的热强度高及大炉膛时，煤粉细度可以放粗；煤粉的均匀性系数。均匀性好煤粉细度可以放粗。
4） 经济煤粉细度经验选取：由于考虑到制粉单耗qzf试验比较复杂，较简单的方法是只测量飞灰可燃物的Cfh与R90的关系。如图4.2所示，在R90较小时，随着R90的增加， Cfh变化比较平缓，但超过某一值后（图中C点）， Cfh迅速增大，可以将此转折点作为经济细度的估计值。
图4.2 飞灰可燃物与煤粉细度的关系
通过调整，获得煤粉细度与粗粉分离器挡板开度(或转速)之间的具体关系，以便向运行人员提供运行中控制煤粉细度。如果煤种发生变化可适当调整。
示例3：某厂锅炉为原苏联制造的210MW机组配套锅炉，该机组投产以来锅炉飞灰可燃物偏高，基本处于8%～ 15%之间。
煤粉细度R90从11%调整到5%，飞灰由燃烧调整前的8%～ 15%下降到调整后的4%-8%，锅炉效率由调整前的85%-86%上升至88%以上，初步估算可使煤耗下降5～ 6g以上。
3.3 影响化学不完全燃烧热损失因素
化学不完全燃烧热损失是指排烟中残留的可燃气体，如CO、H2、CH4等未放出其燃烧热而造成的损失。在煤粉炉中，q3一般不超过0.5％；
根据燃料性质和燃烧方式，控制合理的过剩空气系数，是运行调整减少q3的主要措施。
3.4 影响散热损失因素
散热损失的大小，主要决定于锅炉容量、锅炉外表面积、炉墙结构、管道保温以及周围的空气温度等。
3.5 影响灰渣物理热损失q6因素
它的大小与燃料的灰分、炉渣占总灰量的份额、排渣方式以及炉渣温度等因素有关。
液态排渣炉，由于其排渣量和排渣温度均大于固态排渣炉，故此项热损失就要比固态排渣炉大。事实上，液态排渣炉的q6必须考虑，?
对于固态排渣煤粉炉，当燃煤的折算灰分小于10%，可以忽略灰渣物理热损失，只有当燃用高灰分煤时考虑计入q6。。
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