综合治理CO测量装置指导锅炉燃烧调整 [复制链接]

本文作者：肖成伟、阙斯明、张子文、刘君、勾柏龙

设备概况或简介

黔北电厂＃3、4锅炉，是由东方锅炉（集团）股份有限公司于年生产的DG/18.2-Ⅱ15型亚临界压力，中间一次再热的自然循环锅炉，双拱形单炉膛，燃烧器布置于下炉膛前后拱上，呈“W”型火焰，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢结构，全悬吊结构，平衡通风，半露天布置。年分别进行了低氮燃烧器改造。

由于东方W火焰锅炉本身的特性问题，造成沿炉膛宽度方向靠近中间位置缺风严重，尤其在高负荷阶段较为明显。为提高锅炉燃烧效率和经济性，实时掌握烟气中化学不完全燃烧热损失情况（烟气中的可燃性气体主要是一氧化碳和微量的氢和甲烷），目前在#3、4炉脱硝入口增加了CO分析仪，并将分析结果实时显示到DCS画面上，以便于根据CO含量随时对锅炉配风进行调整。我厂#3、4炉于年10月下旬分别安装了CO分析仪，CO分析样取至脱硝入口NOx测量装置。

目前机组存在的问题

1、高负荷情况下引风机出力不够，造成炉膛缺氧燃烧现象。

2、高再管壁超温，限制了锅炉总风量。

3、F挡板刚性弱，穿透力弱，中间缺氧。

4、调整手段受限，锅炉负荷变化时，调整滞后。

5、煤粉均匀性差，煤粉取样装置代表性不好，磨机分离器挡板为手动，机组负荷变化时不能及时调整，使得在高负荷情况下煤粉偏粗，影响煤粉的燃尽。

CO是含碳燃料燃烧过程中生成的一种中间产物，最初存在于燃料中的所有碳都将形成CO。CO的形成和破坏过程都是受化学反应动力学机理所控制，是碳氢燃料燃烧过程中基本反应之一，它的生成机理为：RH→R→RO→RCHO→RCO→CO。（注：式中RH为碳氢自由基团）

CO是不完全燃烧的产物之一。若能组织良好的燃烧过程，即具备充足的氧气、充分的混合，足够高的温度和较长的滞留时间，中间产物CO最终会燃烧完毕，生成CO或HO。因此，控制CO的排放不是企图抑制它的形成，而是努力使之完全燃烧。

研究表明，碳氢燃料和空气的预混燃烧火焰中，由于CO的生成速率很快，在火焰区CO浓度迅速上升到最大值，该最大值通常比反应混合物在绝热燃烧时的平衡值要高，随后CO浓度缓慢地下降到平衡值。因此，从燃烧设备的排气中检测的CO含量要比在燃烧室中最大值低，但明显地大于排气状态下平衡值。这表明化学反应动力学控制CO的生成和破坏。

燃煤锅炉燃烧工况的好坏，在很大程度上影响锅炉设备运行的经济性和安全性。良好的燃烧工况，对风煤配比、燃料燃烧的完全性、炉膛温度场、热负荷分配均匀性、污染物排放可控性等均要求极高。如燃料不能完全燃烧，最直接的反应是烟气中产生的中间产物CO，如果CO含量高，对锅炉结焦、水冷壁高温腐蚀、管壁超温等锅炉的经济性、安全性产生较大威胁。CO的生产直接原因就是缺氧燃烧造成，因此控制CO必须从提供充足的O2、足够高的炉温、较长的燃烧时间等方面着手。

燃烧调整分析

经查询相关文献和资料，对于燃烧无烟煤的W型火焰锅炉，控制烟气中CO含量在50mg/Nm3以下对降低锅炉q3、q4作用较为明显。

在CO分析装置装好初期，在机组低负荷期间（MW以下），CO含量较低，浓度基本可控在50mg/Nm3以下，但是在高负荷区间，由于烟气系统阻力大，引风机出力不够用，限制了总风量的使用，炉膛中部缺氧燃烧，CO浓度达mg/Nm3以上（见表1、2、3、4）。通过近期的摸索调整，在当前入炉煤质大卡情况下，机组高负荷期间CO浓度基本可控在mg/Nm3及以下。

表1#3炉CO与O2对比关系图

表2#4炉CO与O2对比关系图

4.1开大B挡板的影响

调整初期#3机组负荷MW，炉膛出口氧量分别在3.88%/3.99%/0.31%/3.44%（aa、ab、ba、bb），A、B侧CO浓度/mg/Nm3，可以看出#3炉B侧燃烧存在严重的缺氧燃烧现象，但引风机出力已达上限，通过加大送风机出力提高总风量来提高O2的方法不可取。在将拱上所有B挡板开度由45%开至70%稳定一段时间后，炉膛出口氧量分别在3.48%/3.60%/1.33%/4.06%（aa、ab、ba、bb），A、B侧CO浓度/mg/Nm3，CO浓度下降，但脱硝入口NOx浓度也由/mg/Nm3上升至/mg/Nm3，脱硝氨耗上升明显，于是将B挡板均恢复至45%开度。

4.2开大C挡板的影响

目前#3炉在高负荷情况下主要是B侧燃烧缺氧，CO浓度较高，#4炉则是A侧存在这种现象，因此通过局部调整C挡板观察发现，对改善炉内局部缺氧现象效果明显。通过将#3炉B侧前后墙C挡板（燃烧器C1、C2、C3、D1、D2、D3、A4、A5、A6、B4、B5、B6）由5%开至60%发现B侧炉膛出口氧量由0.34/3.31%（ba、bb）上升至1.45/3.96%，B侧CO浓度由mg/Nm3下降至mg/Nm3，B侧脱硝入口NOx浓度由mg/Nm3上升至mg/Nm3，A侧脱硝入口NOx浓度上升趋势不明显，总体喷氨量小幅上升。#4炉的情况与#3炉反应现象一致，通过开大A侧前后墙C挡板开度，对改善炉膛局部缺氧燃烧、降低CO浓度有帮助。但从以往经验来看，在机组负荷较低和入炉煤质较差时，开大C挡板对燃烧工况存在一定的扰动，因此C挡板的调整应以实际燃烧情况为准。

4.3改变燃烧器数量的影响

通过局部停运燃烧器来改善炉内局部缺氧燃烧的效果无疑是最直接和有效的，但同时也限制了机组负荷水平。

4.4改变燃尽风开度的影响。

在将#3、4炉燃尽风开大过程中发现对炉膛出口氧量及出口CO影响不大，分析主要原因是#3、4炉二次风箱压力偏低（高负荷情况下在0.35kPa左右），燃尽风箱压力更低，燃尽风量较小，穿透了弱，对改善煤粉燃尽工况效果不好。

下一步打算

1、在脱硝催化剂效率、氨耗可控的情况下，维持较大的B、F挡板开度，根据氧量分布情况，局部调整C挡板开度，在锅炉低负荷期间，将C挡板收小，以降低对燃烧工况的干扰。高负荷情况下保持#3炉B侧氧量在2.0/3.3%（ba、bb）和#4炉A侧氧量在3.0/2.2%（aa、ab）。

2、优化磨机钢球配比，合理控制煤粉细度在最佳区间，改善煤粉在炉内的燃烧工况。

3、停炉期间加强烟道漏风率、空预器漏风率治理，降低引风机电流而得以提高总风量。

4、根据一段时间内机组负荷计划曲线，调整B挡板开度。

一氧化碳分析仪对于运行人员及时掌握炉内燃烧情况并做出相应调整是非常有指导意义的，通过燃烧调整能将一氧化碳控制在一个合理水平。经调研及上网查询，国内外很多电厂很早就安装了一氧化碳分析仪来指导锅炉燃烧调整，自动化程度更高的火电厂直接将一氧化碳含量作为锅炉风量自动控制的一个反馈信号参与送风自动控制。

改善了炉内燃烧工况，特别是在变工况的情况下，根据燃烧变化情况，适时调整送风量，对锅炉结焦情况得到明显改善，对完成#3、4炉全年0次熄火的目标奠定了基础，间接的产生了经济效益。按照同比全年控降2次锅炉垮焦熄火计算，节省燃油10吨，年节约生产费用7.5万元。按每次熄火损失电量8万kwh，可以多发电16万kwh。

机组飞灰每降低1%，锅炉煤耗降低约1.33g/kwh，按照单台机组年发电量15亿kwh计算，#3炉一年可节约燃煤约吨，#4炉一年可节约燃煤吨，两台炉共节约燃煤约吨。