基于改进卷积神经网络的电力设备红外图像分类识别方法

第 6 期杨希刚，等：W 火焰锅炉氮氧化物排放特性数值模拟研究图3（a ）表明，100%BRL 和50%BRL 工况下，NO x 在下炉膛横截面上的分布对称性较好，75%BRL 工况下，NO x 分布对称性较差。

由于100%BRL 工况下6台磨煤机运行，50%BRL 工况下4台磨煤机运行，投运燃烧器沿着炉膛宽度方向中心轴和长度方向中心轴均对称，燃烧过程中生成的NO x 浓度分布也相对对称。

75%BRL 工况下，5台磨煤机运行，前后墙各有2只燃烧器停运，投运的燃烧器分布不对称，导致炉内NO x 浓度分布出现偏差。

由此可知，不同负荷下受磨煤机组合影响，炉内的生成NO x 存在偏差。

图3（a ）表明，100%BRL 、75%BRL 和50%BRL 工况下，燃烧器喷口生成NO x 质量浓度较高区域的值分别为950 mg/m 3~1 000 mg/m 3、800 mg/m 3~900 mg/m 3和600 mg/m 3~800 mg/m 3，较低区域的值分别为500 mg/m 3、300 mg/m 3和200 mg/m 3。

由此可知，锅炉负荷越高，燃烧器喷口NO x 质量浓度值相对越高。

图3（b ）表明，在燃烧初期，燃烧器喷口位置是NO x 质量浓度最高的区域，烟气稀释及焦炭对NO x 起还原作用，NO x 质量浓度随炉膛高度方向呈降低趋势。

由于炉膛截面减小，烟气流场发生改变，因此在上炉膛沿着炉深方向的NO x 浓度分布并不均匀。

100%BRL 、75%BRL 和50%BRL 工况下，炉膛出口NO x 质量浓度均值约为750 mg/m 3、600 mg/m 3和450 mg/m 3，呈降低趋势。

在机组燃用煤种和运行方式基本接近的情况下开展不同负荷下省煤器出口NO x 质量浓度测量，测点位于省煤器出口至SCR 脱硝系统入口之间水平段，每侧烟道等距离布置7个测孔。

采用截面网格法测量，每个测孔沿烟道深度方向布置4个测点，单侧烟道截面共28个测点，采用德图350测量烟气中NO 质量浓度再折算到NO x 质量浓度，单个截面上28个数据取算术平均值。

其他负荷工况采用相同的测试方法。

100%BRL 、75%BRL 和50%BRL 工况下，省煤器出口NO x 质量浓度平均值分别为759.1 mg/m 3、589.5 mg/m 3和465.6 mg/m 3，实际测量值与数值模拟结果偏差在9.1 mg/m 3~15.6 mg/m 3之间，也可以佐证数值模拟结果准确度较高。

3.2　75%BRL 负荷磨煤机组合对NO x 浓度分布的影响　
图4显示了75%BRL 负荷下磨煤机组合方式对折焰角所在水平截面上NO x
分布的影响情况。

图4　75%BRL 负荷下磨煤机组合对炉内NO x 分布的影响
Fig.4　Condition of grinding combination under 75% BRL load on the distribution of NO x in the furnace
503
第 38 卷电力学报图4表明，BCDEF 磨煤机组合下，折焰角所在截面NO x 质量浓度分布相对均匀，呈“中间高、两侧低”的分布特点，截面NO x 质量浓度最高值为700 mg/m 3，最低值为300 mg/m 3。

ACDEF 磨煤机组合下，折焰角所在水平截面NO x 质量浓度最高值为1 500 mg/m 3，最低值为300 mg/m 3，偏差最大值为1 200 mg/m 3。

ABDEF 磨煤机组合下，NO x 质量浓度分布沿着炉膛长度和宽度方向均存在偏差，靠近前墙区域NO x 质量浓度达到950 mg/m 3，最低值约为300 mg/m 3。

ABCEF 磨煤机组合下，折焰角所在水平截面NO x 质量浓度分布相对较均匀，最高值为750 mg/m 3，最低值为100 mg/m 3，高值区与低值区交错布置。

ABCDF 磨煤机组合下，折焰角所在水平截面NO x 质量浓度呈“中间高、两侧低”分布，NO x 质量浓度最高值为700 mg/m 3，最低值为300 mg/m 3。

ABCDE 磨煤机组合下，折焰角所在水平截面NO x 质量浓度呈“右侧高、左侧低”分布，且沿着截面宽度方向呈“前墙高、后墙低”的分布特点，NO x 质量浓度最高值为800 mg/m 3，最低值为200 mg/m 3。

BCDEF 和ABCDF 两种磨煤机组合下，折焰角所在水平截面NO x 质量浓度分布相似且最均匀，均呈“中间高、两侧低”的分布特点，在炉膛宽度方向上偏差最大值为400 mg/m 3。

ACDEF 和ABDEF 两种磨组合方式下，炉膛出口截面NO x 质量浓度分布偏差最严重，偏差最大值分别为1 200 mg/m 3和650 mg/m 3。

图5显示了75%BRL 负荷下磨煤机组合对下炉膛NO x
生成及分布的影响情况。

图5　75%BRL 负荷下磨煤机组合对下炉膛NO x 生成及分布的影响
Fig.5　Condition of 75% BRL loading on generation and distribution of NO x in lower furnace
504
第 6 期杨希刚，等：W 火焰锅炉氮氧化物排放特性数值模拟研究图5表明，W 火焰锅炉燃烧器布置在炉膛前后拱上，磨煤机组合发生变化，停运靠近两侧墙的磨煤机，对炉内的燃烧影响比较显著，炉内出现燃烧缺“角”的情况，炉内燃烧不均会导致炉膛出口烟气组分质量浓度分布和温度分布不均。

BCDEF 磨煤机组合和ABCDF 磨煤机组合下，炉内的NO x 质量浓度分布相对均匀，ACDEF 、ABDEF 和ABCDE 三种磨煤机组合下，炉内NO x 质量浓度分布偏差相对较大。

表3列出了75%BRL 负荷下不同磨煤机组合下NO x 质量浓度、飞灰含碳量和大渣含碳量。

由表3可知，不同磨煤机组合下炉膛出口NO x 质量浓度存在一定偏差，最高值为620 mg/m 3，最低值为593 mg/m 3，相差27 mg/m 3。

这是由于磨煤机组合不同，炉内的燃烧均匀性存在偏差，炉内燃烧越不均匀，炉内温差越大，越不利于NO x 浓度控制，因此，燃烧均匀性相对较好的Case02和Case07工况，NO x 质量浓度最低，约594 mg/m 3。

机组实际运行时开展省煤器出口NO x 质量浓度测量，测量值与数值模拟值偏差在6.93 mg/m 3~11.31 mg/m 3之间，偏差较小，说明数值模拟结果较准确。

不同磨煤机组合下飞灰含碳量偏差不大，但是大渣含碳量偏差较大。

这是由于燃烧组织不同，射流下行深度和炉膛充满度不同，影响大渣的燃尽性。

3.3　50%BRL 负荷磨煤机组合对NO x 浓度分布的影响　
图6、图7分别给出了50%BRL 负荷两种磨煤机组合对下炉膛NO x 和折焰角所在水平截面NO x 的质量浓度分布情况。

图6、图7表明，BCDE 磨煤机组合运行时，停运的A 磨煤机和F 磨煤机位于炉膛居中位置，下炉膛截面NO x 质量浓度和炉膛折焰角水平截面NO x 质量浓度分布相对均匀。

ABCF 磨煤机组合运行时，停运的D 磨煤机和E 磨煤机位于炉膛两边，对炉内燃烧均匀性影响较大，导致下炉膛截面和炉膛折焰角水平截面NO x 质量浓度分布偏差均较大，偏差最大值分别为900 mg/m 3和300 mg/m 3。

50%BRL 和75%BRL 负荷下磨煤机组合对NO x 质量浓度分布的影响规律基本一致。

表3　75%BRL 负荷下不同磨煤机组合下NO x 质量浓度、飞灰含碳量和大渣含碳量
Tab.3　NO x emission mass concentration and carbon content of fly ash slag under different grinding combinations under 75% BRL load
工况编号
Case02
Case04
Case05
Case06
Case07
Case08ρ（NO x ）sim /（mg⋅m −3）594.01599.71606.37611.73593.64620.42ρ（NO x ）true /（mg⋅m −3）603.2588.4613.3620.6601.2612.6飞灰含碳量/%4.564.454.664.974.334.94大渣含碳量/%2.031.982.126.782.085.86
注:ρ(NO x )sim 与ρ(NO x )true 分别表示NO x 质量浓度的模拟值与真实值;
飞灰含碳量与大渣含碳量均以质量分数表示。

图6　50%BRL 工况磨煤机组合对下炉膛NO x 生成及分布的影响
Fig.6　Condition of 50% BRL load grinding combination on NO x generation and distribution of lower furnace
505
第 38 卷
电力学报表4给出了50%BRL 负荷在不同磨煤机组合下NO x 质量浓度、飞灰含碳量和大渣含碳量。

由表4可知，此二工况下NO x 质量浓度、飞灰含碳量和大渣含碳量基本相当。

磨煤机组合方式对NO x 质量浓度、飞灰含碳量和大渣含碳量的影响没有75%BRL 负荷显著。

机组实际运行时开展省煤器出口NO x 质量浓度测量，测量值与数值模拟值偏差在12.43 mg/m 3~14.47 mg/m 3之间，偏差较小，说明数值模拟结果较准确。

4 结论
（1）100%BRL 、75%BRL 和50%BRL 磨煤机运行台数分别为6台、5台和4台，燃烧器喷口生成NO x 质量浓度较高区域的值分别为950 mg/m 3~1 000 mg/m 3、800 mg/m 3~900 mg/m 3和600 mg/m 3~800 mg/m 3，NO x 质量浓度与锅炉负荷呈正相关变化趋势。

（2）磨煤机组合方式影响了燃烧器喷口区域NO x 初始生成浓度、折焰角水平截面上NO x 浓度分布均匀性。

100%BRL 负荷采用ABCDEF 6台磨煤机运行、75%BRL 负荷采用BCDEF 和ABCDF 磨煤机组合、50%BRL 采用BCDE 磨煤机组合较合理。

（3）停运靠近侧墙燃烧器对应的磨煤机对炉内燃烧均匀性的影响大，运行过程中应尽量避免停运靠近侧墙燃烧器对应的磨煤机。

（4）W 火焰锅炉超低排放改造采用SCR 组合SNCR 脱硝技术时，要重点关注炉膛水平折焰角截面上NO x 浓度分布，优化设计NH 3喷口数量、位置和各喷口喷NH 3量，使得SNCR 脱硝处于最佳运行状态。

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图7　50%BRL 负荷磨煤机组合对折焰角截面NO x 分布的影响
Fig. 7　Effect of 50% BRL load grinding combination on the distribution of NO x at the furnace outlet
表4　50%BRL 负荷不同磨煤机组合下NO x 质量浓度、飞灰含碳量与大渣含碳量
Tab.4　NO x emission mass concentration and carbon content of fly ash slag under different grinding combinations under 50% BRL load
工况编号
Case03
Case09ρ（NO x ）sim /（mg⋅m −3）551.07545.83ρ（NO x ）true /（mg⋅m −3）563.5560.3飞灰含碳量/%3.383.47大渣含碳量/%1.542.45
506
507第 6 期杨希刚，等：W火焰锅炉氮氧化物排放特性数值模拟研究
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［责任编辑：常建峰］
第 38 卷第 6 期2023 年 12 月
Vol.38 No.6
Dec. 2023电力学报
JOURNAL OF ELECTRIC POWER
文章编号：1005-6548（2023）06-0508-07 中图分类号：TK229 文献标识码：B 学科分类号：47040 DOI：10.13357/j.dlxb.2023.054开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
350 MW超临界循环流化床锅炉床温偏高分析及优化
武志福1，张彦喆2，王映奇2
（1.山煤集团河曲能源有限公司，山西河曲 036500；2.山西世纪中试电力科学技术有限公司，太原 030001）
摘要：山西某电厂350 MW超临界循环流化床锅炉，在升负荷过程中炉膛下部平均床温为977 ℃，床温最高点为
1 017 ℃，床温过高将导致锅炉结焦，旋风分离器中心筒变形、分离效率下降，环保参数下降，锅炉效率下降，危及风
帽和电袋除尘器安全，影响机组的安全稳定运行。

针对该厂存在的问题开展了影响床温升高的因素分析，通过调整配煤掺烧、入炉煤粒径、一二次风配比、床压、运行过程中添加有效粒径床料等措施，机组可以顺利带至额定负荷，床温下降明显，平均床温下降11 ℃，最高床温下降24 ℃，提高了机组稳定运行的安全性，同时也为同类型循环流化床机组解决类似问题提供参考。

关键词：超临界循环流化床；床温；一二次风配比；入炉煤粒径；床压
Analysis and Optimization of High Bed Temperature in a 350 MW
Supercritical Circulating Fluidized Bed Boiler
WU Zhifu1，ZHANG Yanzhe2，WANG Yingqi2
（1.Hequ Energy Co.， Ltd.， Shanmei Group， Hequ 036500， China；2.Shanxi Century Pilot Power Science and
Technology Co.， Ltd.， Taiyuan 030001， China）
Abstract：In a 350 MW supercritical circulating fluidized bed boiler of a power plant in Shanxi Province, the av⁃erage bed temperature in the lower part of the furnace is 977 °C, and the highest bed temperature is 1 017 °C dur⁃ing the load increase process. Excessive bed temperature will lead to boiler coking, deformation of the central cylinder of the cyclone separator and the decrease of the separation efficiency, environmental protection parame⁃ters decline, boiler efficiency decline, and endanger the safety of wind cap and electric bag filter, which affects the safe and stable operation of the unit. In view of the problems existing in the plant, the factors affecting the rise of bed temperature were analyzed. By adjusting the blending of coal, the particle size of the coal into the fur⁃nace, the ratio of primary and secondary air, the bed pressure, and the addition of effective particle size bed ma⁃terials during operation, the unit can be successfully brought to the rated load. The bed temperature decreased significantly, the average bed temperature decreased by 11 °C, and the maximum bed temperature decreased by 24 °C, which improved the safety of the stable operation of the unit. It provides a reference for the same type of circulating fluidized bed unit to solve similar problems.
Key words：supercritical circulating fluidized bed；bed temperature；primary and secondary wind ratio；coal parti⁃＊收稿日期：2023-10-15
作者简介：武志福（1974—），男，工程师，主要从事火电机组生产工作，348893683@；
张彦喆（1982—），男，工程师，主要从事火电机组调试工作，zyz57777@；
王映奇（1987—），男，工程师，主要从事火电机组调试工作，wyq5131@。

引文格式：武志福，张彦喆，王映奇.350 MW超临界循环流化床锅炉床温偏高分析及优化［J］.电力学报，2023，38（06）：508-514.DOI：10.13357/j.dlxb.2023.054.
第 6 期武志福，等：350 MW超临界循环流化床锅炉床温偏高分析及优化
cle size of incoming coal；bed pressure
0 引言
循环流化床（circulating fluidized bed,CFB）锅炉床温是锅炉的重要运行参数，直接影响锅炉安全稳定运行。

在CFB锅炉运行中，床温必须保持在其设计范围内，以保证正常的流化燃烧、最佳的脱硫效率、较少的NO x生成量和较高的燃烧效率。

床温过高，不仅会出现炉内脱硫效率降低、NO x的原始排放浓度增加、排烟温度升高及高温结焦等问题，还易导致锅炉运行的安全稳定性下降［1-3］。

然而，影响CFB锅炉床温的因素有很多，本文主要针对某350 MW超临界CFB锅炉床温偏高的问题，进行了深入分析，发现主要原因为入炉煤粒径偏离设计值、床层压力偏低、一次风机出力受限、旋风分离器分离效率下降等。

通过针对性的燃烧调整优化，使得锅炉整体平均床温有所下降，不仅解决了机组带负荷问题，同时也提高了机组运行的安全性。

1 设备及系统简介
山西某电厂锅炉为上海锅炉厂自主研发、全新设计的首台1 204 t/h 超临界循环流化床锅炉，型号为SG-1204/25.4-M4601。

锅炉主要技术规范和设计参数见表１，设计煤种及实际燃用煤种煤质分析见表２。

锅炉主要由悬吊全膜式水冷壁炉膛、汽冷旋风分离器、U型返料回路以及后烟井对流受热面等组成。

该锅炉汽水系统回路包括尾部一级低温省煤器、二级高温省煤器、水冷蒸发受热面（炉膛水冷壁、同水冷壁出口串联的水冷屏）、启动系统、后烟井包覆过热器、低温过热器、中温屏式过热器、高温屏式过热器、低温再热器以及高温屏式再热器。

锅炉采用两级配风，一次热风从空预器出口出来之后分成4个热一次风道，然后进入水冷风室，每个热一次风道内均布置一台燃烧器用于锅炉启动点火。

锅炉将原来的下二次风用热一次风代替，以提高穿透压力；前墙热一次风作为播煤风给煤根部吹扫风，热二次风进入炉膛中部环形风箱，然后分一层进入炉膛中部二次风口。

给煤系统采用前后墙联合给煤，前墙布置6个给煤口，沿宽度方向均匀布置在前墙水冷壁下部。

后墙布置4个给煤口，给煤直接给到回料腿上。

锅炉采用床上床下油枪联合启动点火方式，床上共布置6支（侧墙2支，前墙4支）大功率的点火油枪。

锅炉排渣采用中部排渣方式，在炉膛下方布置6台滚筒冷渣器［4］。

表1　锅炉主要设计参数
Tab.1　Main design parameters of boilers
参数名称
主蒸汽流量/（t⋅h−1）
主蒸汽压力/MPa
主蒸汽温度/℃
再热蒸汽流量/（t⋅h−1）再热蒸汽进口压力/MPa 再热蒸汽出口压力/MPa 再热蒸汽进口温度/℃
设计值
1 146
25.28
571
963.7
4.011
3.841
309.8
参数名称
再热蒸汽出口温度/℃
给水温度/℃
锅炉保证热效率/%
排烟温度/℃
空气量（标态）/（m3⋅h−1）
烟气量（标态）/（m3⋅h−1）
燃料消耗量/（t⋅h−1）
设计值
569
278.6
91.8
127
1 105 444
1 033 430
250表2　设计煤种及实际燃用煤种煤质分析
Tab.2　Analysis of coal quality of design coal types and actual coal types
指标
w（C）
ar/% w（H）
ar/% w（O）
ar/% w（N）
ar/% w（S）
ar，al/%设计值
34.35
2.39
9.70
0.63
1.08
实际燃用煤种
38.24
3.14
8.79
0.69
1.12
指标
M
ar，al/%
M
ad/%
A
ar/%
V
daf/%
Q
net，ar/（kJ⋅kg−1）
设计值
7.50
2.30
44.35
46.76
12 340
实际燃用煤种
7.00
2.18
41.01
23.24
14 350
509
第 38 卷电力学报2 存在问题及危害
该电厂两台锅炉BMCR 工况下设计运行床温为887 ℃，额定满负荷工况下运行床温为862 ℃，而在实际运行过程中，机组在300 MW 负荷下，炉膛下部平均床温为977 ℃，下部最高点床温为1 017 ℃，炉膛上部平均床温为975 ℃，上部最高点床温为1 013 ℃，且床温最大偏差高达117 ℃，床温测点分布如图1所示。

床温过高，不仅机组带负荷能力受限，而且会对机组正常运行带来危害，严重影响机组安全性及经济性。

2.1　床温过高导致锅炉结焦　
由于炉膛温度过高，超过灰熔点温度后，会造成局部结焦。

由图1可知，下部最低床温为224 ℃，与平均床温偏差较大，且从冷渣器排出的炉渣中存在大量焦块，随着时间推移，若不采取应对措施，焦块会越变越大，造成流化不良，锅炉结焦程度加剧，最终导致停炉。

2.2　床温过高导致分离器中心筒变形，分离效率下降　
中心筒是装在循环流化床锅炉旋风分离器上的关键部件，它对旋风分离器的分离效率起决定性作用，当炉膛出口烟气超过950 ℃时，中心筒易发生变形，而且随着温度升高，变形程度呈现指数级增加［5］。

当中心筒严重变形后会造成烟气短路，整个分离器的分离效率下降，循环物料量减少，进入烟道的可燃物增多，飞灰含碳量增大。

其一方面会造成床温进一步升高，形成恶性循环；另一方面由于烟道内可燃物增加，锅炉的安全经济性也得不到保障。

图2为该厂布袋除尘器飞灰粒径分布曲线，其中最大粒径达到107 μm ，远超
出设计值。

图1　300 MW 负荷下锅炉床温测点分布
Fig.1　
Distribution of temperature measurement points of boiler bed under 300 MW load
图2　布袋除尘器飞灰粒径分布曲线
Fig.2　Particle size distribution curve of fly ash of bag filter 510。