在LNASB燃烧器上进行褐煤掺烧的可操作因素优化

在LNASB燃烧器上进行褐煤掺烧的可操作因素优化董信光1，何国亮2，李广龙3（1．山东电力研究院锅炉所山东济南 250002；2．华能沾化发电有限公司山东滨州273400；3．山东里能集团里彦发电有限公司山东济宁273400）摘要：在600MW超临界直流锅炉旋流燃烧方式，LNASB燃烧器上进行了大比例褐煤掺烧试验，根据运行人员的实际操作习惯等，对LNASB燃烧器的操作杆，制粉系统和锅炉风量等运行可操作因素进行优化调整，使单台磨的褐煤掺烧比达到50%，并找出了这种炉型褐煤掺烧的最佳运行方式，实现了稳定燃烧，无明显结焦，经济性没有明显降低，能为其他大型旋流燃烧方式的锅炉掺烧褐煤安全运行提供有价值的参考。

关键词：超临界直流锅炉；LNASB；褐煤掺烧；可操作因素优化；Adjustable Factors Optimization of Mixed-burning with Lignite on LNASBDONG Xin-guang1, HE Guoliang2, LI Guanglong3(1.Boiler Department of Shandong Electric Power Research Institute, Jinan 250002, China; 2.Huaneng zhanhuaPower Generation Co. Ltd., Binzhou 273400,China; 3. Shandong Lineng Cooperation Liyan Power Generation Co. Ltd., Jining 273400,China)Abstract: t he mixed-burning test with big proportioning lignite has been performed on the swirling combustion and supercritical once-through 600MW boiler, the designed coal is bituminous. According to the conventional operating mode, the based experiment is carried out, then the adjustable factors of milling system, burner and FD air system have been optimized, on which the proportion lignite can meet 50%, the optimum operating mode with stable flame, no slag and good economic performance, which can be referred to mixed-burning lignite on the same type boiler.Key words:supercritical once-through boiler; swirling firing; Mixed-burning with Lignite;Adjustable Factors Optimization中图分类号：TK229.6 文献标识码：A0 前言国电某电厂两台1913t/h超临界、配低氮旋流燃烧器(LNASB)的锅炉设计煤种为兖州烟煤，但随着煤源供应的变化，单一煤种已不能保证，同时为降低运营成本和建立多煤源供应结构而掺烧价格较低的褐煤成为一种势在必行的选择，但烟煤锅炉掺烧褐煤要解决好煤种与锅炉耦合的诸多问题如掺烧方式、掺烧比例、结焦和蒸汽超温等问题。

本文根据锅炉实际运行情况，首次在600MW超临界直流、低氮旋流燃烧方式的锅炉上采用炉外掺配和炉内混烧的综合方式进行褐煤掺烧，经对可操作因素优化调整，实现了大比掺烧褐煤的稳定经济运行。

1 设备简介哈尔滨锅炉厂引进三井巴布科克能源公司技术生产的超临界变压运行直流Π型锅炉，单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，型号为HG1913/25.4－YM3。

设计煤种为兖州烟煤。

制粉系统为中速辊式磨正压直吹系统，磨煤机型号为ZGM113N中速磨，共6台，每台供一层燃烧器。

锅炉燃烧方式为前后墙对冲燃烧，前、后墙各布置3层LNASB（Low NOx Axial Swirl Burner）低NOX 轴向旋流燃烧器，每层各有5只，共30只。

在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃烬风口，每层布置5只，共10只燃烬风口。

前墙最下层(B层燃烧器)安装了等离子点火系统，其余燃烧器均配有一只油枪，用于点火和助燃。

制粉系统与燃烧器的对应关系为：燃尽风(前墙)，燃尽风(后墙)磨D-ROW 3（前墙上层），磨A-ROW 6（后墙上层）磨C-ROW 2（前墙中层）, 磨F-ROW 5（后墙中层）磨B-ROW 1（前墙下层），磨E-ROW 4（后墙下层）2 关键技术分析2.1燃煤特性分析褐煤是煤炭资源中形成时间较短的煤种,属于高水分、高挥发分、灰溶点低、易结渣、易沾污、易爆煤种。

高挥发份可保证较易着火，但也易造成着火距离太短而烧损火嘴；可磨性较差，使煤粉细度较大，增加未燃尽损失[1-3]和高水分对制粉系统也是一个考验，表1是设计煤种和褐煤的组分分析。

根据以往掺烧经验，不同煤质混合后的颗粒燃烧过程中相互影响，相互制约，燃烧特性不是组分煤种的简单叠加，难以简单地由掺烧比例预知燃烧特性[4]，加上系统和设备的多变性，混煤掺烧应重点放在实际掺烧的实践上，在运行中进行优化和调整。

表1 燃煤特性项目设计煤种褐煤收到基碳 %收到基氢 %收到基硫 %收到基氧 %收到基氮 %收到基灰分 %收到基水分 %空干基水分 %干燥无灰基挥发分 % 收到基低位发热量 % 59.343.750.588.240.8518.748.52.7539.122280037.782.800.3011.430.5516.6430.5014.7147.7914020图1 燃烧器结构示意图2.2运行可控因素分析就这台锅炉来说，运行人员为掺烧褐煤所能操作和调整的可控因素即运行可控因素为：制粉系统中的磨辊加载力和磨热风门开度；燃烧器的二次风旋流强度，三次风比例和中心风风量，其中二次风旋流强度和三次风比例均通过调节杆来调整，运行人员可通过调节杆位置来定性判断二次风的旋流强度和三次风的比例，中心风风量通过中心风电动挡板开度来控制中心风量，可参见图1燃烧器结构示意图；锅炉风量的调节主要是针对运行氧量和燃尽风量来进行调整。

2.3 掺烧方案设计掺烧褐煤基本原则是锅炉热效率不发生大幅度降低，同时不需对锅炉和辅机进行设备改进造而直接进行掺烧，因此掺烧过程中受制因素为制粉系统出力和燃烧器壁温。

首先进行制粉系统的运行可控因素进行调整和优化，然后燃烧器的调整，保证燃烧器壁温不超温、不烧损，然后进行整体的燃烧优化，再进行氧量和燃尽风的调节。

为保证机组稳定运行并不影响机组带负荷和快速调整负荷的要求，综合炉外和炉内掺烧的方法[5-7]，采用炉外掺混炉内分磨燃烧的方式，B层和E层使用设计煤种，特别是B层燃烧器装有等离子点火系统可起到稳燃作用，在C层和F层进行混煤掺烧，A层和D层由于出力较小或不投运，不进行掺烧褐煤。

为明显比较各掺烧比例对锅炉影响，根据运行人员当前的操作习惯设计一个全面的摸底试验作为基础工况，主要测试包括锅炉热效率，制粉系统出力和锅炉辅机的运行状况等[2,7],再进行褐煤掺烧的调整和优化，全部试验工况设计见表2。

2.3基础工况试验分析基础试验是在运行人员习惯性操作模式下进行，习惯运行方式为:制粉系统保持磨煤机加载力投自动，分离器挡板开度不变，一次风速27m/s；燃烧器调节杆处在原始位，辅助风投自动，SOFA风的开度保持20%，氧量为3.5%送风投自动，机组电负荷选用600MW，各煤仓的上煤种类参见表1中的基础工况。

对基础工况进行分析计算发现，在设计煤种下，锅炉的经济性较好能达到设计值，制粉系统出力达到额定出力并且还有余量，燃烧器壁温不超温，过燃风风量在20%时，NOX排放在398mg/m3。

下一步褐煤掺烧优化试验是以基础试验工况结果作为比较和分析的基础，在此基础上进行比较和对运行可控因素进行调整。

3 掺烧褐煤的优化调整首先进行制粉系统的调整，目的是使制粉系统在不进行设备改动的情况能掺烧一定比例的褐煤安全稳定运行，调整期间为保证燃烧器壁温不超温，对燃烧器的调风器作相应调整，其他参数同基础工况；燃烧器的调整是在制粉系统试验取得的褐煤掺烧比下进行寻找各调风器对燃烧器壁温的影响规律，找出最佳的调风器位置；总风量的寻优是在以上两项调整基础上进行氧量的调节；过燃风调整在掺烧褐煤的情况下，过燃风量与NOx排放的相关性。

具体试验工况可见表2。

表2 优化调整试验工况列表工况名称运行可控因素参数变化情况C煤仓[1] F煤仓基础工况习惯性操作模式/ 0%[2] 0%[1]制粉系统优化工况磨辊加载力加载力1 20 0加载力2 40 0加载力3 50 0加载力4 60 0 磨煤机热风门开度开度1[3] 50% 50%开度2 50% 50%开度3 50% 50%开度4 50% 50%燃烧器优化工况三次风调节杆开度-15cm 50% 50%0 50% 50%+15cm 50% 50% 二次风调节杆开度-15 50% 50%0 50% 50%+15 50% 50% 中心风挡板开度10 50% 50%30 50% 50%45 50% 50%送风量优化工况运行氧量氧量：2.0% 50% 50% 氧量：2.5% 50% 50% 氧量：3.0% 50% 50% 氧量：3.5% 50% 50% 氧量：4.0% 50% 50% 氧量：4.5% 50% 50%过燃风优化工况过燃风量过燃风挡板开度：20% 50% 50% 过燃风挡板开度：30% 50% 50% 过燃风挡板开度：40% 50% 50%注: [1]由于仅在C和F磨中掺烧因此表中仅列出了C和F仓的褐煤掺烧比，其他煤仓为设计煤种;[2]比例数为褐煤所占比例;[3]热风门开度是在磨煤机出口风温稳定在65℃情况下开度变化;3.1制粉系统的调整优化[5-6]由于磨煤机设计煤种为烟煤，在掺入褐煤后，其运行方式或状态将发生变化，因此制粉系统的调整优化的目的是不做任何设备改动，运行人员通过对制粉系统的可控因素找到磨煤机所能承受的最大褐煤掺配比，观察磨辊加载力，煤粉细度，制粉单耗，磨煤机出口温度等参数变化，使制粉系统能够安全稳定的运行。

磨辊加载力是随给煤量的变化自动调节的，但设计煤种为烟煤，在掺入褐煤后需要解除自动改为手动调节，由于褐煤可磨性比烟煤差，而且混煤的可磨性趋向于难磨的煤种[7]，因此制粉系统优化调整方法为：保持磨煤机在额定出力，随着褐煤的掺入，通过调节磨辊加载力和热风门开度来保持煤粉细度R90=30%，磨煤机出口为65℃。