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基于CO控制的電站鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)

工程系統(tǒng)現(xiàn)狀

燃煤鍋爐的運(yùn)行效率對(duì)煤耗量有直接的影響。因此鍋爐機(jī)組保持在最高效率點(diǎn)運(yùn)行有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外, 在燃煤鍋爐中還有其它許多因素要求對(duì)燃燒過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控, 例如, 爐內(nèi)風(fēng)粉分配不均勻或混合不良, 將造成局部的還原性氣氛, 加速水冷壁管的腐蝕和結(jié)渣, 或者造成過(guò)熱器、再熱器管壁超溫。為了減少煙氣中NOx的排放, 要求鍋爐在較低的過(guò)量空氣下運(yùn)行。因此, 必須進(jìn)行鍋爐運(yùn)行的燃燒優(yōu)化, 即根據(jù)燃燒過(guò)程優(yōu)劣的指標(biāo), 對(duì)影響燃燒工況的主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn), 使燃燒過(guò)程達(dá)到安全可靠、高效、低污染的要求。

在鍋爐運(yùn)行效率的各項(xiàng)熱損失中, 實(shí)際上只有兩項(xiàng)可以控制, 即排煙熱損失和燃料的不完全燃燒損失, 爐膛過(guò)量空氣是燃燒控制的關(guān)鍵。若能細(xì)致地控制風(fēng) 、粉比率, 鍋爐可用比較低的過(guò)量空氣運(yùn)行, 使排煙熱損失減少, 并且由于排煙溫度的降低, 總的熱損失會(huì)減少的更多一些, 送吸風(fēng)機(jī)的能耗也相應(yīng)減少。但減少燃燒空氣量卻又會(huì)使氣體和固體不完全燃燒熱損失增加, 因此, 爐內(nèi)燃燒過(guò)程的優(yōu)化控制實(shí)質(zhì)上是對(duì)排煙熱損失、送吸風(fēng)機(jī)的能耗與氣體、固體不完全燃燒熱損失三者予以協(xié)調(diào)。而要達(dá)到良好的燃燒控制及最佳的燒燒效率, 就要求很好地組織各個(gè)燃燒器的配風(fēng)工況, 精確地控制煙氣中的化學(xué)成分。普通的鍋爐燃燒控制系統(tǒng), 是基于蒸汽、空氣流量比率控制。根據(jù)蒸汽壓力的變化改變?nèi)剂狭? 同時(shí)改變送風(fēng)量以維持適當(dāng)?shù)目諝狻⑷剂媳嚷省５? 燃料量與空氣量總是有較大的變動(dòng), 而且鍋爐設(shè)備的狀態(tài), 諸如漏風(fēng)等因素常常使這一比率遠(yuǎn)離原來(lái)的設(shè)定點(diǎn)。這時(shí), 司爐不得不憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)這一比率。

因此, 必須要有另外的監(jiān)控手段,即煙氣成分分析。過(guò)去曾用煙氣中的O2 作為鍋爐燃燒調(diào)整的依據(jù), 但它與燃料種類(lèi)有很大的關(guān)系, 因?yàn)椴煌臒显谙嗤倪^(guò)量空氣下燃燒時(shí), 煙氣中的O2 含量是不同的, 因而根據(jù)煙氣中的O2含量控制燃燒是不確切的。近二、三十年較多地用煙氣中的氧量作為控制訊號(hào), 但這種方法仍存在著不少缺點(diǎn)。己有的研究結(jié)果表明, 采用CO檢測(cè)控制燃燒是一種更科學(xué)的先進(jìn)技術(shù), 在大型燃油鍋爐的運(yùn)行中, 早已被證明是十分有效的。在大型燃煤鍋爐的運(yùn)行中, 同樣也證明是一種優(yōu)化燃燒工況的有效方法。

燃燒優(yōu)化調(diào)整

燃燒優(yōu)化調(diào)整，即根據(jù)燃燒過(guò)程優(yōu)劣的指標(biāo)，對(duì)影響燃燒工況的主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，使燃燒過(guò)程達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效、低污染的要求。

影響燃燒工況的主要因素：即入爐煤質(zhì)特性、總風(fēng)量、配風(fēng)方式和制粉系統(tǒng)特性等，其中對(duì)風(fēng)量的優(yōu)化控制最為復(fù)雜。因?yàn)閷?duì)風(fēng)量的控制直接影響鍋爐運(yùn)行氧量的變化，而運(yùn)行氧量的變化不僅直接影響排煙熱損失、氣體和固體不完全燃燒熱損失及鍋爐熱效率的變化；它還會(huì)引起其他運(yùn)行參數(shù)的改變，送風(fēng)機(jī)總電耗、引風(fēng)機(jī)總電耗、汽溫和減溫水特性等，同時(shí)氧量的變化也會(huì)影響鍋爐運(yùn)行的安全性，如結(jié)渣和高溫腐蝕等。

基于CO的控制

CO生成特性:當(dāng)爐內(nèi)局部區(qū)域運(yùn)行在低于化學(xué)當(dāng)量配風(fēng)時(shí)，即只有當(dāng)煙氣中的過(guò)量空氣系數(shù)接近于1時(shí)，才會(huì)產(chǎn)生較多的CO(>100ppm)，在此范圍較小的氧量波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致CO指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。在大型鍋爐爐膛內(nèi)，燃料/空氣比率及其分布不可能十分完善，也不可能靠一般的爐內(nèi)混合過(guò)程來(lái)糾正這種不均勻狀態(tài)，因此對(duì)于爐內(nèi)這種局部缺氧現(xiàn)象用煙氣中的CO監(jiān)測(cè)技術(shù)予以探測(cè)是非常有必要的，而檢測(cè)省煤器出口平均氧量對(duì)此則是無(wú)能為力的。

基于CO控制的鍋爐運(yùn)行優(yōu)化優(yōu)點(diǎn)

? 煤種適應(yīng)性更好

? 爐內(nèi)混合特性的監(jiān)控

? CO含量與飛灰可燃物、排煙熱損失及過(guò)量空氣之間存在著一定的關(guān)系

? 安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的統(tǒng)一

? 臨界點(diǎn)以上O2時(shí)，CO的變化非常平緩。因此提出“CO控制為主、氧量控制為輔”的燃燒調(diào)整新理念。

? 通過(guò)對(duì)CO含量進(jìn)行檢測(cè), 可使燃煤鍋爐在較低的過(guò)量空氣下運(yùn)行, 提高鍋爐效率, 而又不會(huì)因爐內(nèi)局部缺風(fēng)產(chǎn)生嚴(yán)重的爐內(nèi)結(jié)渣或水冷壁管金屬腐蝕

? 在引風(fēng)機(jī)出口煙道進(jìn)行單點(diǎn)取樣分析, 該處飛灰含量已大大減少, 同時(shí)又沒(méi)有煙氣成分分層的問(wèn)題, 漏風(fēng)對(duì)測(cè)得的CO濃度的影響也很小, 而且取樣系統(tǒng)可大大簡(jiǎn)化

? 對(duì)于高硫燃料, 可減少過(guò)量空氣,從而使SO2 氧化成SO3 的數(shù)量減少, 進(jìn)而減輕尾部受熱面的酸腐蝕。

? 采用CO檢測(cè), 可以發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)局部缺風(fēng)現(xiàn)象,進(jìn)而尋找爐內(nèi)風(fēng)粉配合局部不均的根源, 獲得更加均勻的燃燒工況。

CO在線(xiàn)監(jiān)控形式優(yōu)劣對(duì)比

由于我國(guó)電站鍋爐燃煤多變，實(shí)際運(yùn)行中控制的氧量往往容易偏離最佳氧量，容易造成熱效率偏低和NOx排放增多。CO濃度對(duì)總風(fēng)量的反應(yīng)十分敏感，特別是在臨界點(diǎn)附近，氧量的微小變化就會(huì)導(dǎo)致CO濃度的急劇變化。CO含量與飛灰可燃物、排煙熱損失等存在一定的關(guān)系，利用CO的監(jiān)測(cè)，可以使鍋爐在保證局部不缺氧的前提下保持較低的過(guò)量空氣下運(yùn)行，可以提高鍋爐效率，而又不會(huì)因爐內(nèi)局部缺氧造成結(jié)渣和高溫腐蝕等。

通過(guò)某工程實(shí)例論證了基于CO控制的燃燒調(diào)整的必要性。基于CO控制的燃燒調(diào)整，可以提高鍋爐運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，避免鍋爐燃燒生成大量CO，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)爐內(nèi)燃燒兩側(cè)的不均勻性，而這些在當(dāng)前電站鍋爐只有空預(yù)器入口O2監(jiān)測(cè)的狀況下是無(wú)法及時(shí)實(shí)現(xiàn)的，因此基于CO控制的電站鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化非常有必要。

該工程某臺(tái)電站鍋爐基于CO控制的燃燒調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用基于CO控制的燃燒調(diào)整優(yōu)化技術(shù)，鍋爐熱效率能提高0.4%，同時(shí)NOx排放降低20%。通過(guò)CO的測(cè)試，確定了鍋爐運(yùn)行中的最低運(yùn)行氧量，避免了CO排放大幅度升高而影響鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

使用案例

國(guó)內(nèi)某600MW機(jī)組鍋爐為DG-2070/17.5-II4型亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的∏型汽包爐。設(shè)計(jì)煤種是準(zhǔn)格爾煙煤。尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣分流擋板調(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。

? 制粉系統(tǒng)為中速磨正壓直吹式系統(tǒng)，磨煤機(jī)型號(hào)為HP1103型中速磨煤機(jī)，共6臺(tái)。燃用設(shè)計(jì)煤種BMCR工況時(shí)，五臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)備用。煤粉細(xì)度為R90＝20％。

24h內(nèi)每隔一分鐘的鍋爐負(fù)荷、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)果（O2和CO）的變化趨勢(shì)

經(jīng)濟(jì)性分析

? 按600MW機(jī)組年利用小時(shí)5000h計(jì)算燃煤總量100萬(wàn)噸，供電煤耗平均降低約2g/kwh，年節(jié)約標(biāo)煤0.6萬(wàn)噸，按標(biāo)煤價(jià)格500元計(jì)算，年經(jīng)濟(jì)效益300萬(wàn)元。

? 環(huán)保社會(huì)效益