裴庆春
(中国大唐集团科技工程有限公司，北京 100097)
摘要：文章介绍了一套较为先进的平衡各燃烧器煤粉流量的燃煤锅炉燃烧优化系统，并通过在国外电站锅炉的实际应用案例，进行了系统改造前后的性能对比和经济性分析。
关键词：煤粉流量;燃烧优化
中图分类号：TM611
我国电站燃煤锅炉运行普遍存在效率较低，污染物排放偏高的问题，不管锅炉是有常规的燃烧系统还是有更为先进的分层燃烧系统，要使锅炉的性能达到最佳水平，在每一层上都需要有良好的空间燃烧条件。在现行的锅炉设计中，采用有效技术对锅炉内燃烧流场进行测量和精确控制是项极具挑战性的工作。因此，国内外的众多研究机构都把精力集中在测量并平衡燃烧器的煤粉流动情况，以及通过测量排出的一氧化碳水平来调整锅炉燃烧的空气分配。目前,锅炉燃烧器间煤粉分配为粗调节水平，分配不均匀。风粉分配不均的危害有：锅炉效率降低，受热面局部高温腐蚀或结焦、爆管，管道煤粉沉积，堵管，煤耗增高，氮氧化物排放增加。
美国通用电气公司(GE)并购的原隶属于美国国家环保局的能源与环境研究中心(Institute for Energy and Environmental Research)，通过技术整合和试验研究，开发出了一套煤粉流平衡锅炉燃烧优化系统，已经在美国和英国的几家电厂经过几年的运行，效果良好。
1 燃烧优化系统介绍
GE燃煤锅炉燃烧优化系统的工作原理是通过对锅炉煤粉流量和燃烧状况的监测反馈，自动控制燃烧器燃料的均匀分配，调整燃烧室区域空气/燃料比率，使燃烧稳定均匀，减少过热点，减少延迟燃烧。该系统可以自动平衡各燃烧器的煤粉流动情况，并通过快速的系统性方法，测量并调整锅炉内的空气流动。
燃烧优化系统包括煤粉流调节器、煤粉流监测器、燃烧监测系统和控制系统等四部分设备。
图1 燃烧优化系统工作流程
煤粉从磨煤机磨碎后出来，各出粉管加装煤粉流调节器和监控器，煤粉进入锅炉燃烧，燃烧监测系统对锅炉燃烧状况进行监测，通过对燃烧状况和煤粉流量的监测反馈，燃烧优化控制系统自动调整燃烧器燃料的分配，优化燃烧。控制系统还将信号提供给锅炉DCS系统，对风量优化配比。
煤粉流调节器和煤粉管道的连接是坚固的焊接结构，采用有陶瓷耐磨涂层的双芯可调叶片对各煤粉管道的煤粉流量进行调节，可以有自动、手动两种调节方式。
煤粉流监测器采用微波测量技术，可以实现在线连续的燃烧器煤粉管流量、流速监测，传感器可靠、耐用、扫描率高，采用优质宽带屏蔽的同轴传输线信号传输，传输衰减小，抗干扰能力强。
燃烧监测系统的探针安装在锅炉尾部省煤器前的烟道上，对一个平面的温度、氧量和一氧化碳量进行数据监测。
燃烧优化系统的控制系统是GE公司的专利技术，通过对燃烧和煤粉流的各项监测数据的记录、分析、计算、诊断，快速对各煤粉管道上的煤粉流调节器发出调节信号，并且通过网络输出信号给DCS，控制锅炉燃烧室内的风量。
GE的这套燃烧优化系统基于传感器信号，自动连续调优燃料分配，调整燃烧室区域空气/燃料比率，减少氧气过量，减少过热点，减少飞灰可燃物，可以达到优化锅炉燃烧的效果。
2 应用实例
2002年，在美国向日葵电力公司的堪萨斯州霍尔科姆电厂(Sunflower Electric Power Cooperative，Holcomb)2号机组一台磨煤机的5根煤粉管道上试用了煤粉流调节器和监控器，收效不错。2003年将整套锅炉燃烧优化系统应用于1号机组，运行一年后进行试验和评测，取得较好效果。
2.1 设备基本情况
向日葵电力公司的霍尔科姆电厂1号机组，巴威倒“U”型燃煤锅炉，巴威低氮燃烧器，设计效率90%，机组额定发电量387MW。锅炉燃用河流盆地劣质煤(Powder River Basin Coal，美国常用煤种，含灰量15%～35%，成份基本相当于我国较次的贫煤)，燃烧器前后墙对冲布置，共5台磨，每台磨带5条给粉管道。
由于燃烧煤种较差和燃烧器各给粉管道的煤粉量偏差较大(最大偏差达到平均值的30%以上)，造成炉膛出口烟温偏差平均差值80℃，炉膛排烟温度较高，受热面结焦严重，导致了锅炉运行效率87.3%，机组出力受限，发电量仅为375MW，飞灰可燃物含量5.4%，NOx排放量600mg/Nm3。2002年一年中，由于清理锅炉炉膛严重结焦，致使机组非计划停运时间一周以上。2.2安装优化系统后运行情况
2003年9月，机组在检修过程中锅炉加装了整套的燃烧优化系统，停炉安装工期10天。运行一年后，对锅炉进行了全面的试验和评测，锅炉运行效率提高了2.7%，达到89.66%，飞灰可燃物含量减少到4%，NOx排放量512mg/Nm3，下降了约15%。一年来，各燃烧器给粉管道煤粉量偏差控制在10%以内，炉膛内基本没有结焦情况的发生，炉膛排烟温度下降，两侧烟温偏差平均值17℃，锅炉出力提高，机组发电量达到387MW。2.3 效益
1)成本投入：
本项目设计、供货、安装、组态、调试，共计费用100万美元。
2)直接经济效益：
a提高机组发电容量12MW，每年多收入电费100万美元;
b 每年避免计划外停运一周，经济效益50万元。
共计经济效益150万美元，成本收回周期为8个月。
3)间接效益：
a锅炉效率提高，飞灰可燃物下降，降低了燃煤成本;
b NOx排放量下降15%，降低了排污费用，还收到了良好的社会效益。
3 结语
煤粉流平衡是确保均衡燃烧的关键所在，煤粉流的平衡对提高燃烧效果的作用众所周知。能够达到精确测量并不断修正煤粉流动偏差的能力，进而影响锅炉燃烧提高锅炉效能，是一项激动人心的进步。GE锅炉燃烧优化系统内的煤粉流调节器、煤粉流监测器、燃烧监测系统都有着单独使用的众多成功案例，与有专利技术的控制系统整合后，系统内各部分相辅相成。通过近几年在国外十余台锅炉的应用，该系统能够达到平衡煤粉流量、提高锅炉效率、降低飞灰可燃物、降低氮氧化物排放、提高锅炉可用性的良好效果。
作者简介：裴庆春(1979— )，男，助理工程师，主要从事电厂锅炉检修技术管理工作多年。