基于经济性和环保特性的燃煤电站锅炉运行氧量优化试验研究

第 4 2 卷第 6期 2 0 1 1年 1 1 月 锅 炉 技术 BOI LER TECH NOI 0GY Vo I 4 2，NO 6 De c ，2 O1 1 文章编 号 ： C N3 11 5 0 8 ( 2 0 1 1 ) 1 1 0 0 4 1 0 4 基 于经济性和环保特性 的燃煤 电站锅炉 运行氧量优化试验研究 殷 立 宝 ( 广东 电网公 司电力科 学研究 院 ，广东广州 5 1 0 0 8 0 ) 摘要 ： 以广东某 电厂6 0 0 Mw燃煤机 组为研究对象 ， 在确保机组安全运行 的前提下 ， 对机组 的运行 氧量进 行优化 ， 取得 了良好 的经济效益 ； 试验方法没有局 限于锅炉本 体 ， 试 验过程 中还考虑 了脱硫 系统运行 的经济 性 以及机组 的环 保特性 ， 与传统 的同类型试验相 比 ， 进一步扩展 了试验视角 ； 考 虑问题更加 全面 ； 对 同类 型机 组开展优化试验有一 定的参考价值 。 关键词 ： 氧量 ；优化 ；环保 ；脱硫 中 图分 类 号 ： TK2 2 9 2 文 献 标 识 码 ： A 0 前 言 机组 运行 的 负荷 必 须满 足 电 网运 行 的 安全 ， 随着 电 网装机 容量 的 日益增 大 ， 电 网 的调 峰 深 度 也越来越大 ， 作 为发电企业 ， 若要 提高机组运 行 的整体经济性 ， 有必要深度挖掘机组在各个负荷 阶段运行的优化运行方式 。 氧量偏高会导致排烟热损失增加 ， 影响汽温 调 节 ； 氧量 偏低 ， 容 易 导致 灰 渣 可 燃 物含 量 增 加 ， 还 容易 在 水 冷 壁 区域 产 生 还 原 性 气 氛 导 致 高 温 腐蚀 ； 合理 的氧量对机组 的安全、 经 济运行非 常 重 要 。 近年来如何确定 锅炉最佳运行 氧量取得 了 一 定成 果 ， 主 要 采 用 2种 方 法 ， 一 种 是 建 立 数 学 模型， 利用遗传算法等数学工具进行寻优 1 ； 另 一 种方 法是 通 过 现 场 实 际测 试 _ 3 ， 通 过 计 算 结 果 确定 最佳 运行 氧量 。 本 文 以广 东某 电厂 6 0 0 Mw燃煤 机 组 为研 究 对象， 通过测试各个负荷点不 同氧量下机组 的经 济性 指 标 ， 不 但 通 过 计 算 锅 炉 效 率 、 风 机 电 耗 等 对运 行 氧量进 行 寻优 ， 而且 对 氧 量变 化 后 对 锅 炉 污染 物 排 放 、 脱 硫 系 统 运 行 电 功 率 进 行 了综 合 评估 。 该锅 炉 由某 锅 炉 厂 生 产 ， 型 号 为 S G一 2 0 2 6 1 7 5 - M9 0 5 ， 是一次 中间再 热控制循环 汽包 炉 。 采 用 单 炉 膛 、 平 衡 通 风 、 兀 型 炉 、 露 天 布 置 ， 全 钢 架悬 吊 构 架 ， 固 态 排 渣 。 锅 炉 采 用 正 压 直 吹式 制 粉 系 统 ， 燃 烧 器 是 四 角 切 圆燃 烧 摆 动 燃 烧 器 。 1 试验过 程简述 试 验 分 别 在 3 5 0 Mw 、 4 0 0 MW 、 4 5 0 MW 、 5 0 0 Mw 、 6 0 0 Mw 负荷 下 进 行 ； 氧 量 测 点 位 于省 煤器 出 口和空气 预热 器进 口烟 道之 间 ； 每 个 工况 进行 3个 氧量 的试验 详 见 图 1 ， 首先 在 D C S内部 设定的氧量下进行 1 个工况 ， 然后在此基础上降 低氧量进行 2 个工况的试验 。试验期间， 锅炉主 要燃用神混 1 号煤， 也掺烧神混 2号煤和准 2煤 ， 煤质参 数见 表 1 。 咖1 口 丑 露 机组负荷 M W 图 1 不同负荷的机组氧量曲线 收稿 日期 ： 2 0 1 00 82 0 ； 修回 日期 ： 2 0 1 0 0 9 0 2 作者简介 ： 殷立宝( 1 9 7 7一 ) ， 男， 高工， 硕士， 主要从事大型燃煤机组调试、 锅炉燃 烧及辅机性能方面的试验研究 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 锅 炉 技 术 第 4 2 卷 表 1 入 炉煤主 要参 数 项 目 神混 1号 神混 2号 准格尔 2号 M M A S H Q ( MJ k g ) t ， l 5 8 6 8 9 3 2 91 8 O 46 3 75 2 3 42 1 1 40 1 6 6 7 9 11 9 2 9 O1 O 6 8 3 6 6 2 2 07 1 1 8O 1 O 6 4 2 24 6l 2 6 9 7 0 4 8 4 8 8 1 9 5 5 1 4 00 2试验结果分析 2 1不 同氧量 下飞灰可 燃物 的变 化 从图 2 可以看出， 降低氧量后 ， 飞灰可燃物有 一 定程度 的提高 ， 但 仍然处 在 比较低 的水平 ， 均不 超过 0 4 ， 对锅 炉效率 的影 响 比较小 。对 于该机 组 ， 飞灰 每增 加 0 1 ， 锅 炉效率 降低 约O 0 1 。 簦 窟 ： = ： ，J - f 2 - z 7 ： + D c s 基准氧 量 -I - - 初次 降氧量 + 深度降 氧量 图 2 不 同氧量下 飞灰 可燃 物变化 曲线 2 2 不 同氧量 下排 烟温 度 的变化 从 图 3可 以看 出 ， 在 不 同 负荷 下 ， 排 烟 温 度 在 1 2 5 1 3 9 之 间 变 化 。随 着 氧 量 的 降 低 ， 送 风温 度修 正后 烟气 温 度 的变 化 规律 并 不 明显 ， 初次降氧量 ， 各个负荷点 的排烟温度整体呈升高 的趋势 ， 深 度 降 氧 量 后 ， 各 个 负荷 点 的 排 烟 温 度 略有下降。这事 由于随着氧量降低 ， 使得对流放 热系数 减小 ， 会使 排烟 温度 有所升 高 。 赠 晕 图 3 不同氧量下排烟温度变化曲线 2 3 不 同氧量 下 q 2 +q 的 变化 从 图 4可 以看 出 ， q +q 在 5 1 至 5 8 之 间 ； 随着 氧量 的降低 ， q +q 呈下 降 的趋势 ， 下 降 幅度最高 0 5 ； 说 明 氧量 的降 低 对 提 高锅 炉效 率 有显 著 的作 用 ； 这 主要 是 由 于 降 低 氧 量 后 ， 灰 可燃 物变 化 不 大 ， 而 烟气 流 量 下 降 明 显， 排 烟 热损失的降低起到了主导作用 。 5 9 5 8 5 7 5 6 + 5 5 5 4 5 3 5 2 5 1 +D C S 基 准氧量 一 一 一= = = 一 一 r _ 、 、 l I 4 O 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 ( ) 机组负荷 M W 不 同氧量下 q 。 +q 变化曲线 2 4 不 同氧量 下锅炉 效率 的变化 从 图 5可 以看 出 ， 3 5 0 MW 至 6 0 0 Mw负 荷 区 间 ， 锅炉低 位热 效率 在 9 3 8 至 9 4 5 之 间 ； 通 过 降低锅 炉 运 行 氧 量 ， 锅 炉 效 率 能 够 得 到 提 高 ， 提 高 幅度 在 0 O 5 2 区 间 ； 折 算 到供 电煤 耗 为0 g 1 6 6 g 。 薅 躲 广 一 一， f r _ - D C S 基准氧量 -I I - - 初次降氧量 +深度降氧量 机组负荷 MW 图 5 不 同氧量下锅炉效率 的变化 曲线 2 5 不 同氧量下烟气 流量和脱硫有功功率 的变化 从 图 6 、 图 7可 以 看 出 ， 3 5 0 MW 至 6 0 0 MW 负荷 之 间 ， 烟 气 流 量 在 1 4 0 02 0 0 0 k Nm h之 间 ， 脱硫 系统 消耗 的有 功功 率 在3 8 0 0 6 3 0 0 k W 之间 。随 着 氧 量 的下 降 ， 烟 气 流 量 有 显 著 的下 降 ， 不 但降 低 了对 受 热 面 的 磨 损 ， 而且 有 效 的 降 低 了脱 硫 系统消 耗 的有功 功 率 ， 脱 硫 系统 消 耗 的 有功 功率可 以下 降1 6 0 5 0 0 k W 。 4 O 图 拍 ， l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 殷 立宝 ： 基于经济性和环保特性 的燃煤 电站锅 炉运 行氧量优 化试验研究 4 3 暑 Z 删 骚 毒 糕 诞 垛 慑 婆 昌 Z 坷 口 1 谤 璺 9 8 0 9 6 0 9 4 0 9 2 0 机组负荷 MW ( a 】 不 同氧量下烟气流量 的变化 +D C S 基准氧量 墨 兽 ， P ， 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0 机组负荷 M W ( b ) 不同氧量下脱硫系统消耗功率的变化 图 6不同氧量下烟气流量和 脱硫有功功率 的变化 曲线 2 2 2 2 4 2 6 2 8 3 氧量， 图 7 6 0 0 Mw负荷下不同氧量下的烟气流量 2 6 不 同氧 量下 N O 排 放 的变化 从 图 8可 以 看 出 ， 通 过 测 量 空 预 器 进 口 的 NO ， 在不同负荷下 ， 通过降低氧量 ， NO 均有一 定程度 的下 降， 一 般可 以下 降 1 0 6 0 mg Nm。 ( 折算到 6 O ) ； 从 而可 以看出， 降低氧量后 ， 不 但 取得 了经 济效 益 ， 也 可 以取得 环保 效益 。 删 磐 Z 。 = = = P c 彝 一 一 初 次 降氧 量 +深度降氧量 图 8不同氧量 下 N O 排放的变化 曲线 3 结 论 ( 1 )机 组 运 行 氧 量调 整 后 ， 锅 炉效 率 显 著 提 高， 锅炉侧辅机功率和脱硫系统消耗 的功率明显 下降 ， 节能 的效果 比较显著 ； 供 电煤耗最多可 以 降低 1 6 6 g ( k W h ) ( 2 )通过降低机组运行 氧量 ， 烟气流量相应 下降 ， 从而降低 了烟气对受热面管屏 的磨损， 延 长了受热面的使用寿命 ， 提高了机组长期 运行 的 可靠性 。还使得对 流放热系数减小， 会使排烟温 度 略有 升高 。 ( 3 )机组运行氧量调整后， NO 的排放降低 了 1 0 6 0 mg Nm。 ， 因此 不 但 取得 了经 济 效 益 ， 而且还可以得到环保收益。 ( 4 )测 试期 间 ， 而且 炉 膛 没 有 发现 结 焦 恶 化 的迹象 。 ( 5 )本文没有局限于锅炉本体的经济性和安 全性 ， 还考虑 了脱硫系统 的功耗 ， 试 验方法可 以 推广 到同类 型机组 。 参考 文献 ： 1 苍 国超 ， 吴海姬 ， 王雷 ， 司风琪 ， 徐 治皋锅炉运行氧量基准值 确定方法 的研究 E J 锅炉技术 ， 2 0 0 8 ， 3 9 ( 2 ) ： 2 2 2 5 2 孔德奇 ， 谷俊杰 ， 李洋 ， 田进 基 于氧量软测 量的锅 炉在线燃 烧优化控制 J 仪器仪表学报 ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 6 ) ： 5 3 0 5 3 2 E 3 3杨震 ， 庄恩如 ， 曹子栋6 0 0 Mw超 临界直流锅炉的燃烧调整 试验 E J 动力工程 ， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 4 ) ： 5 0 2 5 0 6 4 沙志强 ， 王敏文， 杜建东 ， 钱庆培氧量与锅炉 主要运行指标 的试验关系E J 能源研究与利用 ， 2 0 0 3 ( 6 ) ： 2 0 2 2 St u dy o n Op er a t i o n Ox y ge n Ba s e d o n E f f i ci e n c y a n d P ol l u t a n t Di s c h a r g e YI N Li b a o ( Po we r Re s e a r c h I ns t i t ut e o f Gu a ng do ng Po we r Gr i d Co r p or a t i on ，Gua n gz h ou 51 00 8 0，Chi na ) 咖 咖 咖 7 6 5 4 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 4 锅 炉 技术 第 4 2卷 Ab s t r a ct ： I n t h i s p a p e r ，op t i mi z a t i on t e s t o n op e r a t i ng ox y ge n o f s ome 6 0 0 M W u ni t i s c a r r i e d ou t ba s e d o n t h e s a f e a nd s t a b l e op e r a t i o n，t he ge ne r a t i o n l i e s i n Gua n gd o ng Pr o vi n c e Re ma r ka b l e e c o no mi c e f f i c i e nc y ha s be e n a c hi e ve dBo t h t h e de s u l f ur i z a t i o n s y s t e m a nd NO e mi s s i on a r e i nc l u d e d be s i d e b o i l e r，c o mpa r i ng wi t h t he t r a di t i o na l me t ho d， t h e t e s t a d v a n c e s t h e b o u n d a r y o f o p t i mi z e d o b j e c t I t mi g h t b e r e f e r e n c e d i n o t h e r o p t i mi z a t i o n t e s t o n t he a l i ke c o a l f i e d ge ne r a t i o n Ke y wor d s： ox y ge n； o p t i mi z e； e nv i r o nme nt a l pr o t e c t i on；d e s u l f u r i z e ( 上接 第 4 O页) 4 结 论 ( 1 ) 评 述 了几种 控制 N O 排 放 的方 法 ， 其 中 选择性 催化 还原 法 虽然 脱 硝 效率 高 ， 但 运 行 费用 昂贵 ， 还 不 适 合 在 我 国推 广 ； 在 O 。 C O 气 氛 下 ， 采用 烟气再 燃技 术 ， 可 以综 合 利 用 烟气 再 燃 以及 O c o 燃 烧技 术 的优势 ， 具有 较强 的技术 优势 。 ( 2 )介绍 了再燃 技 术 的原 理 ， 详 细 阐述 了 不 同燃料气体再燃还原 NO 的机理 ， 为深入研究不 同气体燃料的再燃技术提供了一定 的理论基础。 ( 3 )叙 述 了 O 。 C O 。 燃 烧 技 术 以 及 其 控 制 N0 排 放 的机 理 。 ( 4 )提 出 了 O C O 气 氛下 燃 料 再 燃 的 可行 性 ， 为进 一 步深入 研 究 指 明方 向。其 中对 于单 个 组 分 的机理研 究 已经较 为 成熟 ， 而各 个 组 分 之 间 相互作 用 对 整 体 再 燃 脱 硝 效 率 的影 响 尚不 够 清 楚 ， 有 待更 深入 的研究 。 参考 文献 ： 1 李庆钊 ， 赵长遂 oz c oz气氛煤 粉燃烧 标准实 验研究 I j 中国电机工程学报 ， 2 0 0 7 ， 2 7 ( 3 5 ) ： 3 9 4 3 E 2 Da g a u t P， Le c o mt e F， Ch e v a i l l e r S e t a 1 Th e r e d u c t i o n o f N( )by e t hy l e n e i n a j e t s t i r r e d r e a c t o r a t 1 a t m：e x p e r i me n t a l a n d k i n e t i c mo d e l i n g J C o mb u s t i o n a n d F l a me ，1 9 9 9 ， 1 1 9( 4 )：4 9 4 5 0 4 3 3 Al z u e t a M U，Gl a r b o r g P， D a m J o h a n s e n KI o w t e mp e r a t u r e i n t e r a c t i o n s b e t we e n h y d r o c a r b o n s a n d n i t r i c o x i d e：An e x p e r i me n t a l s t u d y J C o mb u s t i o n a n d F l a me ，1 9 9 7 ，1 0 9 ( 1 2 ) ： 2 5 3 6 4 Ta n L I ， I l C Z F o r ma t i o n o f NO a n d S ( ) p r e c u r s o r s d u r i n g t h e p y r o l y s i s o f c o a l a n d b i o ma s s Pa r t I Ef f e c t s o f r e a c t o r c o nf i g u r a t i o n o n t h e d e t e r mi n e d y i e l d s o f HCN a n d N H3 d u r i n g p y r o l y s i s J F u e l ，2 0 0 0 ， 7 9 ( 1 5 ) ：l 8 8 3 1 8 8 9 5 Tr e e D R，C l a r k A WAd v a n c e d r e b u r n i n g me a s u r e me n t s o f t e mp e r a t u r e a n d s p e c i e s i n a p u l v e r iz e d c o a l f l a me J F u e l ，2 0 0 0 7 9( 1 3 )：1 6 8 7 1 6 9 5 P r o g r e s s i n St u d y o f N O R e d u ct i o n Me c h a n i s ms b y Ga s R e b u r n i n g XI E F a n g ， ZHANG J u n ( 1 Z h e j i a n g At mo s p h e r e E n v i r o n me n t a l Pr o t e c t i o n Gr o u p C o I t d ，Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 2 ，Ch i n a ； 2 Th e r ma l En e r g y En g i n e e r i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ，S o u t h e a s t Un i v e r s i t y，Na n j i n g 2 1 0 0 9 6，Ch i n a ) Ab s t r a ct ： The m e c ha n i s m s a n d t he de ve l op me nt o f r e bu r ni n g t e c h no l o gy we r e p r e s e nt e d Th e t e c h no l o gy f e a t u r e s a n d t he