姚利明
贵州西电电力股份有限公司黔北发电厂，贵州 金沙 551800
【摘 要】介绍针对锅炉燃烧效率不高分析存在的问题，经过调研在锅炉脱硝入口烟道增加了CO监测，运行人员以此为依据调整燃烧，提高锅炉燃烧效率，达到了节能降耗目的。
【关键词】CO监测 锅炉燃烧 优化
1前言
近年来电力发展多元化引起火电机组利用小时普遍下降，如何保证火电机组在有限的利用小时数内经济运行是一个很重要的课题，与此同时炉膛的燃烧情况直接影响锅炉效率与经济性，优化燃烧控制、提高锅炉效率、实现节能降耗也是研究的一个重要方向，对节能减排与减少环境污染产生巨大影响。
燃煤锅炉燃烧工况的好坏，在很大程度上影响锅炉设备运行的经济性和安全性。良好的燃烧工况，对风煤配比、燃料燃烧的完全性、炉膛温度场、热负荷分配均匀性、污染物排放可控性等均要求极高。
2传统控制策略分析
某发电厂＃4锅炉，是由东方锅炉(集团)股份有限公司生产的DG1025/18.2-Ⅱ15型亚临界，中间一次再热的自然循环锅炉，双拱形单炉膛，燃烧器布置于下炉膛前后拱上，呈“W”型火焰，尾部双烟道结构，采用挡板调节再热汽温，固态排渣，全钢结构，全悬吊结构，平衡通风，半露天布置。2013~2014年随着脱硝工程分别进行了低氮燃烧器改造。
长期以来运行人员都是以尾部烟道含氧量作为调节依据，可以有效地控制飞灰可燃物的含量。在空预器尾部烟道部位安装的含氧量探测装置可以实时地监控烟气中氧气的含量，从而及时地调节送风量，保证氧气含量始终维持在正常的水平，提高热量的利用率。所以氧量测量的准确性对燃烧控制结果有直接的影响。
2.1通过控制氧量调整燃烧的缺点
通过监测烟气氧量来调整燃烧存在较多缺点：
2.1.1氧量分析仪测量难以找到具有代表性的测点
2.1.1.1氧量仪表一般需要安装在烟气流速平稳、混合均匀的位置，但由于烟道截面积很大，实际运行中烟气流场极不均匀，仪表检测到的数值只能反映出该单一测点位置的氧气浓度，氧量测点点数有限，不能完全具有代表性；
2.1.1.2氧量分析仪测量所得数据与炉膛内真实的氧气浓度存在偏差，炉内燃烧工况随时变化，存在局部缺氧燃烧；
2.1.2空预器尾部烟道漏风，对氧量测量影响很大，氧量测量准确性无法保证。
3基于CO浓度的控制策略分析
在锅炉燃烧的调整和优化中，锅炉运行氧量是一个非常重要的参数，对锅炉运行的经济性和安全性有直接影响。《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》第6.2.2“防止锅炉严重结焦”第6.2.2.3条要求：加强氧量计、一氧化碳测量装置、风量测量装置及二次风门等锅炉燃烧监视调整重要设备的管理与维护，形成定期校验制度，以确保其指示准确，动作正确，避免在炉内形成整体或局部还原性气氛，从而加剧炉膛结焦。
如燃料不能完全燃烧，最直接的反应是烟气中产生的中间产物CO，如果CO含量高，对锅炉结焦、水冷壁高温腐蚀、管壁超温等锅炉运行的经济性、安全性会产生较大威胁。CO的生成直接原因就是锅炉缺氧燃烧，控制烟气CO含量就要从提供充足的O2、足够高的炉温、较长的燃烧时间等方面着手。
因此燃烧控制可引入直接能反映燃烧效率的烟气成分CO浓度，来确定最佳燃烧工况。这种策略既能够保证最佳燃烧区，还能够使得锅炉的燃烧氧量处于最适宜的状态，并解决了以往氧量控制过程中最佳氧量缺乏唯一性的问题。从图1可以看出，CO浓度与过量空气存在的关系：空气过量时，CO浓度相对稳定，保持在相对较低的值；一旦氧量不足，过量空气系数降低，燃烧不完全，CO浓度会迅速增加。从燃烧角度入手，将能够使CO量始终处于刚刚高于最低值的状态，从而实现锅炉效率的最优化。
图1 CO、氧量和过量空气的关系
4采取措施及实施情况
近年来由于燃煤质量下降，锅炉燃烧不易控制，加之脱硝系统投运后运行人员需控制氮氧化物生成减少液氨消耗，长期采用低氧燃烧方式，给机组的安全、经济运行带来一定风险。
锅炉指标优化小组组织进行分析，查找影响锅炉效率的原因，以及进行调整试验，采取相应的措施。
4.1设备运行状态分析
4.1.1 引风机出力不够，高负荷情况下造成炉膛缺氧燃烧，烟气CO浓度高。
4.1.2高再管壁超温，限制了锅炉总风量。
4.1.3 F挡板刚性弱，穿透力弱，炉膛中间缺氧。
4.2采取措施
于10月下旬在#4炉锅炉尾部烟道脱硝入口安装了CO分析仪。在锅炉尾部脱硝入口烟气排放在线监测系统内加装烟气CO浓度测量仪表，将锅炉烟气中CO浓度送至DCS画面显示，直观地给运行人员提供了调整锅炉燃烧的参考数据。
4.3燃烧调整试验
以#3机组为试验对象。最初，机组负荷期在230MW以下，烟气中CO含量较低，浓度基本可控制在500mg/Nm3以下，但在高于此负荷时，由于系统阻力增加，引风机出力不够，限制了总风量，炉膛中部处于缺氧燃烧，局部烟气含氧量甚至在1.0%以下，CO浓度高达5000 mg/Nm3以上（见图2），通过一段时间运行人员的摸索调整，在当前入炉煤质4000大卡情况下，在机组高负荷期间CO浓度基本可控在1000 mg/Nm3以下。
运行人员对#3机组锅炉燃烧调整开展了以下试验：
4.3.1调整初期#3机组负荷262MW，炉膛A/B侧出口氧量分别在3.88%/3.44%，A/B侧CO浓度1145/5086 mg/Nm3，可以看出#3炉B侧燃烧存在严重的缺氧燃烧现象，但此时引风机出力已达上限，无法增加总风量来提高烟气中的氧气含量。将拱上所有B挡板开度由45%开至70%后，炉膛A/B侧出口氧量分别在3.48%/4.06%，A/B侧CO浓度642/2347 mg/m3，CO浓度下降，但脱硝入口NOx浓度也由515/498 mg/Nm3上升至622/661mg/Nm3，脱硝氨耗明显上升，于是将B挡板均恢复至45%开度。
4.3.2开大C挡板影响。目前#3炉在高负荷情况下主要是B侧燃烧缺氧，CO浓度较高，通过局部调整C挡板观察发现，对改善炉内局部缺氧现象效果很明显。将B侧前后墙C挡板由5%开至60%，B侧炉膛出口氧量由0.34/3.31%上升至1.45/3.96%，B侧CO浓度由5190 mg/Nm3下降至1560 mg/Nm3，B侧脱硝入口NOx浓度由489 mg/Nm3上升至625 mg/Nm3，A侧脱硝入口NOx浓度上升趋势不明显，总体氨耗小幅上升。但根据以往经验，在机组负荷不高和入炉煤质较差时，开大C挡板对燃烧工况有一定的扰动，因此C挡板的调整应根据实际燃烧工况进行调整。
4.3.3燃烧器配比。通过局部停运燃烧器来改善炉内局部缺氧燃烧的效果最为直接有效，但同时限制了机组带负荷能力。
4.3.4燃尽风开度的影响。在将#3炉燃尽风开大对炉膛出口氧量及出口CO影响不大，主要原因是#3炉二次风箱压力低（高负荷情况下在0.35kPa左右），燃尽风箱压力更低，燃尽风量较小，穿透力弱，对改善煤粉燃尽工况的效果不好。
5总结
通过在锅炉尾部烟道增加烟气CO浓度监测，让运行人员对锅炉燃烧调整有据可依，采取经济氧量运行，使锅炉燃烧工况更加稳定，显著提高了锅炉燃烧效率，避免了在炉内形成整体或局部还原性气氛从而加剧炉膛结焦；同时控制锅炉燃烧区域高温腐蚀，减少燃烧系统事故的发生，延长了设备使用寿命，保证了锅炉燃烧的安全性、可靠性和经济性，提高了机组可用率。该方案的实施不失为燃煤机组锅炉燃烧优化课题一个可借鉴的案例。
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图2 #3炉 CO与O2对比关系图
【参考文献】
[1]《超超临界百万机组基于CO控制的锅炉燃烧优化调整》
作者：黄伟珍（摘自《江西电力》,2017,v.41;No.19506:58-60.）
[2]《基于超超临界锅炉O2/CO燃烧控制技术研究》
作者：孙伟鹏,冯庭有,庞力平,曾壁群（摘自《中国电力》,2013,v.46;No.53607:24-28. ）
[3] 《超超临界锅炉运行氧量优化调整》
作者：刘培红,张晓东（摘自《华电技术》,2016,v.38;No.28403:44-47+78-79.）
[4]《采用o2和co信号控制燃烧的方案》
作者：程蓓（摘自《安徽电力职工大学学报》第八卷第一期）
[5]《大型电站煤粉锅炉基于O2和CO浓度的燃烧控制技术的研究》
作者：张军威 于渊 张国辉 （摘自《清洁高效燃煤发电技术协作网会》）