基于烟风流场模拟的电厂燃烧优化调整策略研究

基于烟风流场模拟的电厂燃烧优化调整策略研究

李浩

青岛华丰伟业电力科技工程有限公司  山东 青岛266000

摘要：在现代电力工业中，电厂的燃烧效率和环保性能是衡量其技术水平和可持续发展能力的重要指标。随着环保法规的日益严格和能源效率要求的提高，电厂燃烧优化成为了提升发电效率、降低污染排放的关键环节。基于烟风流场模拟的技术，可以对电厂燃烧过程进行深入分析，从而为燃烧优化提供科学依据。本研究旨在通过烟风流场模拟，探讨和制定有效的电厂燃烧优化调整策略，以期达到提高燃烧效率、减少污染物排放、延长设备使用寿命的多重目标，为电厂的绿色、高效、可持续发展提供技术支持。

关键词：烟风流场模拟、电厂燃烧优化、调整策略

引言

在追求能源高效利用和环境保护的当下，电厂燃烧优化成为了电力行业的关键议题。传统的燃烧调整方法往往依赖经验，难以实现精细化控制，而基于烟风流场模拟的技术，能够为电厂提供更为精确的燃烧优化方案。本研究通过模拟烟气流动，分析其对燃烧效率和污染物生成的影响，旨在探索一套科学的燃烧优化调整策略。

1项目概况

安徽华电宿州发电有限公司（以下简称“宿州公司”）的#2机组是一个拥有630MW发电容量的电厂，其配套锅炉由东方电气集团东方锅炉股份有限公司设计制造，具体型号为DG1900/25.4-Ⅱ3型锅炉。该锅炉采用超临界参数变压直流炉设计，具有单炉膛、一次中间再热、平衡通风等特点，并采用半露天布置和固态排渣方式。锅炉结构为全钢结构，采用全悬吊结构的п型设计，特别采用了前后墙对冲燃烧方式，共配备24只旋流燃烧器，这些燃烧器分三层布置在炉膛前后墙上，以确保燃烧效率和稳定性。每层燃烧器的布局经过精确设计，以保证燃烧过程的均匀性和效率。此外，在最上层燃烧器之上还布置了燃尽风(OFA)风口，共有12只燃尽风风口，分别布置在前后墙上，以进一步提升燃烧效率和减少污染物排放。

为了进一步提升锅炉的燃烧效率和环保性能，宿州公司对锅炉的贴壁风系统进行了改造。改造后的锅炉前、后墙燃烧器区域靠近侧墙水冷壁区域布置了3层贴壁风喷口，同时在锅炉两侧墙的“燃烧器区域”和“还原区”合适位置布置了4层侧墙贴壁风喷口（如图1所示）。这些贴壁风均引自热二次风，通过优化贴壁风的布局和控制，可以有效控制燃烧过程中的气流分布，减少燃烧不完全带来的热损失和污染物排放，从而实现更加高效和环保的燃烧过程。

图1：前、后墙贴壁风布置图

2基于烟风流场模拟的电厂燃烧优化的必要性

燃煤电厂在全球电力供应中占据重要地位，其燃烧效率直接关系到发电的经济性和能源的利用效率。烟风流场模拟技术通过精确分析锅炉内部的气流流动、温度分布以及燃烧效率，为工程师提供了一个强有力的工具。通过模拟，可以识别出燃烧过程中存在的问题，例如局部地区的氧气供应不足或过量，以及燃烧不均匀现象。这些问题的识别与解决，可以通过优化燃烧器的配置、调整风煤比以及改进燃烧策略来实现。这不仅能够提高燃烧效率，还能减少不必要的燃料消耗，降低发电成本，并提升能源的整体利用效率。

环保法规的加强使得减少燃煤电厂的污染物排放变得尤为迫切。烟气流场模拟技术可以预测NOx、SOx、粉尘等污染物的生成机理和分布特征，为采取有效的燃烧调整策略提供科学依据。例如，通过模拟结果指导的低NOx燃烧技术、优化燃烧器的布局以及燃尽风的合理分配，可以显著降低污染物的排放。此外，模拟技术还可以辅助设计和改进烟气净化系统，如选择性催化还原(SCR)脱硝技术和电除尘器，进一步提高污染物的去除效率，增强电厂的环保性能。

3基于烟风流场模拟的热态试验结果及分析

3.1六台磨煤机出口粉管标定及调平

在基于烟风流场模拟的热态试验中，六台磨煤机出口粉管的标定及调平工作至关重要，旨在优化燃烧效率和降低能耗。通过对A至F磨煤机在不同工况下的煤量和风量数据进行详细分析，发现实际风速与表盘数据显示出一定的偏差。例如，A磨煤机在工况1的标定系数为1.02，而C磨煤机在工况2的标定系数高达1.32，这表明需要进行调整以减少偏差。

在调整过程中，C磨煤机的C4缩孔开大了2圈，D磨煤机的D3缩孔则关小了5圈。后续根据出口管风速的实测数据，E磨煤机的E3缩孔进一步开大了2圈，同时对D磨煤机的D3缩孔进行了关小10圈的调整。此外，B磨煤机的B2缩孔经历了16圈的关小，而B3缩孔则开大了1圈。经过一系列的调整，所有磨煤机的风速偏差得到了有效控制。最终，B磨煤机的B2缩孔关小了16圈，B3缩孔开大了1圈；C磨煤机的C1缩孔开大了2圈，C3缩孔关小了16圈；D磨煤机的D3缩孔关小了13.5圈；E磨煤机的E3缩孔开大了3圈，E1缩孔开大了5圈。这些精确的调整措施，确保了磨煤机出口粉管的风速控制在最佳范围内，从而提高了燃烧效率和锅炉的整体性能。通过这些数据的分析和调整，可以看出，烟风流场模拟对于指导实际操作具有重要价值。

3.2炉膛温度偏差调整

在基于烟风流场模拟的热态试验中，针对炉膛温度偏差的问题，特别是在A和F层燃烧器附近发现的不均匀现象，采取了一系列调整措施。通过对A层燃烧器二次风的调整，以及对A磨煤机入口风量和二次风与燃尽风比例的优化，取得了积极的效果。

在518MW摸底工况下，A侧的炉膛温度偏差为47℃，而B侧的偏差为39℃。调整后，在570MW工况下，A侧的偏差显著降低至1℃，B侧的偏差也降低至-7℃，表明调整措施有效改善了炉膛温度的均匀性。进一步的调整在620MW工况下进行，这时A侧的偏差为30℃，B侧为30℃，进一步验证了调整策略的适宜性。然而，在620MW工况的验证试验中，A侧的偏差增加到56℃，B侧为10℃，这可能指示需要进一步的微调。在低负荷的372MW工况下，A侧的偏差为39℃，B侧高达118℃，这表明在低负荷下仍需要优化燃烧参数以保持炉膛温度的均匀性。后续在311MW和362MW工况下进行的调整，使得A侧的偏差分别降低到16℃和-13℃，而B侧的偏差分别为-33℃和-10℃，显示了调整对于改善燃烧效率和炉膛温度均匀性的积极作用。通过这些调整，不仅炉膛温度偏差得到了有效控制，而且锅炉的燃烧效率和稳定性也得到了提升。

3.3 SCR入口NOx调整

通过在不同试验负荷段保持最佳氧量范围的同时，适当降低主燃烧区域的二次风流量，可以有效降低燃烧区的氧量，从而减缓燃烧速度和温度，抑制NOx的生成。此外，保持一次风率在最佳范围并适当降低，同时维持煤粉细度在15％到20％之间，也是实现燃烧优化的重要措施。

在373MW摸底工况时，SCR入口的NOx平均值分别为A侧的247.73 mg/Nm³和B侧的246 mg/Nm³。在311MW工况调整后，NOx平均值有所上升，A侧达到351.72 mg/Nm³，B侧为309.38 mg/Nm³。而在362MW工况验证时，NOx平均值略有下降，A侧为250.07 mg/Nm³，B侧为252.11 mg/Nm³。随着负荷的增加至518MW，SCR入口NOx的平均值分别为A侧的335 mg/Nm³和B侧的316.54 mg/Nm³。

在570MW工况下，通过进一步调整，SCR入口NOx的平均值显著下降，A侧为298.61 mg/Nm³，B侧为288.28 mg/Nm³。然而，在620MW工况下，SCR入口NOx偏高，A侧为379.13 mg/Nm³，B侧为362.72 mg/Nm³。在620MW工况调整期间，通过降低一次风率和优化燃烧参数，NOx排放有所下降，A侧为355.19 mg/Nm³，B侧为365.19 mg/Nm³。最终，在620MW工况验证试验期间，SCR入口NOx的平均值进一步降低，A侧为331.96 mg/Nm³，B侧为319.23 mg/Nm³。虽然NOx排放在某些工况下仍然较高，但整体趋势表明通过优化燃烧参数可以有效控制NOx的生成。

3.4一次风率调整

通过精确标定磨煤机入口风量，确保了风量数据的准确性，为后续调整提供了可靠的基础。在此基础上，通过减少磨煤机入口风量，有效降低了一次风在总风量中的占比，从而对燃烧过程进行了优化，如表1所示。

表1：调整数据表

具体而言，在620MW的摸底试验中，一次风率为31%，而到了验证试验，通过调整，一次风率降低到了28%。这一变化直接反映在了脱硝入口的NOx浓度上，A侧的NOx浓度从355.19 mg/m³下降到了331.96 mg/m³，B侧的NOx浓度也从362.72 mg/m³下降到了319.23 mg/m³。这表明降低一次风率能够显著减少NOx的生成，对环境保护具有重要意义。同时，一次风机电流从310.4A降低到了273.9A，送风机电流也从146.7A降低到了137.4A，引风机电流则从700.5A降低到了689.5A。这些电流的减少不仅反映了风量调整的效果，也意味着在保证燃烧效率的同时，风机的能耗得到了降低，进一步提高了电厂的能效。

4电厂燃烧优化调整策略

4.1氧量控制

通过精确控制锅炉内的氧气含量，可以有效控制燃烧过程中的NOx生成和CO排放，同时保持燃烧效率和系统的稳定性。在620MW至520MW的负荷范围内，氧量控制目标设定在2.2%至2.6%之间。这一氧量范围的设定旨在平衡燃烧效率和NOx的生成，以实现较低的NOx排放。随着负荷的降低，如在500MW至400MW时，氧量控制范围相应调整至2.4%至2.7%，以适应不同负荷下燃烧特性的变化。进一步降低负荷至311MW至372MW时，氧量控制范围扩大到3.0%至3.6%，这主要是因为在低负荷下需要更多的氧气来维持燃烧的稳定性，同时也为了有效控制SCR入口的NOx和脱硫前的CO排放，确保CO的排放量不会超过量程限制。通过这种分级的氧量控制策略，电厂能够在不同的运行负荷下，实现燃烧过程的优化。这不仅有助于降低燃料消耗和减少热能损失，还有助于减少污染物的排放，满足日益严格的环保要求。此外，合理的氧量控制还有助于提高燃烧的稳定性和安全性，延长设备的使用寿命，从而为电厂带来经济效益和环境效益的双重提升。

4.2燃尽风挡板控制

燃尽风挡板控制是电厂燃烧优化调整策略中的另一个关键环节，它对调节燃烧效率、控制SCR入口NOx和脱硫前CO的排放起着至关重要的作用。通过精细调整燃尽风挡板的开度，可以优化燃烧室内的燃烧状况，提高燃烧效率，同时减少污染物的生成。在620MW至520MW的负荷区间，燃尽风挡板的控制范围设定在100%至60%之间，以适应高负荷下的燃烧需求，保持燃烧效率的同时有效控制NOx的生成。随着负荷的降低，挡板控制策略也随之调整，500MW至400MW时，挡板开度控制在80%至50%之间，以适应中负荷下的燃烧特性。进一步降至311MW至372MW的负荷时，燃尽风挡板的控制范围调整至50%至30%，以优化低负荷下的燃烧效率和污染物控制。特别在180MW的低负荷情况下，燃尽风挡板的控制范围被设定在10%至30%之间，以确保在低负荷运行时燃烧的稳定性，并维持CO排放在安全量程内。这样的控制策略有助于在不同负荷条件下，实现燃烧效率和环保要求之间的平衡。

4.3贴壁风控制

贴壁风控制扮演着至关重要的角色，它对于维持燃烧效率、防止炉膛结焦以及优化燃烧气流分布具有显著影响。通过精确调节贴壁风机的频率和侧墙贴壁风门的开度，可以有效控制燃烧室内的气流动力学行为，从而提高燃烧效率并减少燃烧不完全导致的污染物排放。

在500MW以上的高负荷运行状态下，贴壁风机的频率被控制在20HZ，以保持足够的贴壁风量来维持良好的燃烧效率和防止结焦现象。相应地，在500MW以下的低负荷运行时，贴壁风机频率降低至15HZ，以适应较低燃烧强度的需求。此外，侧墙贴壁风门的开度被统一控制在50%，以确保整个锅炉截面上燃烧气体的均匀分布。这种贴壁风控制策略有助于在不同负荷条件下实现燃烧的稳定性和高效性。通过调整贴壁风，可以降低火焰中心的高度，减少锅炉的燃烧强度，从而有效降低结焦的风险。同时，适当的贴壁风量也有助于提高煤粉的燃尽率，减少CO的生成，进一步提升燃烧效率。

5结语

在本研究中，通过对电厂燃烧过程的深入分析和优化调整，我们展示了基于烟风流场模拟技术在提升燃烧效率、降低污染物排放以及保障锅炉安全运行方面的重要应用价值。通过精确控制磨煤机入口风量、一次风率、燃尽风挡板以及贴壁风等关键参数，实现了对锅炉燃烧过程的优化，有效降低了NOx和CO的排放，同时保持了燃烧效率和锅炉的稳定性。

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