作者简介: 蔡杰进(1977),男,华南理工大学电力学院在读博士研究生,研读方向为电站系统.
锅炉运行性能与烟气含氧量优化研究
蔡杰进,马晓茜,廖艳芬
(华南理工大学,广东广州 510640)
[摘 要] 对某电厂200MW机组燃煤锅炉在200MW,180MW与160MW运行工况下炉膛出口烟气
含氧量进行了优化研究,得出烟气含氧量对电站锅炉运行性能的影响规律.结果表明:对应的最优运行氧
量分别为3.6%,3.8%,4.5%,此结果可供电站锅炉经济运行参考.
[关键词] 锅炉;燃煤;烟气含氧量;运行性能;氧量优化
[中图分类号]TK227 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2006)08002803
针对某电厂200MW机组燃煤锅炉的实际运行
情况,对锅炉运行性能与烟气含氧量进行优化研究,得
出炉膛出口烟气含氧量的最优化运行参数,可用于指
导运行人员进行锅炉运行参数调整,提高锅炉运行热
效率,从而降低机组发电成本.
1 设备概况及燃煤特性
锅炉主要设计参数见表1.锅炉设计煤种为山西
混煤,校核煤种为贵州原煤,运行煤种为山西优混煤,
煤质分析见表2.表1 主要设计参数
项目数值
额定蒸发量/t h-1670
经济蒸发量/t h-1610
再热蒸汽出口流量/t h-1573
过热器蒸汽压力/MPa13.73
过热器蒸汽温度/℃540
再热器进口蒸汽压力/MPa2.4
再热器出口蒸汽压力/MPa2.2
再热器进口蒸汽温度/℃316
再热器出口蒸汽温度/℃540
给水温度/℃247
排烟温度/℃150
炉膛出口烟温/℃1088
锅炉效率/%90.19
表2 煤质分析
项目
数值
设计校核运行
收到基碳Car/%55.6653.1353.94
收到基氢Har/%3.693.263.89
收到基氧Oar/%8.462.793.71
收到基氮Nar/%0.891.020.96
收到基硫Sar/%0.911.80.83
收到基灰分Aar/%22.392923.67
收到基水分Mt/%8913
空气干燥基挥发分Vdaf/%38.0726.3428.29
低位发热量Qnet,v,ar/kJ kg-[**************]9
变形温度DT/℃[1**********]0
软化温度ST/℃[1**********]0
溶化温度FT/℃[1**********]0
2 氧量对锅炉运行性能影响
2.1 对锅炉热效率影响
在200MW,180MW,160MW负荷下,炉膛出口
烟气含氧量和排烟温度,飞灰可燃物含量的关系分别
如图1～图3所示.在此基础上,进行锅炉的热力计
算[1],得到炉膛出口烟气含氧量变化对排烟热损失,固
体未完全燃烧热损失,锅炉热效率等参数的影响(图4
技术交流
热力发电 2006(07)29
～图6).
图1 200MW负荷下氧量对燃烧的影响
图2 180MW负荷下氧量对燃烧的影响
图3 160MW负荷下氧量对燃烧的影响
对于200MW负荷,在其它运行条件不变的情况
下,炉膛出口烟气含氧量由3.1%调整到3.3%,飞灰可
燃物含量降低了1.8%,灰渣可燃物含量降低了
0.59%,从而使得固体未完全燃烧热损失降低了
0.53%.
经计算,在200MW,180MW,160MW负荷下,
炉膛出口烟气含氧量分别为3.6%,3.8%,4.5%时,锅
图4 200MW负荷下氧量对锅炉效率的影响
图5 180MW负荷下氧量对锅炉效率的影响
图6 160MW负荷下氧量对锅炉效率的影响
炉效率最高.
2.2 对辅机电耗的影响
在200MW,180MW,160MW负荷下,炉膛出口
烟气含氧量与锅炉辅机功耗的关系如图7所示.由图
7可见,在各个负荷下,锅炉辅机功耗随着氧量的增加
而增加.
技术交流
30 热力发电 2006(07)
图7 不同负荷下氧量与辅机功耗的关系
2.3 对烟气NOx含量影响
由图8可见,在不同负荷下,随着氧量的增加,烟
气中NOx含量先减小后增加.在200MW,180MW,
160MW负荷下,当炉膛出口烟气含氧量分别超过
3.6%,3.8%,4.5%后,机组锅炉运行过程中烟气
NOx含量表现为上升的趋势.
图8 不同负荷下氧量与烟气NOx含量的关系
2.4 对锅炉结渣影响
锅炉运行煤种的灰熔点ST为1240℃,灰熔点较
低.根据炉膛出口烟温来判断锅炉运行时的结渣情
况[2],炉膛出口烟温设计值是1060℃,但在实际运行
过程中,发现按此温度运行,炉膛结渣严重,所以一般
控制在980℃以内.不同负荷下炉膛出口烟温如图9
所示.由图9可见,200MW额定负荷时,当氧量高于
3.6%时,炉膛出口烟温也高于980℃,炉内受热面容
易结渣,因此对于额定负荷,氧量应控制在3.6%以内,
才能有效地防止炉内受热面的结渣.在180MW,160
MW负荷时,炉膛出口烟温均低于980℃,均能有效
地防止炉内受热面结渣.
图9 不同负荷下氧量与炉膛出口烟温的关系
另外,当炉膛出口烟气含氧量较低时,在炉内出现
还原性气氛中,熔点较高的Fe2O3还原为熔点较低的
FeO,从而使灰熔点大大降低,增加锅炉结渣的可能.
研究资料表明,当锅炉燃烧实际氧量在3%以下时,
CO含量将急剧升高,炉内局部气氛将发生显著变化.
因此,建议氧量不低于3%.
3 最优氧量分析
由于氧量的变化会引起锅炉热效率,辅机电耗,烟
气中NOx含量以及炉内受热面结渣程度的变化,且各
种变化规律随着机组运行负荷的变化而变化.因此,
必须综合考虑锅炉的运行负荷,热效率,辅机电耗,烟
气NOx含量,炉内受热面结渣程度,得出一个最优运
行氧量.对某电厂200MW机组锅炉,在200MW负
荷下,炉膛出口烟气含氧量为3.6%时,锅炉热效率为
90.8%,达到最大值;烟气中NOx的含量为597.9mg/
m3,基本上达到最小值;炉膛出口烟温为978℃,可较
为有效地防止锅炉受热面的结渣.虽然此时锅炉辅机
电耗比较大,但是,综合权衡所有因素的影响,此时,最
优运行氧量为3.6%.同理,对于180MW和160MW
负荷,最佳氧量分别为3.8%,4.5%.
作者简介: 蔡杰进(1977),男,华南理工大学电力学院在读博士研究生,研读方向为电站系统.
锅炉运行性能与烟气含氧量优化研究
蔡杰进,马晓茜,廖艳芬
(华南理工大学,广东广州 510640)
[摘 要] 对某电厂200MW机组燃煤锅炉在200MW,180MW与160MW运行工况下炉膛出口烟气
含氧量进行了优化研究,得出烟气含氧量对电站锅炉运行性能的影响规律.结果表明:对应的最优运行氧
量分别为3.6%,3.8%,4.5%,此结果可供电站锅炉经济运行参考.
[关键词] 锅炉;燃煤;烟气含氧量;运行性能;氧量优化
[中图分类号]TK227 [文献标识码]A [文章编号]10023364(2006)08002803
针对某电厂200MW机组燃煤锅炉的实际运行
情况,对锅炉运行性能与烟气含氧量进行优化研究,得
出炉膛出口烟气含氧量的最优化运行参数,可用于指
导运行人员进行锅炉运行参数调整,提高锅炉运行热
效率,从而降低机组发电成本.
1 设备概况及燃煤特性
锅炉主要设计参数见表1.锅炉设计煤种为山西
混煤,校核煤种为贵州原煤,运行煤种为山西优混煤,
煤质分析见表2.表1 主要设计参数
项目数值
额定蒸发量/t h-1670
经济蒸发量/t h-1610
再热蒸汽出口流量/t h-1573
过热器蒸汽压力/MPa13.73
过热器蒸汽温度/℃540
再热器进口蒸汽压力/MPa2.4
再热器出口蒸汽压力/MPa2.2
再热器进口蒸汽温度/℃316
再热器出口蒸汽温度/℃540
给水温度/℃247
排烟温度/℃150
炉膛出口烟温/℃1088
锅炉效率/%90.19
表2 煤质分析
项目
数值
设计校核运行
收到基碳Car/%55.6653.1353.94
收到基氢Har/%3.693.263.89
收到基氧Oar/%8.462.793.71
收到基氮Nar/%0.891.020.96
收到基硫Sar/%0.911.80.83
收到基灰分Aar/%22.392923.67
收到基水分Mt/%8913
空气干燥基挥发分Vdaf/%38.0726.3428.29
低位发热量Qnet,v,ar/kJ kg-[**************]9
变形温度DT/℃[1**********]0
软化温度ST/℃[1**********]0
溶化温度FT/℃[1**********]0
2 氧量对锅炉运行性能影响
2.1 对锅炉热效率影响
在200MW,180MW,160MW负荷下,炉膛出口
烟气含氧量和排烟温度,飞灰可燃物含量的关系分别
如图1～图3所示.在此基础上,进行锅炉的热力计
算[1],得到炉膛出口烟气含氧量变化对排烟热损失,固
体未完全燃烧热损失,锅炉热效率等参数的影响(图4
技术交流
热力发电 2006(07)29
～图6).
图1 200MW负荷下氧量对燃烧的影响
图2 180MW负荷下氧量对燃烧的影响
图3 160MW负荷下氧量对燃烧的影响
对于200MW负荷,在其它运行条件不变的情况
下,炉膛出口烟气含氧量由3.1%调整到3.3%,飞灰可
燃物含量降低了1.8%,灰渣可燃物含量降低了
0.59%,从而使得固体未完全燃烧热损失降低了
0.53%.
经计算,在200MW,180MW,160MW负荷下,
炉膛出口烟气含氧量分别为3.6%,3.8%,4.5%时,锅
图4 200MW负荷下氧量对锅炉效率的影响
图5 180MW负荷下氧量对锅炉效率的影响
图6 160MW负荷下氧量对锅炉效率的影响
炉效率最高.
2.2 对辅机电耗的影响
在200MW,180MW,160MW负荷下,炉膛出口
烟气含氧量与锅炉辅机功耗的关系如图7所示.由图
7可见,在各个负荷下,锅炉辅机功耗随着氧量的增加
而增加.
技术交流
30 热力发电 2006(07)
图7 不同负荷下氧量与辅机功耗的关系
2.3 对烟气NOx含量影响
由图8可见,在不同负荷下,随着氧量的增加,烟
气中NOx含量先减小后增加.在200MW,180MW,
160MW负荷下,当炉膛出口烟气含氧量分别超过
3.6%,3.8%,4.5%后,机组锅炉运行过程中烟气
NOx含量表现为上升的趋势.
图8 不同负荷下氧量与烟气NOx含量的关系
2.4 对锅炉结渣影响
锅炉运行煤种的灰熔点ST为1240℃,灰熔点较
低.根据炉膛出口烟温来判断锅炉运行时的结渣情
况[2],炉膛出口烟温设计值是1060℃,但在实际运行
过程中,发现按此温度运行,炉膛结渣严重,所以一般
控制在980℃以内.不同负荷下炉膛出口烟温如图9
所示.由图9可见,200MW额定负荷时,当氧量高于
3.6%时,炉膛出口烟温也高于980℃,炉内受热面容
易结渣,因此对于额定负荷,氧量应控制在3.6%以内,
才能有效地防止炉内受热面的结渣.在180MW,160
MW负荷时,炉膛出口烟温均低于980℃,均能有效
地防止炉内受热面结渣.
图9 不同负荷下氧量与炉膛出口烟温的关系
另外,当炉膛出口烟气含氧量较低时,在炉内出现
还原性气氛中,熔点较高的Fe2O3还原为熔点较低的
FeO,从而使灰熔点大大降低,增加锅炉结渣的可能.
研究资料表明,当锅炉燃烧实际氧量在3%以下时,
CO含量将急剧升高,炉内局部气氛将发生显著变化.
因此,建议氧量不低于3%.
3 最优氧量分析
由于氧量的变化会引起锅炉热效率,辅机电耗,烟
气中NOx含量以及炉内受热面结渣程度的变化,且各
种变化规律随着机组运行负荷的变化而变化.因此,
必须综合考虑锅炉的运行负荷,热效率,辅机电耗,烟
气NOx含量,炉内受热面结渣程度,得出一个最优运
行氧量.对某电厂200MW机组锅炉,在200MW负
荷下,炉膛出口烟气含氧量为3.6%时,锅炉热效率为
90.8%,达到最大值;烟气中NOx的含量为597.9mg/
m3,基本上达到最小值;炉膛出口烟温为978℃,可较
为有效地防止锅炉受热面的结渣.虽然此时锅炉辅机
电耗比较大,但是,综合权衡所有因素的影响,此时,最
优运行氧量为3.6%.同理,对于180MW和160MW
负荷,最佳氧量分别为3.8%,4.5%.