论文：基于风煤调平的煤粉锅炉低氮燃烧控制新技术研究

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1、基于风煤调平的煤粉锅炉低氮燃烧控制新技术研究程加东青岛立宇科技开发有限责任公司张茂勇北京中科华誉工业能源技术研究所李学颜1摘要：本文分析了电站锅炉由于风煤分配不平衡对炉内燃烧的不利影响及现有常规低氮燃烧技术在实践中存在的诸多问题，提出了数字化燃烧控制新技术方案，并在华能北京热电厂进行了实验研究，实现了大幅降低NOx生成量45%以上、降低供电标煤耗4g/kWh以上、并明显改善锅炉运行安全性，与现有常规低氮燃烧技术相比在减排技术效果、节能性、安全性和经济性等方面具有显著优势，可为我国大型燃煤锅炉实现近零排放提供新的技术实现途径。关键词：风煤平衡煤粉浓度数字化

2、低氮燃烧1问题的提出1.1风煤分配不平衡对锅炉运行安全性、NOx生成量及锅炉效率的影响电站煤粉锅炉燃烧器过量空气系数对炉内燃烧状态具有决定性的作用，如果一次风媒系统分配不平衡、炉内空气动力场出现明显偏离等，将会导致炉内的燃烧状况恶化。我国电站锅炉的运行实践中，由于目前难以精确、实时、全面地监测煤粉浓度、各风管风量风压等参数，并缺乏调平依据和手段，在已建成投产的300MW级、600MW级、1000MW级的各类机组锅炉中，均大量存在一次风媒系统不平衡、二次风分配不平衡等问题，而在锅炉建成调试时虽然进行了基本风煤系统的调平，但其实际调节效果缺乏精确评估依据，其

3、数据缺乏可靠性，而采用高精度煤粉浓度检测仪、高精度风速风量测量仪等的实测表明，电站锅炉风煤不平衡问题较为突出和普遍。1.2目前常规低氮燃烧技术存在的问题及其成因目前电站锅炉已广泛采用低氮燃烧技术以达到氮氧化物的排放指标，实测表明，低氮燃烧改造可显著降低NOx的生成量，但其又会产生其它诸多问题，例如机组最小技术出力降低，调峰能力差；AGC控制的调节特性能差，主汽压力偏差大、汽包水位波动，在低负荷时在原有控制方式下的炉膛压力波动大；运行经济性差，主要体现在：飞灰含碳量增大；再热汽温偏低邢秀峰、刘建华、张建伟，低氮燃烧器及脱硝改造后机组存在的问题及应对措施，2

4、014火电厂污染物净化与节能技术研讨会论文集，中国动力工程学会，2014.07，54～58。导致上述问题的7主要原因是在应用中存在着技术瓶颈：即燃烧器之间煤粉分配偏差过大，有的磨煤机燃烧器之间存在高达±30%～50%的分配偏差，而运行人员经常通过提高二次风量的方法弥补这种偏差，由此不但增加了排烟损失，也增加了氮氧化物排放浓度。因此，必需对煤粉分配偏差进行调平，以彻底解决上述问题。1基于高精度风煤调平的低氮燃烧控制技术路线及实现手段1.1技术路线实现风煤调平低氮燃烧的基本途径就是解决上述风煤分配不平衡问题，达到各燃烧器喷入的煤粉、一次风、二次风的流量平衡、

5、流速分布和压力分布的互相匹配，形成最佳的空燃比、空气动力场和适宜的过量空气系数，实现燃烧过程的均衡发展、低NOx的燃烧气氛和适宜的燃烧温度及燃烧的稳定性。数字化风煤调平燃烧控制系统首先采用先进的采用绝对量测量方法准确测量出一、二次风量和煤粉的分配状况及其偏差量，然后用专利设计的调节元件把一、二次风量和煤粉偏差调整到一定的范围，以保证每个燃烧器内的过量空气系数基本达到设计值。进行数字化燃烧控制系统改造的主要内容包括：通过CFD设计把二次风及燃尽风大风箱分隔成与燃烧器及燃尽风喷口数量相对应的分体式风道，并在每个分体式风道加装风量测量装置及特制的调节风门；在每

6、个煤粉管上加装特制的电动球形调节阀及煤粉浓度、流速和质量流量测量装置；在每台磨煤机分离器内对应于每个风粉管加装一台电动浓度调节挡板。该数字化风煤调平燃烧控制技术系统的组成如下图所示。7图1：高精度数字化燃烧控制系统图1.1实现手段采用新型测量技术实时在线测量并显示煤粉浓度、流速、质量流量及其变化过程，进而采用专利设计的煤粉浓度调节器和煤粉流速调节器，对煤粉流速和浓度进行在线调整，使煤粉流速、浓度、质量流量达到高度均匀，其中煤粉流速偏差在1米/秒以内，煤粉质量流量偏差在±5%以内。采用高精度的煤粉质量流量测量手段和控制执行机构，并与一次风、二次风的精确实时

7、测量与控制相结合，成为有效实施该风煤调平低氮燃烧的关键环节。煤粉质量流量的测量采用绝对量测量原理，其优点是测量结果分辨率高，而且能根据给煤机的测量信号对煤粉质量流量的测量结果进行校验，及时发现测量系统是否工作正常。下图为某电厂进行煤粉调平前后煤粉分配状况的对比，其中编号为S01的煤粉管的煤粉质量流量由原有高出其它煤粉管近1倍降低到与其它煤粉管基本相当，7可见实施调平的必要性和有效性。图2：某电厂煤粉浓度调节器安装前后煤粉分配发生变化1基于高精度风煤调平的低氮燃烧技术改造实际案例及其分析1.1电厂现状及原有低氮燃烧实测分析华能北京（高碑店）热电厂一期四台锅

8、炉，系德国BABCOCK公司设计、武汉锅炉厂生产的W型火焰、带飞灰复燃装置的液态