1　影响燃烧效率的因素

　　在目前的燃烧系统中,由于在每个风粉管中缺乏有效的煤量测量,所以在配风过程中,都是按照每1台磨煤机对应的燃烧器的煤粉量都相同的情况来匹配二次风的,即每个燃烧器都配同样的二次风量,但实际的燃烧过程并不是这样的。图1是在实际的燃烧过程中测到的数据,图(a)为运行中基本相同的风量,图(b)为每个燃烧器实际对应的煤量。

　　从图1可以看出,每个燃烧器之间的煤量差别很大,最大可能达到30%。而这时每个燃烧器配以同样的二次风,必然会导致各个燃烧器之间风煤比的失调,煤量不平衡时的燃烧工况示意图如图2所示,虽然整个机组的氧量仍保持在比较合理的数值,但燃烧器Ⅰ煤粉量多而风量少,使得左侧的CO和未燃烬碳增加,燃烧效率下降,而燃烧器Ⅱ煤粉量少,风量过剩,所以NO_x含量增加,也就造成了机组效率的降低，炉膛温度分布的不均衡,增加了各个受热面的应力。

    

图1　燃烧器实际耗煤量

图2　 煤量不平衡时的燃烧工况

　　当在这种燃烧工况时,整个机组的燃烧效率不高。图3为不均衡燃烧时对燃烧效率的影响。从图中可以看出,每个燃烧器随着风煤比的增加而使NO_x含量增加,CO含量减少,效率缓慢降低；而在风煤比下降时，CO的含量会迅速增加，效率也急剧降低。比较合理的燃烧区域应该处于图中的阴影部分。

    

图3　不均衡燃烧时对燃烧效率的影响示意图

2　燃烧优化解决方案

    

　　针对以上燃烧系统中的配风现象,西门子公司推出了基于煤量测量的燃烧优化解决方案。解决方案如图4所示。

    

图4　基于煤量测量的燃烧优化解决方案

　　整个解决方案分为3步：第1步是使用基于静电测量原理的探头测量每个燃烧器的煤粉量；第2步是根据测量的煤粉量调整每个燃烧器的二次风,以保持每个燃烧器的风煤比；第3步是根据氧量对总风量进行优化调整，以保持整个锅炉燃烧为最优。

　　煤量的测量是采用专利技术静电方式(ECT)进行的。当热风和煤粉的混合物经过安装有探头的管道时,煤粉颗粒带有电荷,在探头上产生和煤粉对应的电荷的映像,并形成电流,电流的大小和煤量成比例。测量根据库仑定律进行,通过专用软件对电流信号进行处理,就可以分离出有效的煤量信号。采用这种测量方式测量的电量与颗粒的分散和煤颗粒的随机传输没有关系,特别适合于两相流的测量。测量探头由碳钨合金材料制作,硬度非常高，而且由于探头跟煤粉颗粒之间的直接碰撞很少,所以探头的使用寿命可以很长,一般可达5年以上。采用这种测量探头,其测量结果不受煤种、湿度、灰分和温度的影响,测量精度也比较高。测量探头本身也不需要外部供电,安装比较方便。根据探头安装数量和位置的不同,系统还可以测出煤粉的传输速度和煤粒大小等信号,为磨煤机的安全运行和一次风的配比提供有效的监视信息。在测得到煤量数据后,系统根据各个燃烧器的煤量分布情况,考虑分段燃烧和计算风煤配比,得到各个燃烧器的二次风的控制偏差,并叠加在二次风控制回路上,使得每个燃烧器的煤粉都处于较优的燃烧状态,同时也对一次风量进行一定的调整。

　　通过初步优化调整后,改变了各个燃烧器的工作点,燃烧效率得到提高。如图5所示,燃烧器Ⅰ和Ⅱ的工作点发生了变化,燃烧器Ⅰ由欠氧状态变为平衡状态,
燃烧工作点从点1变化到点2,燃烧器Ⅱ由过氧状态变为平衡状态, 燃烧工作点从点3变化到点2,NO_x和CO的含量都保持在比较合理的范围内,二者的燃烧效率都得到了明显的提高,从而使锅炉的燃烧效率也得到提高。

　　 经过上述二次风优化初步调整,机组的燃烧已经处于比较理想的位置。但从图5可以看出,在允许的CO和NO_x范围内,此时机组的燃烧效率还不是最高的。为了达到最佳工作点,系统最后根据测量的氧量来进行总风量的优化调整,经过调整后,燃烧工况就变为图6所示。

　　通过煤量测量、二次风调整和总风量的优化后,整个机组的燃烧达到最优的燃烧状态,提高了机组的效率。

图5　各燃烧器风量平衡时的燃烧状态

图6　最优燃烧工况

3　结束语

　　使用了基于煤量测量的燃烧优化解决方案后,可以带来以下效益:

　　(1) 对每个燃烧器进行精确配风,使得燃烧过程中产生的CO和飞灰含碳量降低,燃烧更加充分和均匀,炉膛的温度分布更加合理。

　　(2) 根据测量的煤粉颗粒大小和煤粉传输速度,可以为运行人员提供磨煤机的监视手段,保证稳定的运行。同时通过调整一次风速,可以使煤粉传输保持在比较合理的范围内，降低管道过度磨损或煤粉堆积的可能性。

　　(3) 通过分段燃烧调整可以减少烟气中NO_x的含量, 有助于提高环保的指标,而总风量的优化可以减少O₂,降低排烟损失。

　　总之,采用基于煤量测量的燃烧优化解决方案,可以提高燃烧的效率,一般可提高0.3%～1%。