煤粉炉运行中的节能降耗技术探讨

0 引言

能源是工业生产的血液，电力是现代社会发展的基石。热电联产作为高效、清洁的能源利用方式，在我国工业和城市供热领域扮演着至关重要的角色。锅炉车间作为的核心生产单元，其运行的经济性、安全性和环保性直接关系到整个企业的效益与发展。煤粉炉因其燃烧效率高、容量大、适应性强等特点，在电站锅炉中占据主导地位。然而，在实际运行中，受煤种多变、设备老化、操作水平差异等因素影响，煤粉炉往往未能运行在设计的最佳工况，导致热效率损失、污染物排放增加、设备故障率上升等问题。本研究立足于生产现场，以解决实际问题为导向，旨在总结和提炼一套行之有效的运行优化与维护策略。

1 锅炉运行中存在的主要问题分析

1.1 锅炉热效率偏低，经济性有待提高

锅炉热效率是衡量其经济性的核心指标。数据显示，锅炉平均运行热效率较设计值偏低约 2-3% 。其主要表现为：

排烟热损失偏大：这是最大的热损失项。排烟温度平均高于设计值 15-20^∘C ，且氧量控制不稳定，时而出现过量空气系数过大的情况。

机械未完全燃烧热损失偏高：飞灰和炉渣含碳量波动较大，尤其在负荷变动或煤质变差时，飞灰含碳量可骤升，造成大量可燃物损失。

散热损失及其他：由于部分炉墙、管道保温老化破损，以及阀门内漏等问题，也造成了额外的能量损失。

1.2 污染物排放，尤其是 NOx 排放控制压力大

随着国家环保政策日趋收紧，NOx 排放浓度限值不断提高。该锅炉在常规运行工况下，NOx 排放浓度处于达标边缘，在高负荷时段时常超标，面临巨大的环保考核压力。NOx 的生成量与炉内燃烧温度、氧气浓度和停留时间密切相关，传统的燃烧方式往往为了追求燃烧效率而牺牲了环保指标。

1.3 设备可靠性问题影响长期稳定运行

结焦与积灰：水冷壁、过热器、省煤器等受热面积灰和结焦现象频繁，导致换热效率下降，烟风道阻力增加，引风机电流升高、耗电上升，严重时甚至需降负荷或停炉清焦，严重影响机组的连续生产和经济性。结焦的根本原因在于煤粉燃烧后产生的灰分在高温下熔化为液态或软化状态，撞击到受热面管壁时，若管壁温度高于灰的软化温度，熔融灰就会粘结在管壁上，并不断积聚长大。这主要与煤质的灰熔点特性、炉内局部温度过高、配风不合理导致火焰刷墙等因素密切相关。而积灰则多为物理沉积，细小的灰颗粒随烟气流经对流受热面时，在管壁背风面涡流区或粗糙表面因静电吸附、机械钩挂等作用而滞留，形成疏松多孔但热阻很大的灰层。两者均会严重削弱热传导，导致排烟温度升高和出力下降。

磨损与腐蚀：制粉系统管道、燃烧器喷口、尾部受热面等部位存在不同程度的磨损。磨损主要分为冲刷磨损和撞击磨损。制粉系统管道和燃烧器喷口的磨损主要是高浓度、高速度的煤粉气流持续冲刷所致，尤其在弯头和外弧侧最为严重。省煤器、过热器等尾部受热面的磨损则与烟气走廊、局部流速过高以及飞灰浓度分布不均有关，管壁减薄爆管是其主要失效形式。

2 运行优化与节能降耗关键技术措施

针对上述问题，从燃烧调整、系统优化和运行管理三个层面入手，实施了一系列技术措施。

2.1 精细化燃烧调整，提效降耗

燃烧调整是锅炉运行优化的核心。摒弃了粗放式的操作，推行精细化调整。

一次风粉均衡调整：保证同一层燃烧器各一次风管的风速和煤粉浓度均匀是稳定燃烧的基础。采用先进的网格法测量各一次风管的风速，通过调整缩孔或可调缩孔的开度，将同层各风管风速偏差控制在 ±5% 以内。同时，通过观察喷口煤粉气流颜色、测量风管静压等方式间接判断煤粉浓度，必要时停运磨煤机清理粉管分配器，有效解决了火焰偏斜、局部结焦和燃烧不均的问题。

优化二次风配风方式：二次风的分配对炉内燃烧工况和 NOx 生成起决定性作用。摒弃了传统的“均等配风”模式，积极探索并应用了分级送风技术。实施“缩腰型”配风：即适当关小中间两层二次风门，开大上下层二次风门。这样做可以降低燃烧中心区的氧浓度和温度，有效抑制热力型NOx 的生成。强化燃尽风（OFA）的使用：将顶部燃尽风风门开足，保证占总风量 15%-20% 的燃尽风在燃烧后期送入，确保煤粉的完全燃烧。此举在降低 NOx 的同时，并未显著增加 q4 损失。控制过量空气系数：在保证完全燃烧的前提下，通过试验确定不同负荷下的最佳氧量值。通常将省煤器出口氧量控制在 3.0%3.8% ，避免了过量空气带来的 q2 损失增加和风机耗电上升。优化制粉系统运行：煤粉细度和温度是影响燃烧的重要参数。控制煤粉细度（R90）：根据煤种的挥发分和燃烧特性，将煤粉细度调整在经济范围内。挥发分较低的煤，适当提高细度（降低 R90 值），以利于着火和燃尽；挥发分较高的煤，可适当放宽细度，以降低制粉电耗。控制磨煤机出口温度：在防爆安全允许的范围内，尽量提高出口温度，有利于煤粉的干燥和着火。对于烟煤，通常控制在 70–80‰ 。

2.2 加强辅机经济调度，降低厂用电厂用电是热电成本的重要组成部分。对主要辅机运行方式进行了优化。

风机并联运行优化：在负荷变化时，优先通过调整风机导叶或变频器来适应，而非轻易启停备用风机。对两台并联运行的引（送）风机，保持其开度和电流基本一致，避免“抢风”和效率内耗。

推广变频器（VFD）应用：对现有的一次风机、凝结水泵等大功率辅机进行变频改造。通过变频调节替代节流调节，在低负荷时节电效果尤为显著，可降低厂用电率 0.5%-1% 。

2.3 强化设备维护与状态管理

受热面吹灰优化：制定并严格执行科学的吹灰规程。根据排烟温度、炉膛负压、汽温变化等参数，判断受热面积灰情况，实现“按需吹灰”，避免过度吹灰导致的蒸汽浪费和受热面磨损。确保吹灰器投入率，保证其有效行程和吹扫压力。

加强防磨防爆检查：利用停炉检修机会，对水冷壁、过热器、省煤器管道进行全覆盖检查，重点检查吹灰器区域、人孔门附近等易磨损部位，及时更换减薄超标的管段。对燃烧器喷口、一次风管弯头等加装防磨瓦或进行耐磨喷涂。治理“跑冒滴漏”：全面排查并治理阀门的内漏和外漏问题。一个看似微小的蒸汽内漏阀门，长期造成的热量损失也是惊人的。对高温高压管道保温进行修复和完善，降低散热损失。

4 结论

本文基于生产现场实践，论证了通过精细化的燃烧调整、辅机经济运行和严格的设备维护，可以有效挖掘煤粉炉的节能潜力，实现经济效益与环保效益的双赢。运行优化是一个持续的过程，需要根据煤种、负荷、设备状态的变化不断进行微调。数据是优化的基础，应加强对运行参数的记录与分析，为决策提供支持。

参考文献

[1]张磊， 王建国. 电站锅炉燃烧优化技术研究进展[J]. 热力发电， 2020， 49（8）： 1-8.

[2]李晓伟， 吴少华， 陈国庆. 煤粉炉低氮燃烧改造与运行调整试验研究[J]. 中国电机工程学报， 2019， 39（增刊 1）： 145-152.