火电厂机组负荷变动下的燃烧稳定性分析

引言

在可再生能源大规模接入与电网峰谷差加剧的趋势下，承担基荷的传统燃煤火电机组需深度参与调峰，负荷变动成为常态。汽包锅炉作为国内火力发电的主流炉型，其自然循环特性决定了炉内燃烧稳定性对汽包水位的敏感影响尤为突出。负荷频繁波动直接扰动炉内热力场与空气动力场，导致燃烧不稳、效率下降、污染物排放超标及结焦腐蚀等安全隐患。因此，深化负荷变动下燃烧稳定性调控机理研究，对保障机组安全经济运行、满足日趋严格的环保约束具有重大现实意义。本文立足运行实践，剖析关键控制参数的作用机制，为优化燃烧调整提供理论支撑与实践指导。

一、燃烧稳定性与汽包炉运行特性的内在关联机理

汽包锅炉依靠水与汽水混合物的密度差实现自然循环，其水动力安全性高度依赖炉膛下部水冷壁吸热的均匀性。机组负荷变动时，燃烧强度随之改变，若煤粉着火延迟或火焰中心大幅偏移，极易诱发水冷壁局部热偏差增大，不仅威胁汽包水位稳定，更可能导致传热恶化甚至管道超温。同时，炉膛出口烟温波动加剧，直接影响过热器与再热器的汽温特性，增加超温爆管风险。负荷骤降时，燃料供给量锐减可能导致火焰脉动甚至熄火，此时需快速提升磨煤机出口温度以增强煤粉反应活性；负荷骤升则需协调增加二次风量防止缺氧燃烧，避免因热惯性导致汽包压力骤升引发安全阀动作。此外，燃烧剧烈波动会加剧汽包壁温差，诱发疲劳应力损伤，尤其对老旧机组威胁显著。因此，维持负荷变动过程中燃烧的及时响应与空间分布均匀，是稳定汽包锅炉水循环、保障蒸汽参数合格的首要前提。

二、风量配比控制：稳定着火与提升燃尽率的核心路径

一次风与二次风的科学配比是控制煤粉气流着火点位置及燃尽效率的核心。一次风量以可靠输送煤粉为基准，过量则降低一次风温、推迟着火并增加机械未完全燃烧损失（q4），不足则可能诱发堵管。二次风实施分级配风策略，下二次风用于托住火焰并补充初期氧量，中上部二次风则逐步混入确保燃尽并压制火焰中心上飘。运行中需根据煤质挥发分灵活调整：高挥发分煤种应减少下一次风比例，防止过早着火烧损燃烧器；低挥发分煤种则需加大下一次风动量以强化热回流。负荷变动速率超过 3%/min 时，须启动风煤交叉限制逻辑，防止因风量滞后导致冒黑烟事故。负荷变动时，运行人员需依托DCS 系统动态精细调整各层二次风门开度，调控燃烧切圆直径在合理范围。切圆过大加剧贴壁燃烧与结焦风险，过小则扰动减弱、燃烧强度下降，导致飞灰含碳量升高。合理风量配比确保煤粉气流在炉膛中心稳定着火、充分燃尽，同时避免火焰冲刷炉墙。

三、氧量精细化管控：兼顾锅炉效率与环保排放的关键枢纽

烟气氧量直观反映炉内过量空气系数，是影响燃烧效率与污染物生成的直接因素。运行实践中，氧量通常维持在 3.5%6.4.2% 范围。负荷下降时，总风量需及时跟随燃料量减少以避免氧量过高。氧量控制需与燃烧器摆角协同：低负荷期燃烧器下倾时，因火焰行程延长，氧量设定值应降低0.3%～0.5% 以补偿过量氧耗。煤质硫分高于 1.5% 时，氧量下限需提高 0.2% 以抑制 H₂S 生成，减轻高温腐蚀风险。氧量传感器必须定期吹扫校验，避免因测点堵塞导致DCS 误判引发恶性循环。氧量过高意味着过量冷空气进入炉膛，大幅增加排烟热损失（q2），降低锅炉热效率并使发电煤耗上升；氧量过低则导致局部缺氧燃烧，未燃尽碳损失(q3)增加，CO 浓度显著升高冲刷SCR 催化剂，且加剧还原性气氛引发的高温腐蚀。因此，氧量的精细化管控需随负荷与煤质变化灵敏调整，确保在燃烧效率与烟气环保性之间取得最佳平衡点。

四、煤粉细度与磨煤机运行协同优化：经济性与燃烧效率的平衡艺术

煤粉细度 R90（即 90μm 筛余量）直接影响着火难易度与燃尽时间。R90 长期保持在 18%-22% 区间，兼顾了磨煤机电耗与锅炉燃烧效率。对于高灰熔点煤种，R90 需趋近下限以减少大颗粒煤粉对熔渣层的物理冲击；若燃用高水分褐煤，R90 可放宽至 25% 以降低磨煤机堵煤概率。动态分离器转速调整应与磨辊加载力联动：转速每提升 100rpm ，加载力需增加0.5MPa 以维持研磨效率，防止因碾压力不足导致细度合格率下降。磨煤机出口温度控制需考虑煤堆自燃倾向性：高挥发分烟煤取65℃下限，无烟煤可取 75°C 上限。负荷变动时，动态调整磨煤机分离器转速以维持目标细度至关重要。转速升高，煤粉变细利于着火与燃尽；转速降低则煤粉变粗，磨煤单耗下降但 q4 损失增加。同时，严格控制磨煤机出口温度在 65-75^∘C 安全区间，既要防止温度过低导致水分偏高影响输送，更要杜绝温度过高触发煤粉自燃爆炸风险。

五、燃烧安全与环保排放的协同平衡控制

燃烧稳定性调控始终贯穿安全与环保红线。负荷波动期间炉内温度场重构易诱发局部高温区产生，尤其煤质波动时更显著。通过优化二次风分级配比及燃尽风（OFA）灵活投入，可有效拉低炉膛局部峰值温度，抑制热力型 NOx 生成，大幅降低喷氨量与氨逃逸风险。当炉膛中部烟温超过1350^∘C 时，应立即投入燃尽风系统并将 SOFA 风门开度增至 70% 以上强制分流火焰；若发现屏式过热器区域两侧烟温差持续大于 50^∘C ，表明火焰中心已偏移，需紧急调整对角燃烧器二次风平衡。飞灰含碳量突增至 5% 以上时，往往预示燃尽风过量或煤粉过粗，须联动调整分离器转速与燃尽风门开度。同时，均匀的温度分布能显著缓解水冷壁结焦倾向及高温硫腐蚀速率。运行人员需实时监控炉膛各段烟温、各受热面壁温及飞灰含碳量等关键参数，预判并干预燃烧劣化趋势，实现安全、经济、清洁运行的协同目标。

结论

在火电机组深度调峰常态化背景下，负荷频繁变动对汽包锅炉燃烧稳定性构成严峻挑战。研究表明：通过优化一次风与二次风的科学配比，实现燃烧切圆直径精准调控，可保障煤粉气流稳定着火与高效燃尽；精细化控制氧量于 3.5%～4.2% 窗口区间，有效平衡排烟损失与未燃碳损失，兼顾锅炉热效率与环保排放约束；协同调控煤粉细度 R90 至 18%～22% 经济区间，并严格管控磨煤机出口温度，显著提升燃烧反应活性。上述措施系统性强化了变负荷工况下的炉内温度场均匀性，成功实现发电煤耗降低、NOx/SO2/CO 等污染物协同减排，同步遏制结焦与高温腐蚀等安全隐患。燃烧稳定性调控技术的精益化实践，已成为火电厂安全、经济、环保运行的核心支撑。

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