水冷壁

为揭示锅炉水冷壁壁面附近H2S浓度与CO、H2等还原性气氛浓度的关联关系，在某300 MW等级高温腐蚀锅炉上进行了水冷壁多组分气氛同步测试试验。结果发现：当CO体积分数在3.5%~13%时，CO浓度与H2S、H2浓度均存在较强的正相关性，CO浓度与CO2浓度存在较强的负相关性。另外，CO浓度与H2S浓度的正相关性与测点位置有关，随着炉膛高度增加，二者的正相关性逐渐减弱。在还原性气氛中，除了CO以外，还观察到大量H2，最大H2体积分数为4.7%。H2S浓度与H2浓度也存在较强的正相关性。最后，根据同步试验结果，分别给出了CO浓度与H2S、H2浓度的关联关系式，可供运行调整人员参考。

为揭示锅炉水冷壁壁面附近H2S浓度与CO、H2等还原性气氛浓度的关联关系，在某300 MW等级高温腐蚀锅炉上进行了水冷壁多组分气氛同步测试试验。结果发现：当CO体积分数在3.5%~13%时，CO浓度与H2S、H2浓度均存在较强的正相关性，CO浓度与CO2浓度存在较强的负相关性。另外，CO浓度与H2S浓度的正相关性与测点位置有关，随着炉膛高度增加，二者的正相关性逐渐减弱。在还原性气氛中，除了CO以外，还观察到大量H2，最大H2体积分数为4.7%。H2S浓度与H2浓度也存在较强的正相关性。最后，根据同步试验结果，分别给出了CO浓度与H2S、H2浓度的关联关系式，可供运行调整人员参考。

可门电厂锅炉为上海锅炉厂生产的超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、四角切圆燃烧方式、平衡通风、П型露天布置、固态排渣。由于掺烧高灰分、低灰熔点煤种，使得锅炉受热面结焦较为严重，运行过程中炉膛上方的屏式过热器结焦掉落至冷灰斗水冷壁，导致冷灰斗水冷壁四角位置的受热面磨损、砸伤减薄严重，每次检修都要对这个部位的水冷壁管进行大面积更换，更有大焦块从屏式过热器上掉落，导致水冷壁减薄超标失效泄漏。因此，如何防止锅炉掉焦导致水冷壁磨损甚至砸伤失效就成为亟待解决的问题。在冷灰斗四角斜坡段水冷壁增加水冷壁防扎钉，能有效的减小掉焦对水冷壁管的损害，不锈钢防砸钉的加工制作成本低，加工技术难度小，使用效果显著，现场施工焊接量较小，施工难度低，焊接时也不易损伤水冷壁管。根据冷灰斗四角斜坡段水冷壁的磨损特点，采用此水冷壁防砸伤装置改造法，首先使用效果显著，其次改造的成本较低，现场施工焊接难度低。该方法适合国内同类型机组的使用，可在行业全面推广。该创新方法已以“一种超临界锅炉冷灰斗水冷壁防掉焦砸伤装置”申报实用新型专利。

受SCR脱硝技术最高效率制约，低氮燃烧技术在煤电机组NOx超低或近零排放控制中需发挥更大作用，或需提升技术性能。然而，低氨燃烧所需贫氧还原性条件与防高温腐蚀和结渣所需富氧氧化性条件相矛盾，因此，低氨改造后高温腐蚀、结渣等问题普遍存在，严重影响机组安全稳定运行，也制约了炉内进一步深度降氨实施。对冲燃烧锅炉由于燃烧组织方式特殊，采用低氮燃烧方式后上述问题更为突出。统筹协调燃煤锅炉运行环保性与安全性之间矛盾，防范化解低氨燃烧给锅炉带来的潜在安全隐患，是煤电机组安全稳定实现超低和近零排放的重要前提和安全保障。 项目研究成果在7家电厂得到应用，其中福州电厂600MW超临界机组工程示范应用结果表明：侧墙贴壁氧量可提高到1.5%以上，HS和CO浓度可降低60~90%，NOx浓度可降低40~80mg/m²，技改后机组至今运行二年多，锅炉水冷壁未出现明显高温腐蚀现象。黄其励、岳光溪和段宁三位院士领衔的鉴定委员会认为：该研究成果可显著提高超低排放下对冲燃烧锅炉运行的安全性，具有良好的推广应用价值，成果总体居该领域国际领先水平。

随着国家更为严格的火力发电厂大气污染物排放标准的实施和各发电公司对经济效益的追求，对大型电站锅炉的运行要求越来越高，而与之相对应的入炉煤质却变差，设备越来越复杂，运行人员操作水平并没有相应提高，这种矛盾在低氮燃烧器改造后更为明显地表现出来，低氮改造后锅炉经常出现：结焦、水冷壁高温腐蚀、低负荷时的炉膜压力大幅度波动、甚至灭火等问题，这些间题的出现基本都与锅炉的局部燃烧气氯变化造成的，尤其是锅炉水冷壁表面氛围，而炉底的可燃气体的积聚和爆燃又会造成炉膜压力波动，低负荷运行时表现更为明显，与此同时电网容量不断增大，新能源所占比重快速升高，电网对于可再生能源的消纳压力大幅度增加，另外用电结构也发生了明显变化：工业用电比重下降，居民生活用电比重上升，使的电网负荷峰谷差呈不断增大的趋势，这样电力系统的调峰能力就显不足，火力发电就要承担更多的调峰任务，尤其是深度调峰任务，而火力发电机组的深度调峰能力取决于锅炉的最低稳燃能力，因此局部燃烧气氛对锅炉低负荷稳燃能力也有着关键性影响，因此只有掌握这些局部气氛的变化规律，消除不利因素才能保证锅炉运行在经济性和环保特性的最佳 状态，并能有效提高机组的深度调峰能力。

锅炉低氮燃烧器技术大多是随锅炉主设备引进的，部分是属于借鉴国外先进技术自行设计开发的，经过国内电力生产企业和科研院所的消化吸收，目前低氮燃烧器技术大都取得了良好的应用;同时国内的锅炉生产厂家在低氮燃烧系统设计领域也正逐步由以前的单纯模仿向自主设计方向迈进。但不可否认，国内低氮燃烧领域依然缺乏独立知识产权的产品，技术实施领域主要是施工改造，设计领域存在计算模型简单、中间试验不完备、商业运行缺乏系列数据积累、模型验证过程不严密等诸多问题，给改造后的锅炉安全、稳定和经济运行带来了一定的影响。低氮燃烧器多是基于空气分级、燃料分级，对炉内燃烧状况有较大的影响，这些问题导致低氮燃烧器改造后出现了切圆炉再热汽温大幅偏低、水冷壁高温腐蚀、灰渣含碳量升高、减温水量大幅升高等问题，该课题即是为解决低氮燃烧器改造后出现的问题而设立。本课题的研究对象是低氮燃烧器普遍存在的行业性问题，所采用的关键技术及创新点具有国内首创性，且取得了明显效果，产生了显著的经济效益与社会效益。研究成果形成了一整套系统可行的方法，在无大量资金投入和较少设备改造的情况下，能够大幅提高燃煤机组低氮燃烧的安全性与经济性，为同类型机组提供了新型解决思路，有很强的市场竞争力。

本文围绕某 600MW 低氮改造锅炉的燃烧优化控制展开研究。利用三维数值模拟分析了低氮改造炉膛温度场和主要组分场的变化，讨论了这些变化对锅炉运行优化的影响。通过动态扰动试验研究了各层辅助风门开度对飞灰含碳量、减温水量及 NOx 的影响。在此基础上利用在线支持向量机对锅炉燃烧的动态过程进行建模，并结合免疫遗传算法寻优得到实时工况最优风煤配比，兼顾锅炉效率和 NOx排放。在仿真机上进行了验证，表明模型具有较好的实时性和精度。最后，利用模糊控制建模原理构建了锅炉燃烧优化控制的专家系统，并将此控制系统成功应用于定州电厂 2#炉。主要内容包括以下几个方面。 数值模拟结果表明，低氮燃烧器改造后的炉膛高温区延伸到还原区，但燃烧仍主要在主燃区进行。主燃区以上，截面平均温度逐渐下降。CO 含量在主燃区、燃尽区均较高，水冷壁区域存在高温腐蚀的风险，运行中应加以监控。SOFA 水平摆角对 NOx 的生成影响较小，降低 NOx 浓度应主要依靠空气分级作用。NO 在主燃区先增加后减小，在还原区达到最小值，在燃尽区和炉膛出口又逐渐上升。 动态试验研究发现，中低负荷运行时，应减小燃尽风顶部风量，火焰中心下移，再热汽温可以通过主燃区和燃尽区的上、下摆动进行调节。由于低氮改造后主燃区被压缩，应增加托底风量降低炉渣可燃物含量。为了降低炉内 CO 含量，可适当增加 AB 层和 CD 层的风量到 40%以上。 利用在线支持向量机建立锅炉燃烧系统的动态数学模型，并利用免疫遗传算法求解出最佳操作量。模型预测输出的 NOx 浓度及锅炉效率变化趋势和现场数据吻合的较好，NOx 排放量预测偏差标准差 1.488mg m3 ，锅炉效率值预测偏差标准差 0.0189%。影响模型计算速度和精度的主要因素是模型设定的最大容许误差，应在全局最优的基础上合理设定。 基于模糊调整的反平衡软测量模型根据实时监测的烟气含氧量和烟气温度进行模糊调整，更加接近实际的飞灰含碳量和炉渣含碳量。模糊专家控制系统预测结果精度与论域和隶属度函数的选择有较大关系。论域的选择应该覆盖各操作量和目标函数的实际范围。要保证由前提变量构成的每个模糊子空间都能被遍历，结论变量在模糊子空间选用的最佳模糊集由规则的最大支持度决定。

目前，我国仍是以火力发电为主的国家，拥有数量众多的燃煤电站锅炉。燃煤电站锅炉在依据设计煤种进行热力计算并完成设计制造安装运行后，--旦燃用煤质或运行工况发生变化，在锅炉运行过程中经常会导致严重的受热面结焦等问题，其结果不仅影响锅炉热效率，也会容易导致炉膛燃烧波动、不稳定、灭火，严重状况将造成受热面爆管:另外，由于锅炉受热面结焦，一旦发生掉焦锅炉底部捞渣机将卡涩、停运，如果结焦过多，锅炉停运的案例时有发生，特别是对于采用无渣井、无关断门设计的机械排渣系统，在捞渣机出现故障无法运行后，不得不进行破坏水封处理，否则将被迫停炉，严重影响机组安全稳定运行。 目前对于燃煤电站锅炉结焦主要防控手段包括配煤掺烧、增加吹灰器布置或通过输煤皮带处投放燃煤防结焦添加剂等方式进行控制，都是在焦块形成后，通过设备技术改造或增加成本的手段、措施适应锅炉的清焦，但对焦块的初期形成无法动态监测和及时遏制，而且上述办法都有一定的局限性;配煤掺烧通常存在掺烧比例大，掺烧成本较高等问题、调控难度大等缺点:增加吹灰器可以减缓结渣发生，但长期使用会导致水冷壁管磨损严重，增加受热面爆管风险:通过添加除焦剂虽然可以有效抑制锅炉结焦，但存在使用成本高、增加二次污染、可能导致锅炉尾部烟道脱硝SCR催化剂中毒失效等弊端，且适用范围窄，难以适用于高钠煤(即煤中灰分钠含量高于2%的煤)。另外在锅炉运行期间，无法通过检修、改造手段，进一步防治燃煤锅炉结渣、沾污。 因此，研究--种在锅炉运行过程中，防治燃煤锅炉结渣、沾污,提升锅炉热效率的同时，以简单快捷、低成本、适用范围广而且可以实时预控以及防控焦块的初期形成的方法，具有重要的现实意义和巨大的经济价值。

项目燃用越南本地无烟煤，具有挥发分低、着火难、稳燃难、燃尽难等特点；W火焰锅炉存在因水冷壁壁温偏差过大而导致的鳍片拉裂甚至爆管风险。项目针对无烟煤“三难”特点选用W火焰锅炉技术，并在基本设计阶段将亚临界优化为超临界，开展多项专题优化，比如气泡雾化油枪，针对无烟煤的煤仓旋转清堵技术，电除尘器配用高频电源降低厂用电并提高除尘效率等，都是首次在越南得到应用。项目以境外BOT电厂开发建设运营为载体，充分发挥股东方集团公司优势，完成国际能源产业价值链资源整合，理论结合实际应用先进管理工具和技术、设计理念、施工安装及调试技术等完成项目建设并转入运营。 项目完整的开发、建设和初期运营管理经验，打通了越南BOT燃煤电厂整个产业价值链，对于今后境外大型BOT燃煤电厂项目开发、建设和运营，无论是从技术层面，还是从管理层面，都具有很强的复制推广应用价值。在深入调研国内同类型机组的基础上，率先在越南成功应用很多先进技术，提高了机组可靠性，创举性一次成功完成双机168小时可靠性试运行，2019年机组年利用小时数达7390小时，上网电量达83.65亿kWh。项目“先进、可靠、绿色”示范性电厂已成为镶嵌在“一带一路”上的电力项目“丝路明珠”，也体现了中越两国人民的友谊和两国政府的务实合作，对于进一步推动两国经贸合作和文化交流，构建人类命运共同体具有积极意义。

本项目针对燃媒锅炉超低排放条件下炉膜高温腐蚀严重、影响运行安全性的问题，进行了高效贴壁风射流技术研究，开发了锅炉高温腐蚀防治非对称高速贴壁风系统，并完成典型机组的技术应用。 锅炉非对称高速贴壁风系统具有风率低、风速高、覆盖率高等特点。通过非对称设计优化风量配置，实现锅炉水冷壁高温腐蚀的高效、精准定向防治，提高锅炉运行的安全性，从而有利于实施深度的低氧燃烧与配风分级调整，降低SCR入口NOx浓度、提高锅炉热效率，保障锅炉运行的经济性和环保性。应用本系统后，锅炉运行指标性能保证值如下：