劉曙東

(國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

0 引言

國(guó)電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司2×330 MW 空冷供熱機(jī)組的鍋爐是上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的300 MW 等級(jí)亞臨界壓力自然循環(huán)鍋爐。鍋爐采用亞臨界壓力參數(shù)、自然循環(huán)汽包爐，單爐膛、一次中間再熱、燃燒器擺動(dòng)調(diào)溫、平衡通風(fēng)、四角切向燃燒、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。鍋爐燃用煙煤。鍋爐的制粉系統(tǒng)采用冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置5 臺(tái)中速磨煤機(jī)，其中4 臺(tái)運(yùn)行，1 臺(tái)備用。自2008年2 臺(tái)機(jī)組相繼投運(yùn)以來(lái)，NOx排放濃度一直較高，超出環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。

隨著國(guó)家環(huán)保政策的不斷推進(jìn)和人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，電廠鍋爐NOx排放也越來(lái)越受到人們的重視。結(jié)合內(nèi)蒙古東勝電廠2號(hào)機(jī)組A 級(jí)檢修，對(duì)燃燒器進(jìn)行了優(yōu)化改造，不僅降低了煙氣中NOx濃度，也從根本上解決了爐膛結(jié)焦問(wèn)題。

1 鍋爐及燃燒設(shè)備相關(guān)技術(shù)參數(shù)

內(nèi)蒙古東勝電廠2號(hào)機(jī)組BMCR 工況主要技術(shù)參數(shù)詳見(jiàn)表1，煤質(zhì)分析結(jié)果詳見(jiàn)表2，燃用設(shè)計(jì)煤種、鍋爐最大連續(xù)出力(BMCR)時(shí)燃燒器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)詳見(jiàn)表3。

表1 東勝電廠2號(hào)機(jī)組BMCR 工況主要技術(shù)參數(shù)

表2 煤質(zhì)分析結(jié)果

表3 燃燒器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 鍋爐燃燒存在問(wèn)題及原因分析

2.1 NOx 排放濃度較高

內(nèi)蒙古東勝電廠2×300MW 機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，其NOx排放濃度一直較高，達(dá)400～450 mg/m3，超出新實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的要求。試驗(yàn)研究表明，NOx濃度過(guò)高是燃燒器設(shè)計(jì)不合理、燃盡風(fēng)量不準(zhǔn)確所致。東勝電廠2號(hào)爐燃燒器主體采用了均等配風(fēng)布置，在主燃燒器上方布置兩層分離OFA 噴口，沿爐膛截面，采用了偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)，一二次風(fēng)反向切圓的配風(fēng)方式，但實(shí)際運(yùn)行中燃盡風(fēng)量達(dá)不到要求。

2.2 一次風(fēng)率嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值

通過(guò)煤質(zhì)分析我們發(fā)現(xiàn)燃用煤種水分遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)煤種和校核煤種，由于水分的增加降低了磨煤機(jī)的干燥出力，為了滿足帶負(fù)荷要求，必須增大磨煤機(jī)的通風(fēng)量，從而導(dǎo)致一、二次風(fēng)率分配的嚴(yán)重失調(diào)。一次風(fēng)率的增大，降低了二次風(fēng)率，再加上鍋爐結(jié)焦，需經(jīng)常開(kāi)爐底干排渣冷卻風(fēng)門(mén)對(duì)爐渣進(jìn)行冷卻，這樣就增加爐底漏風(fēng)，經(jīng)過(guò)預(yù)熱器的二次風(fēng)量進(jìn)一步減少，綜合表現(xiàn)為送風(fēng)機(jī)一直維持在很低的出力運(yùn)行，同時(shí)也造成排煙溫度升高。

另外，由于燃煤中外在水分太高，導(dǎo)致磨煤機(jī)出口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值，致使煤粉著火推遲，使火焰中心向上移，大量煤粉集中在主燃燒器上部燃燒，此處爐溫較高，引起主燃燒區(qū)域上部結(jié)焦。

2.3 爐膛存在結(jié)渣現(xiàn)象

鍋爐爐膛部分存在嚴(yán)重的結(jié)渣現(xiàn)象，其直接原因是燃用煤種的灰熔點(diǎn)太低。另外，燃燒器設(shè)計(jì)及爐內(nèi)燃燒組織的不合理也是造成鍋爐結(jié)渣的原因之一。燃燒器采用的是上海鍋爐廠引進(jìn)的CE 公司LNCFSII 低NOx燃燒技術(shù)，特點(diǎn)是主燃燒器區(qū)二次風(fēng)與一次風(fēng)大角度偏置，一二次風(fēng)切圓方向相反。而實(shí)際使用過(guò)程中強(qiáng)烈的偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)在爐內(nèi)形成了較大的切園，直接增加了煤粉氣流沖向水冷壁的可能性，致使結(jié)渣嚴(yán)重，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2.4 主、再熱器減溫水過(guò)大

鍋爐存在主、再熱器減溫水流量過(guò)大的問(wèn)題，其原因仍是爐膛內(nèi)存在嚴(yán)重結(jié)渣。由于爐膛內(nèi)的結(jié)渣，覆蓋大面積的冷壁，使水冷壁吸熱減少，從而爐膛出口的煙溫升高。另外由于爐內(nèi)吸熱量減少，為達(dá)到滿出力，被迫投更多的燃料，使?fàn)t出口溫度更進(jìn)一步升高，主再熱器減溫水量過(guò)大以及低溫受熱面管壁超溫的情況都是這一問(wèn)題的具體體現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)鍋爐存在的主要問(wèn)題進(jìn)行分析，既然燃用煤種無(wú)法改變，只有通過(guò)對(duì)燃燒器進(jìn)行改造，才能同時(shí)解決NOx濃度高、結(jié)渣、減溫水量高等問(wèn)題。

3 技術(shù)方案和措施

國(guó)電內(nèi)蒙古東勝電廠此次改造采用了低NOx雙尺度燃燒技術(shù)(見(jiàn)圖1)，對(duì)鍋爐進(jìn)行了防結(jié)焦低NOx改造，在射流空間分布(空間尺度)及燃燒過(guò)程控制實(shí)現(xiàn)(過(guò)程尺度)上采取措施。

圖1 雙尺度燃煤技術(shù)示意

3.1 縱向三區(qū)布置－增加燃盡風(fēng)風(fēng)量

主燃燒器區(qū)域上兩層一次風(fēng)標(biāo)高保持不變，下三層一次風(fēng)整體下移，這樣就增大了燃燒器區(qū)域面積，減小了區(qū)域的溫度峰值，降低了結(jié)焦可能性。

原燃燒器已有燃盡風(fēng)系統(tǒng)保持不變，其下面四角與主燃燒器之間再增加兩層高位燃盡風(fēng)，使燃盡風(fēng)占總風(fēng)量20%～30%且可調(diào)。這樣燃燒器沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為氧化還原區(qū)、主還原區(qū)、燃盡區(qū)。主燃燒器區(qū)存在氧化還原交替區(qū)，氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進(jìn)煤粉燃盡，但會(huì)產(chǎn)生較多的NOx，局部還原區(qū)可以初步還原產(chǎn)生的NOx，使NOx在初始燃燒時(shí)就得到抑制。主還原區(qū)內(nèi)將已生成的NOx進(jìn)行充分還原，燃盡區(qū)內(nèi)將二次風(fēng)及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，促進(jìn)焦碳最后燃盡。通過(guò)縱向三區(qū)布置，形成縱向空氣分級(jí)，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物也會(huì)得到控制。

3.2 橫向雙區(qū)布置—貼壁風(fēng)等技術(shù)措施

針對(duì)燃用煤質(zhì)，重新調(diào)整布局爐內(nèi)的空氣動(dòng)力場(chǎng)。將燃燒器2、4號(hào)角一次風(fēng)射流統(tǒng)一調(diào)整為直徑為450 mm 的假想切園，1、3號(hào)角一次風(fēng)對(duì)沖，調(diào)整后的射流角度有利于緩解背火側(cè)補(bǔ)氣條件差，氣流沖壁的狀況。二次風(fēng)由原來(lái)大角度偏置改為小角度偏置，與一次風(fēng)偏置角度在4～5°角之間，防止大角度偏置造成風(fēng)粉偏移沖至水冷壁上。保證爐內(nèi)切圓方向不變，二次風(fēng)初始偏離并能很快與一次風(fēng)摻混并在爐內(nèi)中心區(qū)域燃燒。部分兩層一次風(fēng)之間布置貼壁風(fēng)噴口，提高了近壁區(qū)域的氧化性氣氛，爐膛近壁區(qū)形成為較低溫度、較低CO 濃度、較高O2濃度(沿程逐步摻入中心區(qū))，提高了灰熔點(diǎn)，同時(shí)有利于阻止灰粒附壁，緩解爐膛的結(jié)渣。一次風(fēng)初始燃燒時(shí)，二次風(fēng)不能過(guò)早混合進(jìn)來(lái)，形成缺氧燃燒，在火焰內(nèi)就進(jìn)行NOx還原，抑制NOx產(chǎn)生。在火焰末端，二次風(fēng)再及時(shí)摻混進(jìn)來(lái)，使缺氧燃燒時(shí)產(chǎn)生的焦炭再燃燒。

3.3 采用低NOx 燃燒器

除下兩層等離子燃燒器外的其他一次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)為上下濃淡分離形式，中間加裝穩(wěn)燃鈍體，濃淡燃燒除了可以降低NOx外，還可以對(duì)煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。同時(shí)鈍體能強(qiáng)化熱煙氣回流，實(shí)現(xiàn)早期著火，進(jìn)一步強(qiáng)化穩(wěn)燃。

3.4 節(jié)點(diǎn)功能區(qū)的建立

將D 層一次風(fēng)設(shè)計(jì)為上濃下淡燃燒器噴口，C、E 層一次風(fēng)布置為下濃上淡一次風(fēng)噴口，兩層一次風(fēng)噴口中間的二次風(fēng)小角度與一次風(fēng)射流偏置，同時(shí)將BC 層、EE 層、OFA 層布置貼壁風(fēng)噴口。這樣的噴口組合，同時(shí)具有穩(wěn)燃、降低NOx的作用，將中間二次風(fēng)和貼壁風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)大，可降低NOx和飛灰可燃物濃度。

4 性能測(cè)試試驗(yàn)及結(jié)果

4.1 冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)

為檢驗(yàn)燃燒器改造效果，在熱態(tài)啟動(dòng)前進(jìn)行了冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)。啟動(dòng)2 臺(tái)吸風(fēng)機(jī)、2 臺(tái)送風(fēng)機(jī)，2臺(tái)一次風(fēng)機(jī)，測(cè)試各臺(tái)磨出口管道內(nèi)一次風(fēng)速，并使之達(dá)到設(shè)計(jì)風(fēng)速;對(duì)應(yīng)調(diào)整可調(diào)縮孔擋板位置，使同臺(tái)磨出口管道一次風(fēng)速偏差不超過(guò)5%。系統(tǒng)穩(wěn)定后，進(jìn)行煙花示蹤試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示爐膛內(nèi)主氣流方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?一次風(fēng)切圓軌跡明顯，與主切圓正切;一次風(fēng)速較高，切圓較二次風(fēng)切圓小;貼壁風(fēng)剛度明顯，符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 熱態(tài)調(diào)試試驗(yàn)

通過(guò)熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，綜合分析二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整試驗(yàn)、經(jīng)濟(jì)性最佳及NOx最低排放試驗(yàn)結(jié)果，確定了最佳配風(fēng)方式，負(fù)荷大于280 MW 時(shí)，鍋爐氧量維持2.5 ±0.1%;負(fù)荷大于210 MW 時(shí)，鍋爐氧量維持低于3.0%，保證了在各種負(fù)荷下，NOx排放濃度低于200 mg/m3;鍋爐熱效率高于93%。

4.3 改造后鍋爐性能總結(jié)

(1)東勝電廠2號(hào)鍋爐燃燒器優(yōu)化改造后，爐膛結(jié)焦?fàn)顩r大大減輕，爐內(nèi)有輕微浮焦。

(2)燃燒器優(yōu)化改造后，鍋爐燃燒穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，在推薦配風(fēng)不變的情況下，無(wú)論負(fù)荷化動(dòng)、煤種變化，運(yùn)行參數(shù)比較平穩(wěn)。

(3)采用合適配風(fēng)方式，各種負(fù)荷下NOx排放濃度低于200 mg/m3，鍋爐效率高于93%。

［1］鐘北京，傅維鑣.鍋爐低NOx排放煤粉分級(jí)燃燒的優(yōu)化［J］.電站系統(tǒng)工程，1997，13(2):37－41.

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