閆東海，劉啟亮，張樹同，馬國志，李 誠

（國家能源菏澤發(fā)電有限公司，山東 菏澤 274032）

1 鍋爐概況

鍋爐為英國巴布科克有限公司制造的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)加內(nèi)螺紋管、單爐膛、全懸吊、平衡通風(fēng)、W 型火焰、露天布置、固態(tài)排渣燃煤汽包爐，配正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐采用W型火焰燃燒方式，在爐膛前后拱上各布置3 組狹縫式直流燃燒器，每組包括2 只主煤粉噴口、2 只乏氣噴口和2 只油槍，二次風(fēng)與一次風(fēng)噴口間隔布置，三次風(fēng)從下部爐膛前后爐墻的底部進入爐膛，燃燒器和風(fēng)系統(tǒng)布置如圖1 和圖2 所示。鍋爐設(shè)計燃用85%的無煙煤和15%半無煙煤的混合物（如表1 所示），配3 臺雙進雙出鋼球磨煤機，每臺磨煤機的一端分別對應(yīng)一組燃燒器［1］。磨煤機單端出來的煤粉氣流送往爐拱上部的旋風(fēng)子，進行濃淡分離后分別進入主煤粉噴口和乏氣噴口垂直射入下爐膛燃燒。為降低NOx排放濃度，進行了燃燒系統(tǒng)低氮改造。

圖1 爐膛噴燃器布置

圖2 爐膛一二三次風(fēng)及底部風(fēng)布置

表1 鍋爐設(shè)計煤種

2 改造方案

2.1 主燃燒器系統(tǒng)改造

將原設(shè)計的12 只主煤粉噴口由狹縫式直流燃燒器改造為中心風(fēng)旋流燃燒器，如圖3 所示，該燃燒器為環(huán)形套筒結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次為中心直流二次風(fēng)、中間環(huán)狀濃粉氣流、外環(huán)旋流二次風(fēng)。中間環(huán)狀噴口噴出的濃粉受到縱向剛性較強的中心二次風(fēng)和橫向旋流較強的外環(huán)二次風(fēng)裹挾［2］。燃燒器燃燒煤粉所需要的二次風(fēng)小部分通過方形口作為中心二次風(fēng)進入爐膛，風(fēng)量由入口蝶形擋板門手動調(diào)節(jié)；大部分通過調(diào)風(fēng)套筒后經(jīng)外環(huán)二次風(fēng)通道進入爐膛。外環(huán)二次風(fēng)通道由煤粉管道和二次風(fēng)筒形成，內(nèi)裝12個軸向葉片，通過設(shè)置在燃燒器兩側(cè)的二次風(fēng)葉片調(diào)節(jié)桿可調(diào)節(jié)軸向葉片開度，開度減小，外旋二次風(fēng)旋流強度增強；反之旋流強度減弱，根據(jù)燃燒器燃燒需要，設(shè)定軸向葉片的開度范圍為40°～80°（與燃燒器軸線夾角為10°～50°），這個角度范圍內(nèi)噴出的二次風(fēng)既可使與煤粉氣流外表面旋轉(zhuǎn)接觸，又能確保煤粉的著火和火焰內(nèi)部的回流。除此之外，在燃燒器蓋板上裝有看火孔裝置、火焰溫度檢測器、電子點火裝置和油槍等裝置。

圖3 中心旋流燃燒器

2.2 乏氣風(fēng)口優(yōu)化改造

依據(jù)煤粉管道空間布置情況，將原設(shè)計的12 只旋風(fēng)子煤粉濃縮裝置更改為8 只分離式煤粉濃縮器和4 只彎頭式煤粉濃縮器。煤粉濃縮器分離出來淡粉氣流經(jīng)乏氣噴口下傾35°送入爐膛，乏氣噴口前后墻各6 個，較原設(shè)計位置下移，并將乏氣風(fēng)噴口與主煤粉噴口所在豎直平面錯開布置，如圖4 所示。該布置方式優(yōu)點有兩個：一是下移有利于回流的高溫?zé)煔饽苤苯蛹訜嵋淮物L(fēng)的根部；二是錯列并下傾射入可避免乏氣直接沖擊主火焰，有效利用下爐膛的空間。二者均有利于煤粉的著火、穩(wěn)燃及燃盡。保留乏氣管路上可調(diào)縮孔并增設(shè)氣動關(guān)斷插板門，當(dāng)入爐煤質(zhì)發(fā)生變化時，可通過可調(diào)縮孔調(diào)整，增強機組的煤種適應(yīng)性；當(dāng)某組制粉系統(tǒng)停運時，須將該磨組對應(yīng)的濃、淡粉燃燒器插板門關(guān)閉，以防爐膛高溫?zé)煔饣蚧鹧嬖跐獾弁ǖ篱g形成通道，燒損粉管及燃燒器。

圖4 乏氣風(fēng)下移結(jié)構(gòu)

2.3 新增設(shè)OFA 噴口

改造在燃燒器風(fēng)箱拱上標(biāo)高27 100 mm 增設(shè)一層燃盡風(fēng)（Over Fired Air，OFA） 噴口，前后墻各8只，下傾15°安裝。OFA 噴口采用雙風(fēng)區(qū)結(jié)構(gòu)，如圖5所示，噴口中心區(qū)為圓形二次風(fēng)直射，以保持燃盡風(fēng)剛性能夠穿透進入爐膛中心；噴口中心外環(huán)狀風(fēng)區(qū)為旋流，促進二次風(fēng)與高溫?zé)煔獬浞只旌希瑵M足煤粉燃燒后期送入的二次風(fēng)沿爐膛左右寬度方向和近壁處均勻分布，OFA 的結(jié)構(gòu)優(yōu)化為煤粉的后期燃盡提供必需的氧量，利于促進煤粉顆粒的充分燃燼，降低飛灰含碳量。OFA 噴口外環(huán)裝有開度40°（與燃燒器軸線夾角成50°）的固定葉片。

圖5 燃盡風(fēng)噴口

2.4 三次風(fēng)調(diào)整優(yōu)化

低氮改造前風(fēng)箱分為6 個分級風(fēng)風(fēng)箱，前、后墻各3 個，每個風(fēng)箱內(nèi)三次風(fēng)縫隙式水平射入。這樣的設(shè)計會導(dǎo)致風(fēng)進入爐膛時很容易發(fā)散，沒有剛度。本次改造在每個分級風(fēng)風(fēng)箱里設(shè)置4 只分級風(fēng)噴口，將噴口形狀由原來的長方形改為圓形，并增設(shè)導(dǎo)流管，下傾25°布置，以增強分級風(fēng)剛度，利于后期對煤粉燃燒氣流的托舉，保持火焰形狀，提升穩(wěn)燃能力［3］。為防止燒損變形，分級風(fēng)和乏氣噴口均采用Cr50Ni50 材質(zhì)。每個分級風(fēng)風(fēng)箱上由一個電動調(diào)節(jié)擋板單獨控制，對應(yīng)磨組燃燒器停運時，分級風(fēng)關(guān)小到冷卻狀態(tài)。二次風(fēng)系統(tǒng)如圖6 所示。

2.5 拱上二次風(fēng)噴口優(yōu)化

圖6 鍋爐二次風(fēng)系統(tǒng)

本次改造拱上二次風(fēng)的設(shè)計結(jié)合了美國巴威旋流燃燒器及英巴直流狹縫式燃燒器的設(shè)計特點，采用燃燒器中心風(fēng)、外環(huán)二次風(fēng)與拱上狹縫二次風(fēng)相結(jié)合的配風(fēng)形式（如圖7 和圖8 所示）。每個燃燒單元間隔布置方形二次風(fēng)噴口，由于該噴口和旋流燃燒器間隔布置且風(fēng)速較高，可以避免二次風(fēng)過早與旋流燃燒器一次風(fēng)射流會合，對于煤粉燃燒初期水平方向的配風(fēng)較為合理，使煤粉燃燒初期處于缺氧還原性氣氛，有利于抑制NOx的生成［4］。對于鍋爐前后墻角部燃燒器外側(cè)增設(shè)長條方形二次噴口，對側(cè)墻水冷壁也有一定的保護作用，避免結(jié)焦。

圖7 燃燒器與狹縫二次風(fēng)間隔布置

圖8 拱上狹縫二次風(fēng)結(jié)構(gòu)

2.6 鍋爐穩(wěn)燃與結(jié)焦控制優(yōu)化

由于W 火焰鍋爐的燃燒特點，無煙煤或貧煤的燃燒可能會引起結(jié)焦，特別是翼墻的位置如果結(jié)大焦，將會對鍋爐安全造成較大的影響。為此，取了一小部分二次風(fēng)作為翼墻防焦風(fēng)，在翼墻頂每個角，開翼墻風(fēng)孔，從頂部向下吹風(fēng)，在翼墻近壁處形成風(fēng)幕，防止翼墻結(jié)焦。

借鑒以往改造經(jīng)驗，目前W 火焰鍋爐的衛(wèi)燃帶面積達不到鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃要求，利用此次機會在鍋爐翼墻和左右側(cè)墻增加了一些衛(wèi)燃帶，并對增加的衛(wèi)燃帶進行區(qū)域成塊處理，在提高鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力的同時還能降低衛(wèi)燃帶結(jié)大塊焦的可能。

3 改造后效果分析及優(yōu)化調(diào)整

3.1 鍋爐初期運行概況

改造后的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器著火良好，爐內(nèi)燃燒較穩(wěn)定，一次風(fēng)及燃燒器系統(tǒng)阻力明顯減小，一次風(fēng)機耗電率明顯下降，主汽和再熱汽溫平均值及波動幅度均能滿足規(guī)程要求，低負(fù)荷工況下再熱汽溫較額定值略低，后來隨燃燒系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化及煤質(zhì)摻配水平提升，主汽及再熱汽溫趨于額定值運行；汽包水位隨負(fù)荷升降波動明顯，鍋爐整體適應(yīng)山東電網(wǎng)自動發(fā)電控制正常模式能力削弱。飛灰含碳量偏高，300 MW 負(fù)荷下約為15%，入爐煤粉取樣化驗結(jié)果顯示不均勻且過粗，3 臺磨煤粉細(xì)度R90從7.5%至18%不等，平均約為13%（如表2 所示）；磨煤機分離器各回粉管鎖氣器頻繁卡澀，動作不靈敏，造成回粉管長時間處于全開或堵塞狀態(tài)，導(dǎo)致進入燃燒器的煤粉細(xì)度過粗或者不均勻。啟動初期選擇性催化還原（Selective Catalytic Reduction，SCR）反應(yīng)器入口原煙NOx排放值約600 mg／m3，之后將拱上二次風(fēng)門開大后，著火初期氧量增大，導(dǎo)致SCR 入口NOx上升約200 mg／m3，因此，燃燒調(diào)整時應(yīng)在兼顧爐效的同時盡量降低SCR 入口的NOx質(zhì)量濃度。

表2 各取樣位置煤粉細(xì)度化驗結(jié)果 單位：%

3.2 優(yōu)化燃盡風(fēng)配比調(diào)整

為保證燃盡風(fēng)穿透自下而上的煙氣流射入爐膛中部，需要采用足夠高的風(fēng)量和風(fēng)速，但是從表3 可以看出，同等負(fù)荷工況下，燃盡風(fēng)門開大，會造成飛灰含碳量不同程度的上升，但是，不同燃盡風(fēng)門開度下爐膛出口原煙NOx質(zhì)量濃度整體不高，在煤質(zhì)差飛灰可燃物較高的情況下，可減小燃盡風(fēng)比例，建議燃盡風(fēng)開度在30%以下。

3.3 優(yōu)化拱上二次風(fēng)和分級風(fēng)配比

拱上二次風(fēng)和分級風(fēng)調(diào)整試驗結(jié)果如表4 所示。低氮改造后更換了燃燒器形式，并將乏氣噴口下移，相對原設(shè)計，目前在分級風(fēng)區(qū)域燃燒的煤粉量增加了。試驗中通過關(guān)拱上風(fēng)門和開分級風(fēng)門將二次風(fēng)從拱部向分級風(fēng)區(qū)域輸送，實際上二次風(fēng)系統(tǒng)的阻力是增大的，調(diào)整同時總的送風(fēng)量會下降。結(jié)合具體試驗工況對比可以看到，高負(fù)荷分級風(fēng)比例相對低負(fù)荷要大一些，說明火焰中心是下移的，需要提高下爐膛配風(fēng)比例。

表3 燃盡風(fēng)比例調(diào)整試驗

表4 拱上二次風(fēng)和分級風(fēng)比例調(diào)整試驗

3.4 優(yōu)化燃燒器中心風(fēng)和外二次風(fēng)旋流調(diào)整試驗

由于改造后煤粉下行深度是增加的，需要增強爐拱上高溫?zé)煔饣亓鞔龠M煤粉氣流提前著火，保證煤粉的有效行程。本次試驗中按照現(xiàn)有的煤質(zhì)和燃燒狀況摸底，對中心風(fēng)和外二次風(fēng)旋流進行調(diào)整，控制中心風(fēng)量不過高，同時增強二次風(fēng)旋流。調(diào)整后的中心風(fēng)和外二次風(fēng)旋流如表5 所示，在調(diào)整后煤粉氣流著火提前，降低了飛灰可燃物含量［5］。

表5 燃燒器中心風(fēng)和外二次風(fēng)旋流調(diào)整試驗

4 運行注意事項及建議

負(fù)荷較低或者檢修需要停運磨組時，要及時關(guān)閉磨組對應(yīng)的濃、淡粉閥，以防在濃粉燃燒器口和乏氣噴口之間形成煙氣循環(huán)回路，導(dǎo)致乏氣管道燒損。為防止?fàn)t膛結(jié)焦，鍋爐送風(fēng)量不能過小，確保省煤器后氧量顯示在3.2%以上。機組在低負(fù)荷三臺磨運行工況下，由于一次風(fēng)率高，NOx生成量增加，氧量可適當(dāng)降低，同時燃盡風(fēng)開度可增加10%。對于磨風(fēng)量控制由于目前確料位顯示不準(zhǔn)確，建議在目前基礎(chǔ)上整體增加10%磨通風(fēng)量，控制低料位。

5 結(jié)語

鍋爐改造后基本達到了安全經(jīng)濟運行，滿足了超低排放的要求，同時也為國內(nèi)同類燃煤鍋爐的低氮改造和運行調(diào)試優(yōu)化提供參考。為改善改造后鍋爐高負(fù)荷工況下結(jié)焦及飛灰含碳量高等問題，可進一步更換A、B 動態(tài)分離器降低煤粉細(xì)度，并加強入爐煤質(zhì)摻配調(diào)整。