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        600MW機(jī)組低氮燃燒器改造效果分析

        2013-04-13 10:13:08焦林生薛曉壘金理鵬
        科技視界 2013年36期
        關(guān)鍵詞:噴口貼壁燃燒器

        焦林生 薛曉壘 金理鵬

        (1.陜西神華國(guó)華錦界能源有限責(zé)任公司,陜西 榆林 719313;2.西安熱工研究院有限公司 蘇州分公司,江蘇 蘇州 215011)

        0 鍋爐概況

        鍋爐為600MW單爐膛、∏型布置、固態(tài)排渣、全鋼架結(jié)構(gòu)、平衡通風(fēng)、亞臨界壓力一次中間再熱控制循環(huán)汽包鍋爐。鍋爐采用擺動(dòng)式燃燒器調(diào)溫,四角布置、切向燃燒,正壓直吹式制粉系統(tǒng)。鍋爐原燃燒器采用四角布置,共24只切向燃燒擺動(dòng)式,每只燃燒器最大出力為11.5t/h,分六層布置,每層設(shè)置4只燃燒器。在頂部燃燒器上方各設(shè)一層燃盡風(fēng)和輔助風(fēng)噴口。煤粉噴口、二次風(fēng)噴口、燃盡風(fēng)噴口均可上下擺動(dòng),用以調(diào)節(jié)再熱汽溫。

        正常運(yùn)行時(shí),鍋爐NOx排放濃度在402mg/m3~609mg/m3之間,該排放濃度已無(wú)法滿(mǎn)足環(huán)保和國(guó)家火力發(fā)電政策的要求[1]。為響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”政策號(hào)召,電廠(chǎng)對(duì)3號(hào)鍋爐進(jìn)行了低NOx燃燒系統(tǒng)改造。

        表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 Major design parameters of the boiler

        1 改造方案

        對(duì)燃燒器進(jìn)行重新布置,改變假想切圓直徑,調(diào)整各層煤粉噴嘴的標(biāo)高和間距,增加新的燃盡風(fēng)組件以增加高位燃盡風(fēng)量(改造后燃燒器見(jiàn)圖1);除了A層一次風(fēng)沿用等離子燃燒器之外,更換其它5層一次風(fēng)噴口、噴嘴體及彎頭,一次風(fēng)全部采用上下濃淡、中間帶穩(wěn)燃鈍體的燃燒器;采用新的二次風(fēng)室,適當(dāng)減小端部風(fēng)室、油風(fēng)室及中間空氣風(fēng)室的面積;在湊燃盡風(fēng)室兩側(cè)加裝貼壁風(fēng);采用節(jié)點(diǎn)功能區(qū)技術(shù),在兩層一次風(fēng)噴口之間增加貼壁風(fēng)。

        圖1 燃燒設(shè)備布置示意圖Fig.1 Schematic diagram of the burner layout

        下端部風(fēng)及一次風(fēng)仍舊為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),切圓適當(dāng)減小;其它二次風(fēng)改為與一次風(fēng)小角度偏置,順時(shí)針?lè)聪蚯腥?,形成橫向空氣分級(jí)。風(fēng)量重新合理分配,并調(diào)整主燃燒器區(qū)一二次風(fēng)噴口面積,使一次風(fēng)速滿(mǎn)足入爐煤種的燃燒特性要求,主燃燒器區(qū)的二次風(fēng)量適當(dāng)減小,形成縱向空氣分級(jí)。燃燒器采用新的擺動(dòng)機(jī)構(gòu),可以整體上下擺動(dòng)。

        在原主燃燒器上方約9米處增加7層分離燃盡風(fēng)SOFA噴口,分配足量的SOFA燃盡風(fēng)量,SOFA噴口可同時(shí)做上下左右擺動(dòng)。

        1.1 燃燒器縱向布置

        燃燒器由下至上依次為:AA二次風(fēng)、A一次風(fēng) (等離子燃燒器)、AB二次風(fēng)(油)、B一次風(fēng)、BC二次風(fēng)(帶貼壁風(fēng))、C一次風(fēng)、CD二次風(fēng)(油)、D一次風(fēng)、DE 二次風(fēng)(帶貼壁風(fēng))、E 一次風(fēng)、EF二次風(fēng)(油)、F一次風(fēng)、FF二次風(fēng) (帶貼壁風(fēng))、OFA二次風(fēng) (帶貼壁風(fēng))、WA貼壁風(fēng)、SOFA1~ SOFA7。

        1.2 燃燒器橫向布置

        在水平斷面上,一次風(fēng)射流在爐內(nèi)形成φ514和φ779的兩個(gè)大小切圓,二次風(fēng)射流與一次風(fēng)射流偏置7°,防結(jié)渣及降低NOx排放。燃盡風(fēng)組件布置在主燃燒器上方。

        圖2 燃燒器切圓示意圖Fig.2 Schematic diagram of the burner firing

        1.3 改造前后設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

        表2 燃燒器改造前后設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.2 The design parameters before and after the retrofit

        2 燃燒調(diào)整試驗(yàn)

        鍋爐低氮燃燒器改造后,爐膛內(nèi)部整體燃燒狀況發(fā)生了較大變化,為了解燃燒器的改造效果,掌握鍋爐及其輔機(jī)在各種運(yùn)行工況下的特性,確保鍋爐在最佳的安全、經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運(yùn)行,需要對(duì)鍋爐進(jìn)行詳細(xì)的燃燒調(diào)整試驗(yàn)。

        整個(gè)調(diào)整工況包括變一次風(fēng)率、變煤粉細(xì)度、變氧量、變配風(fēng)(包括周界風(fēng)、SOFA風(fēng)和輔助風(fēng))、變?nèi)紵鲾[角、變磨組合等工況,幾乎包括了爐側(cè)所有的可調(diào)因素,每個(gè)燃燒調(diào)整工況均對(duì)飛灰、爐渣進(jìn)行了采集,同時(shí)觀(guān)察減溫水量及汽溫變化,實(shí)測(cè)煙氣成分及排煙溫度,并得出每個(gè)工況的實(shí)測(cè)鍋爐效率以及NOx排放濃度,以便對(duì)燃燒器改造后鍋爐的安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保特性作出定性評(píng)估和量化分析。

        燃燒調(diào)整試驗(yàn)依據(jù)ASME PTC 4.1《鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行[2],煤的熱值取低位發(fā)熱量,灰渣平衡比率取飛灰90%,爐底大渣為10%。

        爐內(nèi)溫度利用現(xiàn)有看火孔,使用IS8 plus便攜式紅外測(cè)溫儀進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)煤質(zhì)特性見(jiàn)表3。

        表3 試驗(yàn)煤質(zhì)特性分析Tab.3 Performance analysis of the coal

        3 試驗(yàn)結(jié)果

        試驗(yàn)主要在600MW、450MW和350MW負(fù)荷點(diǎn)下進(jìn)行,每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)下確定出鍋爐的最佳運(yùn)行狀態(tài)。各典型工況下機(jī)組主要運(yùn)行參數(shù)與測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

        表4 燃燒器改造前后試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Experimental results the before and after the burner retrofit

        3.1 NOx排放特性

        燃燒器改造后,通過(guò)燃燒優(yōu)化調(diào)整,逐步降低主燃燒區(qū)域的過(guò)量空氣系數(shù),增加分級(jí)燃燒的效果[3-4],SCR系統(tǒng)入口NOx排放濃度較改造前有了大幅下降,詳見(jiàn)圖3。

        600MW負(fù)荷下,鍋爐最優(yōu)狀態(tài)時(shí)NOx排放濃度(干基,折算到6%O2)由改造前的 609mg/Nm3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),下同)降至 135mg/Nm3,降幅達(dá)77.8%;450MW 負(fù)荷下,NOx排放濃度由改造前的 495mg/Nm3降至128mg/Nm3,降幅達(dá)74.1%;350MW~380MW負(fù)荷下,NOx排放濃度由改造前的402mg/Nm3降至132mg/Nm3,降幅達(dá)67.2%。通過(guò)燃燒器改造,全負(fù)荷工況下,NOx排放濃度平均降幅約70%,低氮改造效果非常明顯。

        圖3 NOx排放濃度分布圖Fig.3 Distribution about concentration of NOxemission

        SCR系統(tǒng)入口NOx濃度的降低,可以有效緩解SCR系統(tǒng)的壓力,根據(jù)最新的國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn) (NOx排放濃度小于100mg/Nm3),SCR系統(tǒng)僅需30%~40%的脫硝效率即可滿(mǎn)足環(huán)保要求,大大減少了尿素用量,節(jié)約了SCR系統(tǒng)的運(yùn)行成本。

        600MW負(fù)荷下,SCR入口實(shí)測(cè)NOx排放濃度最低可降至117mg/Nm3,但此時(shí)過(guò)熱器減溫水量上升至130t/h,再熱器減溫水量上升至145t/h,飛灰含碳量增加到1.94%,SCR入口CO含量約805ppm,鍋爐燃燒狀況較差。

        降低NOx排放濃度與減小減溫水量、降低飛灰含碳量之間相互制約,在鍋爐最佳運(yùn)行狀態(tài)下(NOx排放濃度、減溫水量和鍋爐效率達(dá)到最佳平衡點(diǎn)),若想繼續(xù)降低NOx排放濃度,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致減溫水量增加、鍋爐效率下降。

        3.2 汽溫特性

        該鍋爐長(zhǎng)期以來(lái)存在冷再溫度高的問(wèn)題(比設(shè)計(jì)值高12℃左右),導(dǎo)致機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),再熱器減溫水量偏高,高負(fù)荷下,機(jī)組再熱器減溫水量約35t/h。

        低氮燃燒器改造后,由于分級(jí)燃燒程度增加,鍋爐火焰中心上移,在一定程度上會(huì)導(dǎo)致減溫水量進(jìn)一步增加。通過(guò)燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn),在兼顧NOx排放濃度的基礎(chǔ)上,過(guò)熱器減溫水量及再熱器減溫水量均比改造前增加了10t/h左右,沒(méi)有出現(xiàn)因低氮改造而導(dǎo)致減溫水量大幅上升的情況。

        3.3 鍋爐效率

        低氮燃燒器改造后,由于燃燒推遲,鍋爐火焰中心上移,在磨煤機(jī)磨輥加載壓力和折向門(mén)門(mén)擋板未做調(diào)整,即煤粉細(xì)度不變的情況下,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致飛灰含碳量上升,鍋爐未燃碳熱損失增加。

        在不影響磨煤機(jī)出力及大幅增加制粉單耗的情況下,通過(guò)適當(dāng)降低煤粉細(xì)度,并配合風(fēng)門(mén)的調(diào)整,各負(fù)荷工況下,鍋爐飛灰含碳量均可以控制在1%左右,鍋爐未燃碳熱損失較改造前沒(méi)有明顯上升,鍋爐效率基本維持在改造前的水平。

        3.4 爐膛溫度及結(jié)焦情況

        為了了解燃燒器改造后爐膛內(nèi)部溫度場(chǎng)的變化情況,試驗(yàn)期間通過(guò)爐膛看火孔測(cè)試了爐內(nèi)燃燒溫度,同時(shí)觀(guān)察并記錄燃燒器區(qū)域和屏區(qū)的結(jié)焦情況。

        從表5可以看出,燃燒器改造后,燃盡風(fēng)門(mén)整體關(guān)小工況下的爐內(nèi)溫度分布情況與燃燒器改造前的分布情況相近。隨著燃盡風(fēng)比例的增加,爐膛上部火焰溫度逐漸上升,當(dāng)燃盡風(fēng)門(mén)整體開(kāi)大時(shí),爐膛上部大屏處溫度比燃燒器改造前上升了約100℃,證明燃燒器改造后,隨著燃盡風(fēng)的投入,爐膛火焰中心上移,由此,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)各受熱面的換熱發(fā)生變化。

        表5 爐膛火焰溫度Tab.5 Flame temperature distribution in furnace

        由于神木錦界煤屬于低熔點(diǎn)、易結(jié)焦煤種 (其軟化溫度僅約1210℃),再加上低氮燃燒器改造后,爐內(nèi)主燃燒區(qū)域處于缺氧燃燒狀態(tài),極易導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)結(jié)焦情況發(fā)生,因此,試驗(yàn)期間密切觀(guān)察了爐內(nèi)的結(jié)焦?fàn)顩r。通過(guò)觀(guān)察發(fā)現(xiàn),在看火孔附近有輕微的結(jié)焦情況,爐內(nèi)受熱面上僅有少量的附焦,與燃燒器改造前的情況相似,這反映出低氮燃燒器改造并未造成爐內(nèi)大量結(jié)焦的情況發(fā)生。

        4 結(jié)論

        (1)鍋爐低氮燃燒器改造后,全負(fù)荷工況下,SCR入口實(shí)測(cè)NOx排放濃度均能控制在140mg/Nm3以?xún)?nèi),與燃燒器改造前的402mg/m3~609mg/m3相比,平均降幅達(dá)70%左右,低氮改造效果非常明顯。

        (2)低氮燃燒器改造后,由于分級(jí)燃燒程度增加,鍋爐火焰中心上移,過(guò)熱器減溫水量及再熱器減溫水量均比改造前增加了10t/h左右。

        (3)低氮燃燒器改造后,通過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn),各負(fù)荷工況下,飛灰含碳量均可以控制在1%左右,鍋爐未燃碳熱損失較改造前沒(méi)有明顯上升,鍋爐效率基本維持在改造前的水平。

        (4)通過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn),低氮燃燒器改造后的鍋爐在NOx排放濃度、減溫水量和鍋爐效率方面可達(dá)到最佳平衡點(diǎn)。降低NOx排放濃度與減小減溫水量、降低飛灰含碳量之間相互制約,在鍋爐最佳運(yùn)行狀態(tài)下,若想繼續(xù)降低NOx濃度,勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致減溫水量增加、鍋爐效率下降。

        [1]GB 13223-2011火電廠(chǎng)大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].GB 13223-2011 Emission standards of air pollutants for thermal power plants[S].

        [2]ASME PTC 4.1鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程 [S].ASME PTC 4.1 Performance test code for utility boiler[S].

        [3]馮兆興.高揮發(fā)分煤種電站鍋爐高效低NOx排放系統(tǒng)研究[D].石家莊:華北電力大學(xué),2007.FENG Zhaoxing.Study on high efficiency and low NOxemission system of system of high volatile coal fired power plant boiler[D].Shijiazhuang:North China Electric Power University,2007.

        [4]魯鵬飛.某600MW機(jī)組煙煤鍋爐低NOx改造及效果分析[J].陜西電力,2013,41(2):84-87.LU Pengfei,Low NOxretrofit for certain 600 MW bituminouscoal boiler and performance analysis[J].Shaanxi Electric Power,2012013,41(2):84-87.

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