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        480 t/h 鍋爐低氮燃燒器改造與運行優(yōu)化調(diào)整

        2014-11-22 02:09:58單錦宏
        電力工程技術(shù) 2014年6期
        關(guān)鍵詞:汽溫熱汽風(fēng)門

        單錦宏

        (鹽城發(fā)電有限公司,江蘇鹽城 224003)

        隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保壓力的與日俱增,燃煤電廠的NOx排放越來越受到重視,在降低NOx的排放方面,使用低氮燃燒器是一個重要的選擇,且具有應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟等優(yōu)點,是燃煤電廠NOx控制的首選技術(shù)[1,2]。

        1 改造前鍋爐概況

        鹽城發(fā)電有限公司10 號鍋爐為上海鍋爐廠2004年制造,2005年7 月投產(chǎn),鍋爐型號為SG-480/13.7-M775 型,480 t/h 鍋爐超高壓自然循環(huán)鍋爐,鍋爐本體呈Π 型露天布置,采用全鋼雙排柱構(gòu)架懸掛結(jié)構(gòu)方式。燃燒器采用四角布置切向燃燒方式,在爐膛中心形成D700 mm的假想切圓,逆時針旋轉(zhuǎn),燃燒器的箱體固定于水冷壁上,隨水冷壁一起向下膨脹;爐膛截面深×寬=9.6 m×9.6 m,寬深比為1:1,爐膛容積為2761 m3;燃燒器共設(shè)置四層一次風(fēng)噴嘴,“下下”、“下上”一次風(fēng)集中布置,采用水平濃淡分離燃燒技術(shù);一次風(fēng)設(shè)計風(fēng)速為24 m/s,二次風(fēng)設(shè)計風(fēng)速為45 m/s,每組燃燒器各有二次風(fēng)擋板四組,均由電動執(zhí)行機構(gòu)單獨操作,燃燒器一次風(fēng)噴嘴除下一次風(fēng)不擺動,其余噴嘴均可手動上下擺動。制粉系統(tǒng)采用鋼球磨中間儲倉式乏氣送粉系統(tǒng),每臺鍋爐共配置2 臺TDM350/600 型磨煤機。燃煤設(shè)計煤種為煙煤,目前正常為摻配煤入爐。

        2 低氮燃燒器改造技術(shù)方案

        更換現(xiàn)有燃燒器組件,包括四角風(fēng)箱、風(fēng)門擋板、燃燒器噴嘴體、角區(qū)水冷壁彎管等。對燃燒器進行重新布置,主燃燒器整體下移,改變假想切圓直徑,調(diào)整各層煤粉噴嘴的標高和間距,增加新的燃盡風(fēng)組件以增加高位燃盡風(fēng)量。更換A 層微油燃燒器和其他3 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;主燃燒器區(qū)域下端部AA 及燃盡風(fēng)(OFA)、高位燃盡風(fēng)(SOFA)二次風(fēng)及一次風(fēng)為逆時針方向旋轉(zhuǎn),切圓直徑D831 mm,其他的二次風(fēng)改為與一次風(fēng)形成5°角偏置,順時針反向切入,形成橫向空氣分級;在燃盡風(fēng)室兩側(cè)和BC 兩層一次風(fēng)噴口之間加裝貼壁風(fēng),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,改造后燃燒器主要設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

        表1 改造后燃燒器主要設(shè)計參數(shù)

        在原主燃燒器上方增加3 層SOFA 分離燃盡風(fēng)噴口,在主燃燒器上部兩側(cè)墻大風(fēng)箱上蓋開孔,向上延接SOFA 燃盡風(fēng)道,與原大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)相似,保持較大的流通面積,形成統(tǒng)一的等壓大風(fēng)箱,阻力小,供風(fēng)量能得到滿足,分配足量的SOFA 燃盡風(fēng)量,SOFA 噴口可同時做上下左右擺動。改造后燃燒器由下至上依次為:AA 二次風(fēng)、A 一次風(fēng)(微油燃燒器)、AB 二次風(fēng)、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)、OFA 二次風(fēng)(帶貼壁風(fēng))、SOFA1、SOFA2、SOFA3,改造后燃燒器分布方式如圖1 所示。

        圖1 改造后燃燒器分布方式

        3 改造后運行調(diào)試

        (1)試驗中選取OFA,CD,BC,AB 二次風(fēng)門,在130 MW 左右負荷下保持不同的開度燃燒所得到的飛灰含碳量,以檢驗主燃區(qū)二次風(fēng)量大小對飛灰含碳量的影響。試驗過程中二次風(fēng)門開度從30%到100%,飛灰含碳量從3.6%降至1.6%,氮氧化物排放從250 mg/m3左右升至340 mg/m3左右。試驗結(jié)果表明二次風(fēng)門開度越大,飛灰含碳量越小,說明燃燒越充分,但是氮氧化物排放也隨之升高,而且主燃區(qū)局部熱負荷也增大,增加了主燃區(qū)結(jié)焦的可能性,因此運行中保持合適的二次風(fēng)門開度。

        (2)在130 MW 負荷下測定,不同氧量對應(yīng)不同的NOx排放及CO 排放水平,試驗結(jié)果表明,當(dāng)實測氧量降低至2.0%以下時,會使CO 排放顯著激增,達到25 μL/L,尤其是尾部煙道的兩側(cè)達到35 μL/L 左右;增加氧量至3.0%時,CO 就會明顯降低,降至10 μL/L以下,但是NOx的排放也相應(yīng)會升高,因此在運行中應(yīng)盡量控制氧量在合理范圍內(nèi)。

        (3)本次改造新增加了三層SOFA 燃盡風(fēng),試驗為了檢驗SOFA 風(fēng)門開關(guān)對汽溫和氮氧化物的影響,為以后運行確定最佳開度,試驗選取SOFA3 進行開關(guān)試驗。試驗結(jié)果表明,當(dāng)SOFA 高位燃盡風(fēng)開啟后,主汽溫有小幅上升3℃左右,再熱汽溫則變化不明顯,而氮氧化物從270 mg/m3左右降至240 mg/m3左右,下降30 mg/m3左右,降氮效果明顯。

        (4)SOFA 燃盡風(fēng)擺角試驗在130 MW 負荷下進行,投入主、再熱汽溫調(diào)節(jié)自動,將擺角由水平位(50%)逐漸向下擺動至20%后,觀察主蒸汽溫度出現(xiàn)小幅降低,而再熱汽溫則變化不明顯,同時隨著擺角向下,還原空間相對減小,氮氧化物會略有升高,而后將擺角逐漸向上擺動,由20%逐漸擺至70%,主、再熱汽溫隨之升高5℃,減溫水量也隨之逐漸增大,而氮氧化物從約270 mg/m3降至約230 mg/m3,下降40 mg/m3。

        4 改造后運行優(yōu)化調(diào)整

        10 號爐調(diào)試期間,按廠家提供的配風(fēng)方式進行配風(fēng),即加減負荷時,調(diào)整燃盡風(fēng)門開度,二次風(fēng)門基本不作調(diào)整,加減負荷過程中,主、再熱汽溫波動幅度較大,在運行人員有準備的超前調(diào)節(jié)、提前干預(yù)情況下,在120 MW 加至135 MW 負荷時,主汽溫度最高升至577℃;在110 MW 減至90 MW 負荷時,主汽溫度最低降至497℃。加、減20 MW 負荷時汽溫變化幅度達34℃,機組負荷自動控制(AGC)達不到調(diào)度要求,不能投入運行,廠家初期提供配風(fēng)方式如表2 所示。

        表2 廠家初期提供配風(fēng)指導(dǎo) %

        經(jīng)廠家和公司專業(yè)技術(shù)人員多次試驗分析,認為主燃燒器區(qū)的二次風(fēng)量減小過大,阻力較大,送風(fēng)機出口風(fēng)壓較改造前增加,二次風(fēng)和燃盡風(fēng)配比與設(shè)計存在偏差是汽溫波動大主要原因。為減少汽溫波動,通過優(yōu)化運行,改變配風(fēng)方式和調(diào)整鍋爐燃燒方式,機組AGC 達到調(diào)度要求,投入運行。

        (1)在加負荷時,為了防止主燃區(qū)過度貧氧,火焰中心上升,造成汽溫急劇升高,應(yīng)提前開啟二次風(fēng)門,給主燃區(qū)加氧,這樣可以阻止火焰中心上升,如果汽溫上升過快,可以將SOFA3 關(guān)閉,擺角下擺(百分比調(diào)?。?,待汽溫穩(wěn)定后再恢復(fù),避免汽溫急劇升高。減負荷時,為了防止火焰中心迅速下移,應(yīng)提前將二次風(fēng)門關(guān)小,同時要保證氧量及時跟進,避免出現(xiàn)大幅波動,減負荷時如果汽溫下降過快,將SOFA3 全開100%,擺角上擺(百分比調(diào)大),優(yōu)化后配風(fēng)方式如表3 所示。

        (2)低氮改造前,鍋爐燃燒調(diào)整方式是保持A 層給粉機轉(zhuǎn)速并切換成手動,B,C,D 層給粉機投入燃燒自動控制,高低負荷時投停D 層給粉機。為控制加減負荷時汽溫波動,保持B 層給粉機穩(wěn)定轉(zhuǎn)速并切換成手動,C 層、D 層給粉機投入燃燒自動控制,高低負荷時投停A 層給粉機,正常運行時,在低負荷下盡量保持甲磨運行,增加上層一次風(fēng)的帶粉量。通過配風(fēng)和燃燒方式調(diào)整,10 號機組加減負荷對鍋爐蒸汽參數(shù)汽溫的影響減少約10℃,投入機組AGC,達到調(diào)度要求。AGC 投入后,鍋爐排煙溫度和飛灰可燃物有一定上升。

        表3 優(yōu)化運行后配風(fēng)方式

        5 改造后性能試驗

        鍋爐燃燒系統(tǒng)改造后,經(jīng)過燃燒系統(tǒng)調(diào)試,鍋爐原有特點及燃煤適應(yīng)性不變,鍋爐出力及主要運行參數(shù)達到基準設(shè)計值,爐膛未發(fā)生生嚴重結(jié)焦及高溫腐蝕。改造前后性能考核試驗部分數(shù)據(jù)如表4 所示。從表4可看出,低氮燃燒器改造后,氮氧化物及一氧化碳排放濃度、飛灰含炭量、排煙溫度、鍋爐效率等指標均較改造前好轉(zhuǎn),低負荷段主、再熱汽溫較改造前偏低,高負荷段減溫水量較改造前增加,鍋爐耗氧量較改造前增加,主要原因是燃燒器整體下移后,二次風(fēng)與燃盡風(fēng)配比與設(shè)計存在一定偏差,低負荷段火焰中心下移,主、再熱汽溫偏低;高負荷段,二次風(fēng)量供應(yīng)不足,燃盡風(fēng)過量,拉長燃燒區(qū)域,火焰中心上移,主、再熱汽溫上升,減溫水量上升。低氮燃燒器改造后機組性能試驗在穩(wěn)定工況下進行,在實際機組運行中,為保證主、再熱汽溫滿足負荷調(diào)節(jié)性能要求,飛灰含炭量、排煙溫度、鍋爐效率等指標和性能試驗工況存在一定偏差。

        6 結(jié)束語

        480 t/h 鍋爐因鍋爐爐膛空間較小,實施低氮燃燒器技術(shù)改造難度相對較大。本次10 號爐采用空氣分級和煤粉再燃燒技術(shù)方案進行改造后,氮氧化物及一氧化碳排放濃度、飛灰含炭量、排煙溫度、鍋爐效率等指標均達到了設(shè)計要求,其中氮氧化物排放濃度從450~550 mg/Nm3降到260 mg/Nm3左右,達到國內(nèi)同類機組先進水平,年減排氮氧化物800 t 左右。低氮燃燒器改造后,機組加減負荷過程中,主、再熱汽溫波動幅度較大,在優(yōu)化調(diào)整后雖基本達到調(diào)節(jié)要求,但犧牲了飛灰可燃物和排煙溫度和爐效一些指標,在后續(xù)改造中應(yīng)對二次風(fēng)門風(fēng)道進行調(diào)整,合理分配二次風(fēng)與燃盡風(fēng)分配比,減少送風(fēng)阻力,后續(xù)改造后應(yīng)重新進行配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整,并將二次風(fēng)門投入自動,以減輕運行人員操作強度。

        表4 改造前后性能考核試驗部分數(shù)據(jù)

        [1]吳碧君,劉曉勤.燃煤鍋爐低NOx燃燒器的類型及其發(fā)展[J].電力環(huán)境保護,2004,20(3):24-27.

        [2]周俊虎,趙玉曉,劉建忠,等.低NOx煤粉燃燒器技術(shù)的研究進展與前景展望[J].熱力發(fā)電,2005(8):1-7.

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