李朝兵，鄭榮滿，王磊，張海潮

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210023)

DRB－4ZTM低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器調(diào)試技術(shù)研究

李朝兵，鄭榮滿，王磊，張海潮

(國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，江蘇南京 210023)

主要介紹了DRB－4ZTM型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器的特點(diǎn)，通過燃燒器靜態(tài)檢查調(diào)試、冷態(tài)調(diào)試、初次點(diǎn)火、熱態(tài)投運(yùn)等幾個(gè)階段，對(duì)燃燒器投運(yùn)和低氮控制效果技術(shù)進(jìn)行分析研究，得出此種燃燒器在超臨界機(jī)組上運(yùn)行的情況，為此類型機(jī)組調(diào)試提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

DRB－4ZTM型;雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器;低氮控制;超臨界機(jī)組

0 引言

近年來350MW超臨界供熱機(jī)組在多個(gè)項(xiàng)目投運(yùn)，均采用各自主流的啟動(dòng)系統(tǒng)和燃燒系統(tǒng)，北京巴布科克·威爾科克斯有限公司生產(chǎn)的首批B＆W1136/25.4－M型超臨界鍋爐也在火電項(xiàng)目中投運(yùn)。該鍋爐燃燒器采用DRB－4ZTM型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，屬于第三代產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)在于分級(jí)送風(fēng)［1］、二次風(fēng)在線可調(diào)、低NOx控制，為了達(dá)到對(duì)該燃燒器的充分了解，同時(shí)確保其安全、經(jīng)濟(jì)投運(yùn)，在調(diào)試階段，對(duì)燃燒器檢查工作進(jìn)行了細(xì)化、初次點(diǎn)火方式進(jìn)行了優(yōu)化、熱態(tài)投運(yùn)后對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行了綜合分析，最終確保了燃燒器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

1.1 鍋爐主設(shè)備

本工程為2×350MW超臨界供熱機(jī)組，鍋爐為超臨界SWUP型鍋爐，其型號(hào)為B＆W1136/25.4－M，采用螺旋爐膛、一次中間再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、半露天布置的Π型鍋爐，鍋爐設(shè)有無爐水泵的內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)［2］。鍋爐燃燒系統(tǒng)采用20只DRB－4ZTM型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，前后墻布置，前墻兩層燃燒器，下層為等離子層，后墻三層燃燒器，下兩層為等離子層。燃燒器二次風(fēng)的旋流強(qiáng)度可以通過調(diào)節(jié)擋板來改變，以增大或減少爐內(nèi)煙氣的卷吸強(qiáng)度，以改變?nèi)紵?］。

該機(jī)組鍋爐配置5臺(tái)ZGM95G－III型中速磨煤機(jī)，靜態(tài)分離。前、后墻共設(shè)置3套等離子點(diǎn)火系統(tǒng)，以滿足機(jī)組啟動(dòng)及低負(fù)荷穩(wěn)燃。引、送風(fēng)機(jī)采用成都風(fēng)機(jī)廠制造的軸流風(fēng)機(jī)，無脫硫增壓風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)為帶變頻的離心風(fēng)機(jī)，變頻模式下運(yùn)行時(shí)發(fā)變頻故障后，可自動(dòng)切換為工頻運(yùn)行。

1.2 燃燒器

燃燒器的功能是在燃燒器喉口以外適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)建立一個(gè)穩(wěn)定的著火點(diǎn)，并實(shí)現(xiàn)煤粉的完全高效燃燒。燃燒器的布置既有利于控制NOx的排放，又能滿足煤粉完全燃燒所需的爐內(nèi)停留時(shí)間。

本工程鍋爐燃燒系統(tǒng)由DRB－4ZTM型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器、NOx噴口、環(huán)形風(fēng)箱等組成，可以保證煤粉的高效燃燒，并可大大地降低氮氧化物的排放。

DRB－4ZTM燃燒器噴口位于燃燒器中心區(qū)，可以有效地控制空氣、煤粉在火焰根部的相互作用，二次風(fēng)通過一次風(fēng)道外側(cè)的三個(gè)環(huán)形風(fēng)道進(jìn)入燃燒器，其中少量的二次風(fēng)進(jìn)入環(huán)繞在一次風(fēng)道外圍的過渡區(qū)，以控制火焰中心富燃料區(qū)域的氧量，在過渡區(qū)外環(huán)依次是內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)，通過可調(diào)軸向葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的二次風(fēng)氣流，控制空氣與一次風(fēng)的混合，再通過控制燃燒率及二次風(fēng)量來降低NOx的生成量。

NOx噴口(也稱為OFA或分級(jí)風(fēng)噴口)利用分級(jí)送風(fēng)的方式，將主燃燒器的一部分燃燒空氣分流至NOx噴口，可進(jìn)一步降低NOx的排放。

2 燃燒器冷態(tài)調(diào)試

2.1 安裝階段的質(zhì)量控制

在煙風(fēng)系統(tǒng)安裝階段，調(diào)試方組織了工程部、監(jiān)理、運(yùn)行部、設(shè)備廠家，對(duì)燃燒器的安裝進(jìn)行全面檢查，主要落實(shí)以下幾方面工作:檢查燃燒器喉口、NOx噴口與爐膛水冷壁開孔之間的間隙是否滿足要求，燃燒器的定位是否準(zhǔn)確;燃燒器、NOx噴口的四個(gè)支腿在水平支撐架上應(yīng)能自由滑動(dòng)，限位板與支架間要留有適當(dāng)?shù)拈g隙;檢查燃燒器喉口處滑動(dòng)密封環(huán)和密封繩是否已經(jīng)就位;檢查外調(diào)風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片、內(nèi)調(diào)風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片、過渡區(qū)調(diào)風(fēng)環(huán)及燃燒器滑動(dòng)調(diào)風(fēng)盤在其行程范圍內(nèi)應(yīng)操作靈活，不得有卡死現(xiàn)象;檢查燃燒器、NOx噴口熱電偶是否可以正常工作，風(fēng)量測(cè)量裝置的引出管與微差壓壓力表的連接是否正確;燃燒器壁溫測(cè)點(diǎn)安裝是否正確;檢查火焰監(jiān)測(cè)裝置及相關(guān)設(shè)備是否已安裝就位，并已進(jìn)入可用狀態(tài);檢查燃燒器與平臺(tái)及相鄰設(shè)備之間是否保持一定距離，以適應(yīng)鍋爐的膨脹要求。

2.2 冷態(tài)調(diào)整

在對(duì)設(shè)備資料和現(xiàn)場(chǎng)安裝情況進(jìn)行全面確認(rèn)后，通過對(duì)燃燒器進(jìn)行冷態(tài)擋板定位、鍋爐冷態(tài)試驗(yàn)，確定燃燒器冷態(tài)調(diào)整方案，具體控制點(diǎn)如下:

(1)安排燃燒器內(nèi)部、外面的清理，擋板靈活性檢查。

(2)燃燒器電動(dòng)二次風(fēng)擋板、手動(dòng)擋板定位。對(duì)各擋板進(jìn)行全行程驗(yàn)收，對(duì)其線性、操作靈活性進(jìn)行檢查，同時(shí)，按要求將各擋板至于初始位置，具體擋板開度設(shè)置如表1。

表1 燃燒器及NOx燃燒器初始位置調(diào)整情況

(3)通過2個(gè)工況對(duì)磨煤機(jī)出口風(fēng)速、入口風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定，冷態(tài)風(fēng)速偏差控制在3%以內(nèi)。對(duì)二次風(fēng)箱風(fēng)量、燃盡風(fēng)風(fēng)量進(jìn)行標(biāo)定，保證熱態(tài)投運(yùn)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確監(jiān)視前后墻燃燒器的風(fēng)量分配。

(4)對(duì)爐內(nèi)二次風(fēng)特性進(jìn)行測(cè)試，了解燃燒器二次風(fēng)擋板在各負(fù)荷段吹掃位、點(diǎn)火位、正常位的二次風(fēng)速情況(詳見圖1、圖2和圖3)。

(5)水平煙道氣流均布試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，爐膛出口水平煙道氣流分布比較均勻。

圖1 C層30%(2磨)、75%(3磨)風(fēng)量?jī)?nèi)外二次風(fēng)及周界風(fēng)分布

圖2 C層100%(2磨)及5磨運(yùn)行工況內(nèi)外二次風(fēng)及周界風(fēng)分布

圖3 前墻燃盡風(fēng)內(nèi)外二次風(fēng)50%、100%風(fēng)量?jī)?nèi)外二次風(fēng)分布

3 熱態(tài)調(diào)試情況與分析

3.1 初次點(diǎn)火情況

燃燒器設(shè)置了二次風(fēng)調(diào)節(jié)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，單個(gè)燃燒器能獨(dú)立控制風(fēng)量［4］。鍋爐沖管期間初次投運(yùn)采用吹掃位進(jìn)行爐膛吹掃(30%開度)，點(diǎn)火位(50%)進(jìn)行點(diǎn)火，在投入等離子點(diǎn)火時(shí)，初期最小煤量約12 t/h，磨煤機(jī)出口溫度約55℃，風(fēng)速在22m/s，總風(fēng)量480 t/h。投粉初期火焰較差，爐膛負(fù)壓在－760Pa～+1050Pa波動(dòng)，持續(xù)30S左右未見連續(xù)火焰，退出磨煤機(jī)。隨后，對(duì)爐膛進(jìn)行了10min的吹掃，對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行30min的暖磨，將風(fēng)速降至20m/s，總風(fēng)量390 t/h，將擋板至于吹掃位(30%)進(jìn)行點(diǎn)火，點(diǎn)火后爐膛負(fù)壓在－350～280Pa之間擺動(dòng)，同層4只等離子工業(yè)電視均見火，持續(xù)約15min后，負(fù)壓逐漸穩(wěn)定在－280～75Pa之間。

3.2 熱態(tài)運(yùn)行情況分析

(1)投運(yùn)后，NOx擋板在50%負(fù)荷后逐步開啟，同時(shí)，用于調(diào)整總風(fēng)量，在310MW負(fù)荷下，開度至65%，維持二次風(fēng)箱壓力在0.7 kPa以上，煙氣NOx濃度、汽溫均較穩(wěn)定。

(2)在負(fù)荷波動(dòng)中，煙氣NOx濃度呈現(xiàn)隨負(fù)荷上升反而下降的趨勢(shì);在升降負(fù)荷中，NOx濃度隨著爐膛溫度升高也有明顯的下降趨勢(shì);變氧量情況下，NOx濃度隨著氧量下降而下降。

(3)低負(fù)荷穩(wěn)燃能力較好。在保證煤質(zhì)穩(wěn)定的情況下，做好制粉及風(fēng)煙系統(tǒng)的燃燒調(diào)整，機(jī)組負(fù)荷由175MW逐步降至98MW，鍋爐給煤量59 t/h，鍋爐給水流量344 t/h，逐步退出A、C層等離子，鍋爐維持干態(tài)運(yùn)行2 h，爐膛負(fù)壓較穩(wěn)定，A、C磨火檢正常、爐膛火焰明亮，同時(shí)，鍋爐主汽和再熱器溫度、壓力均較穩(wěn)定。低負(fù)荷穩(wěn)燃能力較強(qiáng)，提高了機(jī)組調(diào)峰的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

(4)在機(jī)組滿負(fù)荷試運(yùn)期間灰含碳量最大在1.5%，低負(fù)荷段在3%左右。為了安全、經(jīng)濟(jì)地控制燃燒，熱態(tài)調(diào)試中對(duì)爐膛與二次風(fēng)箱壓差控制策略進(jìn)行了摸索，結(jié)果詳見表2。

表2 各負(fù)荷段爐膛與二次風(fēng)箱壓差控制值

調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組負(fù)荷較低階段通過風(fēng)箱入口調(diào)節(jié)擋板來控制爐膛與二次風(fēng)箱壓差，在開度30%時(shí)，為了保證點(diǎn)火初期風(fēng)量在300～400 t/h，風(fēng)箱壓差較小，直至機(jī)組負(fù)荷到175MW時(shí)，逐漸可提高到0.3 kPa，在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到350MW時(shí)，通過調(diào)整，壓差基本維持在0.7 kPa左右，各項(xiàng)參數(shù)較正常。

4 結(jié)語

DRB－4ZTM型低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器首次在巴威鍋爐廠生產(chǎn)的350MW超臨界鍋爐上使用，機(jī)組調(diào)試中，在常規(guī)燃燒器調(diào)試的基礎(chǔ)上，針對(duì)此種燃燒器特點(diǎn)，特別是燃燒特性和低NOx燃燒經(jīng)驗(yàn)上加強(qiáng)了摸索和總結(jié)，得出了以下幾方面控制要點(diǎn):

(1)初次點(diǎn)火在常規(guī)等離子點(diǎn)火要求上，必須控制總風(fēng)量在30%～40%之間，同時(shí)，燃燒器二次風(fēng)調(diào)節(jié)門開度應(yīng)控制在30%，在燃燒穩(wěn)定后隨著煤量增加，再逐漸開大。

(2)此種燃燒器低氮控制效果較好，低負(fù)荷至滿負(fù)荷 NOx控制在 370mg/m3以內(nèi)(設(shè)計(jì)為 ＜400mg/m3)，且煙氣NOx隨著負(fù)荷上升呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，隨著氧量下降呈下降趨勢(shì)。

(3)低負(fù)荷穩(wěn)燃效果較好，在30%BMCR工況下，退出等離子助燃，負(fù)壓無擺動(dòng)。

(4)在50%負(fù)荷以下灰含碳量在3%左右，在65%負(fù)荷以上，含碳量基本在1.5%以內(nèi)。

(5)機(jī)組在50%負(fù)荷下，爐底火焰上揚(yáng)不夠，需要適當(dāng)提高爐膛負(fù)壓，自動(dòng)控制目標(biāo)值推薦為－150Pa。

(6)冷態(tài)試驗(yàn)中，適當(dāng)將1號(hào)、4號(hào)角的風(fēng)速調(diào)整在正偏差，以減少爐膛中部與兩側(cè)的煙溫差;實(shí)際運(yùn)行中，一次風(fēng)速宜在20m/s～30m/s運(yùn)行［5］，可以保證燃燒正常，在點(diǎn)火初期可適當(dāng)減少一次風(fēng)速，增大回流區(qū)，有利于著火［6］。

(7)運(yùn)行中需要加強(qiáng)燃燒器金屬壁溫的監(jiān)視，停運(yùn)中的燃燒器器金屬壁溫應(yīng)控制在780℃以內(nèi)。

(8)當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，由于有了可調(diào)的二次風(fēng)擋板，燃燒調(diào)整方面的工作較少，且燃燒器使用過程中磨損較?。?］。

［1］高小濤，馬新立，睢彬.低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器的調(diào)試和運(yùn)行［J］.鍋爐技術(shù)，2000(5):23－24.

［2］B＆WB－1136/25.4－M鍋爐說明書.北京巴布科克·威爾科克斯有限公司.

［3］任渺，劉建華，許堯，等.等離子煤粉點(diǎn)火在雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器上的應(yīng)用［C］.全國(guó)火電大機(jī)組(600MW級(jí))競(jìng)賽第9屆年會(huì)論文集(節(jié)能).2005.

［4］畢玉森.低氮氧化物燃燒技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r［J］.熱力發(fā)電，2000 (2):2－9.

［5］李朝兵，田陽.350MW超臨界供熱機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)及其調(diào)試關(guān)鍵技術(shù)［J］.電力建設(shè)，2013(11):96－99.

［6］米翠麗，樊孝華，魏剛，等.DRB－4Z型雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器出口流場(chǎng)的數(shù)值仿真研究［J］.熱力發(fā)電，2012(11):36－40.

［7］胡偉鋒，謝靜梅.600MW鍋爐低氮燃燒器改造可行性研究［J］.電力建設(shè)，2009(3):70－73.

Commissioning techniques research of DRB－4ZTM type low NOxdual channel swirl burner

It introduces the characteristics of DRB－4ZTM type low NOxdual channel sw irlburner.Through static checking，initial ignition，puting into operation，the operation and effect of nitrogen control are presented，which is helpful to the comm issioning，operation of the sim ilar units.

DRB－4ZTM type;dua l channel sw irl burner;nitrogen control;supercritical unit

TM621.2

:B

:1674－8069(2016)01－054－03

2015-08-22;

:2015-10-24

李朝兵(1979-)，男，江蘇金壇人，工程師，從事大型火電機(jī)組調(diào)試及技術(shù)監(jiān)督工作。E－mail:licb520@163.com