趙 欽，崔曉光，李 冬

（國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州 225327）

0 引言

某電廠一期2×1000 MW 超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，配有哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-2980/26.15-YM2 型超超臨界一次中間再熱變壓運(yùn)行直流鍋爐。該型鍋爐采用П 型布置、單爐膛，反向雙切圓燃燒方式，配備PM 燃燒器+MACT 燃燒系統(tǒng)，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁。

一期機(jī)組并分別于2007 年、2008 年投入商業(yè)運(yùn)行。為進(jìn)一步降低鍋爐排放煙氣中氮氧化物（NOx）含量，于2012 年和2013 年由國電龍源公司對該鍋爐燃燒器進(jìn)行了低氮改造。改造后，鍋爐排放煙氣中NOx含量得到有效降低（SCR 脫硝反應(yīng)器入口NOx含量在180～200 mg/m3），但是鍋爐水冷壁區(qū)域高溫腐蝕明顯加劇，容易引發(fā)爆管，嚴(yán)重影響了鍋爐的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，在配風(fēng)調(diào)整試驗的技術(shù)基礎(chǔ)上，于2018 年對鍋爐低氮燃燒器再次進(jìn)行了升級改造。

1 燃燒器升級改造前鍋爐概況

燃燒器低氮改造后經(jīng)歷一個小修周期，檢查發(fā)現(xiàn)水冷壁存在較嚴(yán)重高溫腐蝕現(xiàn)象，同時水冷壁存在一定的變形狀況。高溫腐蝕存在區(qū)域：前墻2#、3#角、后墻5#、8#角左右側(cè)（圖1）。高溫腐蝕高度方向：SOFA 底端到F 磨。

圖1 水冷壁發(fā)生嚴(yán)重高溫腐蝕的區(qū)域位置示意

對水冷壁高溫腐蝕的成因進(jìn)行分析后認(rèn)為，由于燃燒器及二次風(fēng)噴咀布置呈矩形，造成爐內(nèi)空氣動力場呈雙橢圓形分布，致使部分高溫?zé)煔膺M(jìn)入2#、3#、5#、8#角附近區(qū)域，導(dǎo)致該區(qū)域煙氣溫度、CO 和H2S 體積分?jǐn)?shù)偏高，O2體積分?jǐn)?shù)較低。采用空氣分級燃燒技術(shù)后，主燃燒器區(qū)域風(fēng)量進(jìn)一步降低，加劇了2#、3#、5#、8#角附近區(qū)域的缺氧程度，致使H2S 體積分?jǐn)?shù)進(jìn)一步升高，從而加劇了高溫腐蝕[1]。

2 燃燒器升級改造目標(biāo)和改造方案

在保證原鍋爐低NOx效果基礎(chǔ)上，本次對低氮燃燒器升級改造，主要是解決主燃燒器區(qū)域至燃盡風(fēng)區(qū)域高溫腐蝕的問題。

基于現(xiàn)場實際情況，參考其他電廠同類型1000 MW 鍋爐低氮燃燒器改造的工程經(jīng)驗，本次低氮燃燒器升級改造的原則為：①鍋爐現(xiàn)有受熱面的布置以及相應(yīng)的熱力參數(shù)能夠滿足燃用現(xiàn)運(yùn)行煤質(zhì)的要求；②A—A 風(fēng)燃燒器更換，適當(dāng)降低燃盡風(fēng)率，同時A—A 風(fēng)噴口管屏、部分A—A 風(fēng)道更換；③主燃燒器更換全部的一次風(fēng)噴口及部分二次風(fēng)噴口。

本次升級改造，用M-PM 燃燒器+SOFA 燃燒器+偏置周界風(fēng)取代原有的燃燒系統(tǒng)（雙尺度+偏置二次風(fēng)+SOFA 燃燒器），具體改造方案如下：

（1）主燃燒器風(fēng)箱不動，燃燒器由垂直濃淡燃燒器改為MPM 燃燒器，原燃燒器中濃淡煤粉風(fēng)室更改為M-PM 燃燒器及二次空氣風(fēng)室。由于空間尺寸的要求，將M-PM 燃燒器上下側(cè)的DUMMY 風(fēng)室打開，和M-PM 風(fēng)室合并，解決M-PM 燃燒器尺寸變大而出現(xiàn)空間不足的問題。

（2）根據(jù)實際計算以及M-PM 燃燒器配風(fēng)要求，對原有的二次風(fēng)噴口進(jìn)行封堵或少量更換。

（3）更換A—A 風(fēng)燃燒器，適當(dāng)減小A—A 風(fēng)燃燒器區(qū)域的風(fēng)量，更換A—A 風(fēng)噴口管屏及部分A—A 風(fēng)道。

（4）保持原有的等離子燃燒器以及大油槍不變。

（5）煙道增加阻流板，平衡前后墻與爐膛內(nèi)壓力，爐膛火焰分布更加均勻。

M-PM 燃燒器的研發(fā)目標(biāo)是進(jìn)一步減少在噴嘴出口火焰生成的NOx，從而降低分離燃盡風(fēng)風(fēng)量，相對提高主燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)，有利于降低爐膛硫腐蝕風(fēng)險及減少未燃碳損失[2]。

改造前后燃燒器的結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

3 燃燒器升級改造后燃燒調(diào)整試驗

該電廠1#鍋爐經(jīng)過本次升級改造后進(jìn)行了不同負(fù)荷工況下的燃燒調(diào)整試驗。燃燒調(diào)整試驗情況如下：

圖2 改造前后的燃燒器

3.1 500 MW 運(yùn)行調(diào)整

500 MW 運(yùn)行ABDE 磨時總體運(yùn)行良好，兩側(cè)NOx分別為195 mg/Nm3和165 mg/Nm3，省煤器出口CO 兩側(cè)均在20×10-6以下。貼壁氛圍測量結(jié)果見表1。

表1 500 MW 運(yùn)行調(diào)整時貼壁氛圍測量結(jié)果

500 MW 運(yùn)行ABCD 磨時，水冷壁有部分點(diǎn)超溫，主要是在后墻，前墻2#、3#角壁溫也較高，在降低過熱度后壁溫有所緩解，調(diào)整二次風(fēng)門偏置后，后墻超溫點(diǎn)恢復(fù)正常，前墻也在報警值以下，再熱汽溫受制于壁溫提升緩慢，但也可以達(dá)到591 ℃左右，主汽溫可達(dá)到600 ℃。此時NOx為188 mg/Nm3和165 mg/Nm3，省煤器出口CO 均在20×10-6以下（表1）。

3.2 750 MW 運(yùn)行調(diào)整

750 MW 運(yùn)行總體良好，主汽溫和再熱汽溫能達(dá)到600 ℃左右，NOx兩側(cè)為152 和125 mg/Nm3，經(jīng)過調(diào)整后省煤器出口CO平均值能達(dá)到100×10-6左右。此時貼壁氛圍測量結(jié)果見表2。

表2 750 MW 運(yùn)行調(diào)整時貼壁氛圍測量結(jié)果

3.3 1000 MW 運(yùn)行調(diào)整

實際調(diào)整期間負(fù)荷在950 MW 左右，初始階段運(yùn)行ABDEF磨，燃盡風(fēng)水平擺角處于初始位置，此時CO 較高，壁溫前墻部分點(diǎn)溫度偏高。然后將燃盡風(fēng)調(diào)整至最大反切狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整至反切狀態(tài)后鍋爐運(yùn)行狀態(tài)觀察并未有明顯變化（表3）。此時NOx在200 mg/Nm3左右，省煤器出口CO 處于波動狀態(tài)，平均在400×10-6左右。

表3 1000 MW 運(yùn)行調(diào)整時貼壁氛圍測量結(jié)果

當(dāng)采用ABCDE 下五臺磨運(yùn)行時，在壁溫不超溫的情況下，主汽溫度再熱汽溫度均能達(dá)到600 ℃左右，此時NOx兩側(cè)在208 mg/Nm3和168 mg/Nm3左右，省煤器出口CO B 側(cè)偏高，兩側(cè)平均在500×10-6左右。

采用BCDEF 上5 臺磨運(yùn)行，運(yùn)行負(fù)荷900 MW，經(jīng)過調(diào)整，主汽溫度和再熱汽溫度能達(dá)到600 ℃左右，兩側(cè)NOxDCS 顯示為210～220 mg/Nm3左右（實測比DCS 顯示低約20 mg/Nm3），省煤器出口CO 在100×10-6左右（表3）。

3.4 升級改造后存在的問題

低氮燃燒器再次升級改造后目前運(yùn)行存在的主要問題是5#、8#角貼壁氛圍CO 明顯偏高，從燃燒調(diào)整來看，加強(qiáng)5#、8#附近風(fēng)量會導(dǎo)致切圓向前墻偏移，導(dǎo)致前墻壁溫尤其是2#、3#角附近壁溫較高，貼壁氛圍CO 和壁溫互相矛盾，進(jìn)行燃燒調(diào)整難度較大，需要進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)調(diào)整。一次風(fēng)調(diào)整有一定效果，但并不顯著。需要在今后的運(yùn)行過程中繼續(xù)摸索。

4 結(jié)語

某電廠一期2×1000 MW 超超臨界燃煤鍋爐低氮燃燒器升級改造后，通過不同負(fù)荷工況下燃燒試驗，確認(rèn)在保證原鍋爐低NOx效果基礎(chǔ)上，有效緩解了主燃燒器區(qū)域至燃盡風(fēng)區(qū)域高溫腐蝕問題。經(jīng)過近一年來的運(yùn)行觀察，鍋爐能夠穩(wěn)定、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本次升級改造為其他燃煤電廠的低氮燃燒器升級改造具有一定的參考借鑒意義。