(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046)

0 引 言

目前，國(guó)內(nèi)燃用全水分的小于35%的褐煤機(jī)組時(shí)，常常選用中速磨制粉系統(tǒng)，而只是針對(duì)部分全水分超過(guò)35%的褐煤則采用風(fēng)扇磨制粉系統(tǒng)[1-2]。配置中速磨制粉系統(tǒng)的褐煤機(jī)組，受限于其制粉系統(tǒng)干燥出力，往往一次風(fēng)風(fēng)率很高[3]，尤其是在冬夏兩季，由于受到降雨及降雪的影響，煤粉水分升高，導(dǎo)致鍋爐一次風(fēng)風(fēng)率大幅上升，部分負(fù)荷下甚至達(dá)到50%以上。較高的一次風(fēng)風(fēng)率已將嚴(yán)重影響到了爐內(nèi)燃燒動(dòng)力場(chǎng)，二次風(fēng)嚴(yán)重缺失，爐內(nèi)燃燒切圓偏大，導(dǎo)致煤粉氣流刷墻，進(jìn)而引起水冷壁結(jié)焦及壁溫偏差問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)水冷壁超溫，限制了鍋爐的出力；同時(shí)鑒于爐內(nèi)燃燒動(dòng)力場(chǎng)的不合理，鍋爐在運(yùn)行時(shí)燃盡風(fēng)風(fēng)門只能關(guān)小，影響了鍋爐分級(jí)燃燒的效果，進(jìn)而NOx排放上升[4]。這種現(xiàn)象在墻式切圓燃燒時(shí)尤為嚴(yán)重[5]。

1 電廠鍋爐概況

1.1 鍋爐設(shè)計(jì)邊界條件

某電廠一期工程安裝兩臺(tái)600 MW超臨界空冷機(jī)組，鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開(kāi)發(fā)研制的600 MW褐煤超臨界鍋爐。鍋爐燃燒器采用墻式切圓燃燒方式，形成大直徑切圓，以獲得沿爐膛水平斷面較為均勻的空氣動(dòng)力場(chǎng)。配置六臺(tái)磨中速磨煤機(jī)系統(tǒng)，燃燒器分三層，二次風(fēng)偏離一次風(fēng)15°進(jìn)入爐膛，形成風(fēng)包粉的布置方式，有效減少爐膛的結(jié)焦。燃燒器的上方為四層分離型燃燼風(fēng)室(SOFA)噴嘴，它具有補(bǔ)充燃料后期燃燒所需要的空氣，同時(shí)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒以抑制NOx的生成。鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 鍋爐原設(shè)計(jì)容量和參數(shù)

表2是鍋爐使用的煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)，可以看出，該鍋爐用煤為褐煤，水分高，熱值低，并且易結(jié)焦。

表2 鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)、校核煤質(zhì)分析表

表3 鍋爐燃燒器設(shè)計(jì)主要參數(shù)

圖1為燃燒器噴口布置及主燃燒器和SOFA的水平布置圖，其中主燃燒器分成三組，采用墻式切圓布置方式，而SOFA則采用了四角切圓布置方式。表3是燃燒器的主要設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖1 燃燒器布置圖

1.2 鍋爐運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題

該電廠自2011年投運(yùn)以后，多次出現(xiàn)一次風(fēng)刷墻、結(jié)焦問(wèn)題，并存在主、再熱蒸汽溫度偏低的情況。投產(chǎn)以后，主汽溫度曾經(jīng)一度低于540 ℃，低負(fù)荷時(shí)主汽溫度降低更加明顯，導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較設(shè)計(jì)水平顯著偏低。運(yùn)行過(guò)程中，鍋爐的結(jié)渣問(wèn)題時(shí)有發(fā)生，但是并不嚴(yán)重，但由于采用干式出渣方式，一旦爐膛內(nèi)出現(xiàn)結(jié)渣難以通過(guò)除渣系統(tǒng)自行清除，需要通過(guò)人工打焦的方式進(jìn)行清除。同時(shí)鍋爐在運(yùn)行過(guò)程時(shí)，鍋爐NOX排放普遍在300～400 mg/m3之間，鍋爐NOx排放很高。鍋爐脫硝壓力很大，一旦鍋爐運(yùn)行方式發(fā)生變化，鍋爐NOX排放會(huì)繼續(xù)上升，脫硝出口NOx排放不能滿足50 mg/m3的排放要求。

2 鍋爐目前現(xiàn)狀問(wèn)題分析

從運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)看，受限于磨煤機(jī)出力，其一次風(fēng)風(fēng)率控制的較差，一次風(fēng)風(fēng)率普遍在42%甚至更高。較高的一次風(fēng)風(fēng)率使得煤粉氣流著火延遲，同時(shí)二次風(fēng)無(wú)法對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行攜帶，來(lái)自上游的一次風(fēng)氣流會(huì)對(duì)下游的一次風(fēng)氣流產(chǎn)生一定的沖擊，進(jìn)而導(dǎo)致了煤粉氣流的偏斜及刷墻。而主蒸汽、再熱汽溫度未能達(dá)到設(shè)計(jì)值，主要是火焰貼近水冷壁，增強(qiáng)了水冷壁的換熱強(qiáng)度，造成爐膛出口煙氣溫度低從而影響了對(duì)流受熱面的吸熱。

圖2 改造前爐膛燃燒器區(qū)域的溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)分布

而本工程造成一次風(fēng)風(fēng)率較大的原因主要如下：

(1)二次風(fēng)溫度較設(shè)計(jì)值低；TRL負(fù)荷下，原二次風(fēng)溫度設(shè)計(jì)值為384 ℃。而本工程在實(shí)際550 MW運(yùn)行中，其二次風(fēng)風(fēng)溫在360 ℃左右，較設(shè)計(jì)值低24 ℃。干燥出力不夠，導(dǎo)致單臺(tái)磨的通風(fēng)量變大；

(2)煤質(zhì)變差，導(dǎo)致磨煤機(jī)投運(yùn)數(shù)量增加，一次風(fēng)風(fēng)率高；在低負(fù)荷情況下，50%THA工況時(shí)，設(shè)計(jì)二次風(fēng)風(fēng)溫為334 ℃，而在實(shí)際運(yùn)行中360 MW負(fù)荷下，二次風(fēng)風(fēng)溫在332 ℃左右。從上可看出，低負(fù)荷下二次風(fēng)風(fēng)溫與設(shè)計(jì)值相當(dāng)。但是由于煤質(zhì)熱值變差，單臺(tái)磨的磨煤量變大，需要增加一臺(tái)磨運(yùn)行，以便滿足運(yùn)行的給煤要求。而高負(fù)荷時(shí)同樣也存在類似問(wèn)題，再加上高負(fù)荷下二次風(fēng)風(fēng)溫低，其也需增加一臺(tái)磨運(yùn)行。

而鍋爐的一次風(fēng)風(fēng)率過(guò)大后，會(huì)導(dǎo)致NOx排放的上升。同時(shí)，由于出現(xiàn)的掃墻現(xiàn)象，電廠運(yùn)行人員為了防止水冷壁壁溫超溫，選取了燃燒器區(qū)域高氧量運(yùn)行的方式，SOFA風(fēng)量較少，分級(jí)燃燒不明顯，進(jìn)而又加劇了NOx排放的上升?？梢?jiàn)解決一次風(fēng)風(fēng)率過(guò)高或者解決煤粉氣流掃墻現(xiàn)象，就會(huì)解決上述問(wèn)題。

3 燃燒系統(tǒng)改造方案

鑒于本工程現(xiàn)狀，解決一次風(fēng)風(fēng)率過(guò)高，需要對(duì)原有的制粉系統(tǒng)進(jìn)行改造，如增加暖風(fēng)器設(shè)備對(duì)一次風(fēng)風(fēng)溫進(jìn)行加熱、再提高等，這樣改造投資成本很大。因此本次改造的方案主要從解決鍋爐切圓過(guò)大方面著手。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，改造方案如下：

(1)保持原有的一次風(fēng)噴口標(biāo)高不變，主燃區(qū)低氮燃燒器整體向爐膛中心偏轉(zhuǎn)一定的角度，縮小原有的燃燒假想切圓，防止一次風(fēng)氣流沖刷水冷壁；

(2)二次風(fēng)噴口仍按垂直于水冷壁壁面的方向射入爐膛。

根據(jù)目前的改造方案，應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)值模擬軟件，對(duì)改造后爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)及溫度場(chǎng)進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值模擬，模擬發(fā)現(xiàn)：鍋爐爐內(nèi)一次風(fēng)掃墻的現(xiàn)象得到有效解決。

改造后的燃燒器布置圖如圖3-4所示。

圖3 改造后爐膛燃燒器區(qū)域的溫度場(chǎng)及速度場(chǎng)分布

圖4 改后燃燒器平面布置圖

4 改造后鍋爐運(yùn)行結(jié)果

該爐低氮燃燒器改造后，通過(guò)多方配合熱態(tài)燃燒調(diào)整，爐膛出口氮氧化物排放及CO均達(dá)到低排放的效果，達(dá)到了低氮改造的目的。主燃燒器區(qū)域的風(fēng)門開(kāi)度維持在20～30之間，停運(yùn)層的風(fēng)門維持在15%左右，SOFA風(fēng)門維持在較大開(kāi)度。在燃盡風(fēng)并未改造的前提下，鍋爐高負(fù)荷NOX排放可達(dá)到200 mg/Nm3左右，CO：43.2 ppm，飛灰含碳量為1.0%；450 MW負(fù)荷段下SCR入口NOx：160 mg/Nm3，CO：15.9 ppm；300 MW負(fù)荷段下SCR入口NOx：230 mg/Nm3，CO：7.4 ppm。

5 結(jié)束語(yǔ)

該新型低氮燃燒器應(yīng)用于墻式切圓褐煤鍋爐后，能夠在不更改原有制粉系統(tǒng)及煤質(zhì)的情況下，有效的控制爐內(nèi)燃燒的切圓，使得原有鍋爐一次風(fēng)氣流掃墻的問(wèn)題得以有效的解決，鍋爐能夠保鍋爐各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)值，安全穩(wěn)定的滿負(fù)荷運(yùn)行，同時(shí)原有的鍋爐在NOx排放也有一定程度的降低。該新型燃燒器技術(shù)在燃燒器改造量很小的前提下，達(dá)到了理想的效果。預(yù)計(jì)該技術(shù)在國(guó)內(nèi)類似燃燒褐煤的機(jī)組中有著非常廣闊的應(yīng)用前景。