吳寶海

國電吉林熱電廠 吉林 吉林 132021

0 引言

國電吉林熱電廠(以下簡稱吉熱廠)10號(hào)爐為俄羅斯西伯利亞動(dòng)力機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為E-500-13.8-560КΤ 鍋爐。鍋爐采用超高壓參數(shù)膜式水冷壁、單汽包自然循環(huán)、固態(tài)排渣、中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)、四臺(tái)鋼球磨煤機(jī)、乏氣送粉塔式爐。該塔式爐原配有12臺(tái)直流水平濃淡燃燒器和兩臺(tái)等離子點(diǎn)火燃燒器,燃燒器采用二次風(fēng)口包裹一次風(fēng)噴口周界風(fēng)型式,12臺(tái)直流水平濃淡燃燒器分兩層布置,每層各6個(gè)、呈正切布置在爐膛水冷壁上,按燃燒器軸線煤粉氣流形成直徑為1200mm 切圓；其中在下層NO.1和NO.4號(hào)燃燒器下部各布置一臺(tái)等離子點(diǎn)火燃燒器,稱為NO.13和NO.14號(hào)燃燒器,用于鍋爐點(diǎn)火和穩(wěn)燃。1、2號(hào)制粉系統(tǒng)共用1號(hào)煤粉倉,3、4號(hào)制粉系統(tǒng)共用2號(hào)煤粉倉,其中1號(hào)制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)上層NO.7、NO.9、NO.11號(hào)燃燒器,4號(hào)制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)上層NO.8、NO.10、NO.12號(hào)燃燒器,2號(hào)制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)下層NO.1、NO.3、NO.5、NO.13號(hào)燃燒器,3號(hào)制粉系統(tǒng)對(duì)應(yīng)下層NO.2、NO.4、NO.6、NO.14號(hào)燃燒器。2015年7月10號(hào)爐首次改造是將鍋爐原12只直流水平濃淡燃燒器改為直流低NOx濃淡燃燒器,并在距最上層一次風(fēng)燃燒器中心線3750mm 處兩側(cè)墻各布置2組SOFA 燃燒器,原鍋爐燃燒器布置參見圖1,2015年燃燒器改造前后對(duì)比圖見圖2。10號(hào)爐燃燒器改造投產(chǎn)后,SCR 入口煙氣NOx濃度達(dá)不到設(shè)計(jì)值450mg/Nm3,SCR 入口NOx濃度超過原設(shè)計(jì)值450 mg/Nm3的時(shí)段較多,實(shí)際運(yùn)行SCR 入口濃度基本可控制在700 mg/Nm3以內(nèi)。經(jīng)分析,SCR 入口煙氣NOx濃度超過設(shè)計(jì)值的情況主要原因?yàn)殄仩t燃燒器低氮改造效果不佳所致。因SCR 入口NOx濃度基數(shù)較高,為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”號(hào)召,吉熱廠決定對(duì)10 號(hào)爐進(jìn)行低NOx 燃燒系統(tǒng)二次改造,為后續(xù)進(jìn)行煙氣超低排放改造創(chuàng)造條件。

圖1 原鍋爐燃燒器平面布置圖

1 吉熱廠10號(hào)爐燃燒器二次改造整體布置說明

本次改造更換原燃燒器一次風(fēng)、二次風(fēng)和燃燼風(fēng)組件,改造后的直流煤粉低氮燃燒器采用均等配風(fēng)型式,一次風(fēng)噴口采用上下濃淡組合方式,一次風(fēng)率與原設(shè)計(jì)參數(shù)基本一致,對(duì)二次風(fēng)噴口面積進(jìn)行縮減,每個(gè)角二次風(fēng)聯(lián)箱采用兩端同時(shí)供風(fēng)設(shè)計(jì)。

1.1 燃燒器平面布置 在水平斷面上,AA 二次風(fēng)、一次風(fēng)、BB二次風(fēng)射流在爐內(nèi)形成φ800的順時(shí)針切圓,AB 二次風(fēng)射流與一次風(fēng)射流偏置4°,具有防結(jié)渣及降低煙氣NOx 排放功能。改造后鍋爐燃燒器平面布置參見圖3。

1.2 燃燒器縱向布置 主燃燒器由下至上依次為AA 層二次風(fēng)、A層一次風(fēng)、AB層二次風(fēng)、B層一次風(fēng)、BB 層二次風(fēng)(加裝貼壁風(fēng)),并將A層NO.1和NO.4燃燒器更換為等離子點(diǎn)火燃燒器,取消原NO.1和NO.4燃燒器下部的NO.13和NO.14號(hào)等離子燃燒器,在粉倉內(nèi)部對(duì)NO.13、NO.14號(hào)小粉斗進(jìn)行封堵；A 層一次風(fēng)標(biāo)高不變,B 層一次風(fēng)標(biāo)高下移1150 mm；一次風(fēng)采用濃淡形式的射流形式,一次風(fēng)噴口加裝周界風(fēng)和波紋形穩(wěn)燃頓體,波紋形穩(wěn)燃頓體后縮10mm,加大煙氣回流量；在主燃燒器上部四角、距B層一次風(fēng)標(biāo)高4649mm 處加裝三層燃燼風(fēng),燃燼風(fēng)噴口采取垂直水平擺動(dòng)形式,垂直擺動(dòng)采取遠(yuǎn)端控制形式,水平擺動(dòng)為就地手動(dòng)。主燃燒器布置在前后墻及側(cè)墻,燃燼風(fēng)均布置角區(qū),2017年燃燒器改造前后對(duì)比圖見圖4。

圖2 燃燒器改造前后縱向?qū)Ρ葓D

圖3 改造后鍋爐燃燒器平面布置圖

圖4 燃燒器改造前后縱向?qū)Ρ葓D

1.3 改造后的10號(hào)爐燃燒器布置分析 A 層一次風(fēng)標(biāo)高不變、B層一次風(fēng)標(biāo)高下移1150 mm、在主燃燒器上部四角并距上一次風(fēng)標(biāo)高4649mm 處加裝三層燃燼風(fēng)、均等配風(fēng)的二次風(fēng)噴口面積進(jìn)行縮減、假想切圓縮減至800mm、一次風(fēng)噴口周圍設(shè)置周界風(fēng)的燃燒器改造設(shè)計(jì),即構(gòu)建出高度和截面空間尺度優(yōu)化,又使煤粉在改造后主燃燒區(qū)處于低氧燃燒狀態(tài),同時(shí)也構(gòu)建出足夠高度的NOx還原空間和煤粉燃燼空間,完成了煤粉燃燒過程尺度優(yōu)化,符合雙尺度低氮燃燒器技術(shù)理念。

2 吉熱廠10號(hào)爐燃燒器采用雙尺度低氮技術(shù)改造優(yōu)點(diǎn)分析

2.1 煙氣NOx濃度降低明顯 雙尺度燃燒器構(gòu)建改造目的之一是降低煙氣NOx濃度,改造后實(shí)測(cè)煙氣NOx 濃度數(shù)據(jù)見表1,可知煙氣NOx濃度降低明顯,達(dá)到了改造預(yù)期目標(biāo)。

表1 10號(hào)爐改造后實(shí)測(cè)煙氣NOx濃度

2.2 改造后鍋爐燃燒穩(wěn)定性增強(qiáng)

2.2.1 A 層一次風(fēng)噴口標(biāo)高不變,B 層一次風(fēng)噴口標(biāo)高下移1150 mm,一次風(fēng)噴口布置集中,煤粉著火集中,增強(qiáng)了鍋爐燃燒穩(wěn)定性；

2.2.2 本次改造將一次風(fēng)管和燃燒器噴口設(shè)計(jì)為無變徑的一個(gè)噴口,改變了原燃燒器一個(gè)一次風(fēng)管在燃燒器噴口前變徑分成上下兩個(gè)噴口而造成的一次風(fēng)沿程阻力大、使給粉機(jī)落粉管與一次風(fēng)管接口處處于微正壓狀態(tài)、給粉機(jī)落粉阻力增加、導(dǎo)致給粉機(jī)下粉不暢、鍋爐燃燒穩(wěn)定性不強(qiáng)、主汽壓力變化頻繁的缺點(diǎn),使改造后的燃燒器一次風(fēng)沿程阻力減小,在給粉機(jī)落粉管與一次風(fēng)管接口處形成負(fù)壓狀態(tài),促進(jìn)給粉機(jī)下粉順暢,鍋爐燃燒穩(wěn)定性得到了很好的改變；

2.2.3 一次風(fēng)噴口加裝周界風(fēng)和波紋形穩(wěn)燃頓體,波紋形穩(wěn)燃頓體后縮10mm,加大煙氣回流量,高溫?zé)煔饣亓鞔龠M(jìn)一次風(fēng)攜帶的煤粉升高到著火溫度時(shí)間縮短,強(qiáng)化了煤粉燃燒過程。

2.3 鍋爐受熱面結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)降低 改造后雙尺度低氮燃燒器主燃燒區(qū)煤粉低氧不完全燃燒,使?fàn)t膛整體溫度相應(yīng)降低,間接促進(jìn)了受熱面結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)的降低,爐膛溫度實(shí)測(cè)見表2；在主燃燒器BB層二次風(fēng)布置貼壁風(fēng)噴口,缺氧燃燒時(shí)向水冷壁表面補(bǔ)充適量的空氣,也具有防結(jié)渣防腐蝕功能。

表2 10號(hào)爐改造后實(shí)測(cè)爐膛溫度

3 吉熱廠10號(hào)爐燃燒器采用雙尺度低氮技術(shù)改造存在的問題分析及改進(jìn)建議

3.1 鍋爐采用等離子點(diǎn)火升溫升壓難度增加。本次10號(hào)爐燃燒器改造后首次點(diǎn)火(鍋爐點(diǎn)火前已投入蒸汽推動(dòng)11小時(shí),汽包壁溫已加熱到110℃左右)至達(dá)到汽機(jī)沖轉(zhuǎn)條件歷時(shí)6小時(shí),比本次燃燒器改造前多3小時(shí)左右,分析主要原因如下:

原NO.13和NO.14號(hào)等離子點(diǎn)火燃燒器布置在NO.1和NO.4號(hào)燃燒器下部,由2、3號(hào)排粉機(jī)帶出,用NO.13、NO.14號(hào)等離子點(diǎn)火燃燒器點(diǎn)火升溫1.5小時(shí)后即可順利將NO.1或NO.4號(hào)燃燒器煤粉引燃,然后利用NO.13和NO.1號(hào)燃燒器引燃NO.6號(hào)燃燒器煤粉,用NO.14和NO.4號(hào)燃燒器引燃NO.3號(hào)燃燒器煤粉,相當(dāng)于用2個(gè)燃燒器去引燃相鄰燃燒器煤粉,易實(shí)現(xiàn)且安全性較高。而本次10號(hào)爐燃燒器改造為構(gòu)建出雙尺度高度空間,取消了原NO.13和NO.14號(hào)等離子點(diǎn)火燃燒器,在NO.1和NO.4號(hào)燃燒器安裝等離子點(diǎn)火器,在點(diǎn)火升溫1.5--4小時(shí)多次嘗試用NO.1號(hào)和NO.4等離子點(diǎn)火燃燒器分別引燃NO.6號(hào)和NO.3號(hào)燃燒器煤粉均未成功,最后嘗試啟動(dòng)4號(hào)排粉機(jī),用NO.4號(hào)等離子點(diǎn)火燃燒器引燃NO.10號(hào)燃燒器煤粉成功,但鍋爐燃燒穩(wěn)定性變差(因點(diǎn)火初期進(jìn)入爐內(nèi)冷風(fēng)增多),未燃燼煤粉增多,鍋爐爆燃或尾部受熱面再燃燒風(fēng)險(xiǎn)增加。建議將NO.2和NO.5號(hào)燃燒器改造成等離子點(diǎn)火燃燒器,這樣一臺(tái)爐有四臺(tái)等離子點(diǎn)火燃燒器,即可實(shí)現(xiàn)鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火順利升溫、升壓,同時(shí)也能提高鍋爐冷態(tài)點(diǎn)火安全性。

3.2 煤粉未完全燃燒損失增大1.5%左右。分析原因之一為雙尺度低氮燃燒器設(shè)計(jì)理念為主燃區(qū)低氧燃燒、煤粉燃燒過程延長、整體爐溫降低等為其主要技術(shù)特點(diǎn),而這些特點(diǎn)均不利于煤粉完全燃燒,導(dǎo)致飛灰可燃物含量增大；原因之二為設(shè)計(jì)人員過于強(qiáng)化降低煤粉燃燒過程生成NOx量,將二次風(fēng)噴口面積縮減稍多、主燃區(qū)供氧不足所致。解決措施是進(jìn)行煤粉細(xì)度校核對(duì)比試驗(yàn),適當(dāng)降低煤粉細(xì)度,并做好制粉系統(tǒng)爆破風(fēng)險(xiǎn)和受熱面結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,選取安全經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度。煤粉細(xì)度降低利于煤粉燃燼,降低不完全燃燒損失,提升鍋爐效率。

3.3 主汽溫度降低10--15℃。分析原因?yàn)锳 層一次風(fēng)噴口標(biāo)高不變,B層一次風(fēng)噴口標(biāo)高下移1150 mm,一次風(fēng)噴口布置集中,煤粉著火集中,鍋爐燃燒穩(wěn)定性增強(qiáng)等綜合因素使?fàn)t膛火焰中心降低所致。建議嘗試在鍋爐燃燒穩(wěn)定的條件下做進(jìn)一步降低主燃燒區(qū)氧量試驗(yàn),目的是推遲煤粉燃燒、提升火焰中心和主汽溫度,同時(shí)綜合對(duì)比觀察鍋爐燃燒穩(wěn)定性、主汽溫度升高幅度、飛灰可燃物變化和受熱面結(jié)焦情況。

3.4 相同負(fù)荷和爐膛出口氧量相近時(shí)送風(fēng)機(jī)電耗增大0.30k W.h/t左右。分析原因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員為強(qiáng)化降低煤粉燃燒過程生成NOx量,將二次風(fēng)噴口面積縮減稍多；同時(shí)二次風(fēng)聯(lián)箱采用兩端同時(shí)供風(fēng)設(shè)計(jì),導(dǎo)致送風(fēng)流通風(fēng)阻增大所致。建議在后續(xù)改造中優(yōu)化二次風(fēng)噴口面積縮減量與降低煙氣NOx濃度關(guān)系,二次風(fēng)聯(lián)箱采用單側(cè)供風(fēng)設(shè)計(jì),將有利于減低送風(fēng)機(jī)電耗。

4 結(jié)束語

綜上,通過對(duì)國電吉林熱電廠10號(hào)爐燃燒器采用雙尺度低氮技術(shù)改造存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析,得出該型號(hào)500t/h鍋爐還存在繼續(xù)優(yōu)化改造可行性,希望能為該型號(hào)的500t/h鍋爐繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)提供技術(shù)改進(jìn)方向。