楊國(guó)濤

(深能庫(kù)爾勒發(fā)電有限公司，新疆 庫(kù)爾勒市 841000)

某發(fā)電廠(B廠)3號(hào)機(jī)組125 MW鍋爐為超高壓自然循環(huán)汽包爐，于2003年11月21日投產(chǎn)，主要燃用郴州地區(qū)無煙煤。近年來由于煤炭供應(yīng)緊張，煤熱值下降，電廠燃煤熱值僅為4 000 kcal/kg左右。由于煤的灰分升高、灰熔點(diǎn)下降，導(dǎo)致燃燒穩(wěn)定性變差、衛(wèi)燃帶結(jié)渣較重，大的焦塊掉落易引起爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)引起鍋爐滅火事故。又由于灰分偏高、燃煤熱值偏低、爐內(nèi)結(jié)焦較重，機(jī)組不得不降負(fù)荷運(yùn)行，從而導(dǎo)致煤粉的燃盡度較差，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性降低[1]。電廠統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，機(jī)組發(fā)電煤耗高達(dá)400 g/(kW·h)以上，鍋爐飛灰可燃物高達(dá)15%以上、爐渣可燃物達(dá)20%以上。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)鍋爐效率僅為77%左右，鍋爐效率偏低是造成電廠煤耗偏高的主要因素之一。

在現(xiàn)場(chǎng)燃燒測(cè)試試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，綜合考慮降低煤耗、減緩結(jié)焦、提高帶負(fù)荷能力三方面的要求，提出了燃燒器改造、安裝下三次風(fēng)燃燒器、衛(wèi)燃帶形狀和面積調(diào)整、提高磨煤機(jī)和給粉機(jī)出力等設(shè)備改進(jìn)措施。經(jīng)過設(shè)備改進(jìn)和燃燒調(diào)整，鍋爐存在的問題得以圓滿解決。

1 鍋爐原設(shè)備概況

某發(fā)電廠B廠3號(hào)機(jī)組配的是某鍋爐廠生產(chǎn)的125 MW超高壓自然循環(huán)汽包鍋爐，型號(hào)為SG-420/13.7-M759，“∏”型露天布置，四角雙切圓燃燒，爐膛截面深×寬=8 840×9 600 mm，寬深比為1.086，燃燒器為正四角布置，共包括三層一次風(fēng)噴口、三層二次風(fēng)噴口、一層三次風(fēng)噴口和一層燃盡風(fēng)噴口，設(shè)計(jì)燃用無煙煤；采用中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，配2臺(tái)MG320/580型鋼球磨煤機(jī)。

1.1 參數(shù)和規(guī)范

過熱蒸汽流量D1/t·h-1420

過熱蒸汽壓力P1/MPa 13.7(表壓)

過熱蒸汽溫度t1/℃ 540

再熱蒸汽流量D2/t·h-1350

再熱蒸汽壓力P2(進(jìn)/出)/MPa 2.62/2.44(表壓)

再熱蒸汽溫度t2(進(jìn)/出)/℃ 324/540

給水溫度tgs/℃ 240

排煙溫度θpy/℃ 136

預(yù)熱器進(jìn)口風(fēng)溫t′/℃ 20

預(yù)熱器出口風(fēng)溫trk/℃ 393

鍋爐效率η/% 89.0

設(shè)計(jì)煤種燃料消耗量B/t·h-157.94

校核煤種燃料消耗量Bj/t·h-162.97

1.2 燃燒系統(tǒng)簡(jiǎn)介

燃燒器為WR型，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，設(shè)三層一次風(fēng)噴口，相對(duì)集中布置。除下二次風(fēng)噴嘴不擺動(dòng)，其余噴嘴均可手動(dòng)上下擺動(dòng)，供燃燒調(diào)整用，調(diào)節(jié)范圍±15°。在上二次風(fēng)噴嘴、下二次風(fēng)噴嘴內(nèi)共裝8支油槍。

表1 燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)

2 鍋爐設(shè)備改造情況

2.1 燃燒器改造

2.1.1 燃煤特性

本工程以實(shí)際運(yùn)行中燃用的煤種為設(shè)計(jì)煤，燃燒器改造前、后的煤質(zhì)特性如表2所示?？梢钥闯觯c原設(shè)計(jì)煤相比，現(xiàn)設(shè)計(jì)煤灰分明顯偏高，同時(shí)煤炭含量、熱值出現(xiàn)較大幅度的下降。現(xiàn)設(shè)計(jì)煤屬于低揮發(fā)分、中低熱值、中高灰分、較高灰熔點(diǎn)、易磨煤，著火、燃盡較為困難，但具有低結(jié)焦特性。

表2 鍋爐燃燒器改造前、后煤質(zhì)特性

2.1.2 新燃燒器布置

改造后燃燒器布置見圖1。

圖1 改后燃燒器布置圖

新燃燒器為百葉窗水平濃淡燃燒器，采用固定式、四角布置，在爐內(nèi)形成雙切圓燃燒，假想切圓分別為Φ601 mm和Φ527 mm。各層噴嘴從下至上為：下三次風(fēng)(含冷卻風(fēng))、下二次風(fēng)(AA)、下一次風(fēng)(A，含偏置周界風(fēng))，中一次風(fēng)(B，含偏置周界風(fēng))、中二次風(fēng)(BC)、上一次風(fēng)(C，含偏置周界風(fēng))、上二次風(fēng)(CC)、上三次風(fēng)(含周界風(fēng))、燃盡風(fēng)(OFA)。

燃燒器由一、二次風(fēng)主燃燒器和上、下三次風(fēng)燃燒器組成。主燃燒器有7層噴嘴，其中3層一次風(fēng)噴嘴，4層二次風(fēng)噴嘴(最下層為油點(diǎn)火燃燒器、最上層為燃盡風(fēng)OFA)。下三次風(fēng)燃燒器設(shè)計(jì)用于延長(zhǎng)三次風(fēng)帶粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，降低飛灰可燃物含量，共有1層下三次風(fēng)噴嘴，與上層三次風(fēng)根據(jù)負(fù)荷的不同配合使用。為了控制鍋爐爐膛出口的左右煙溫偏差、降低NOx排放，燃燒器的頂部設(shè)置一層反切布置的OFA，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，反切角為15°，其余噴口氣流均為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

二次風(fēng)的主要部分作為輔助風(fēng)，布置于煤粉噴嘴的上部和下部，提供著火后期燃燒需要的氧氣；一部分作為頂部燃燼風(fēng)，經(jīng)燃燒器頂部的OFA噴嘴送入爐膛；有少部分作為周界風(fēng)，設(shè)在一次風(fēng)煤粉噴嘴的側(cè)邊、上三次風(fēng)的周邊(另有少部分通過冷卻風(fēng)管進(jìn)入下三次風(fēng)噴口作為停運(yùn)時(shí)的冷卻風(fēng))，既可作為燃料風(fēng)，又可起防結(jié)渣和高溫腐蝕的作用，也可以起到保護(hù)噴口的作用。連同煤粉噴嘴的偏置周界風(fēng)，每層燃燒器均設(shè)有二次風(fēng)門擋板，分別由電動(dòng)執(zhí)行器單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，但下三次風(fēng)冷卻風(fēng)門為手動(dòng)調(diào)節(jié)。

點(diǎn)火油槍設(shè)置于AA、CC層，共8只。油槍采用簡(jiǎn)單機(jī)械霧化，槍前壓力約2.5 MPa。AA層四只油槍單支油槍出力為800 kg/h，CC層四只油槍單支油槍出力為500 kg/h。

2.1.3 新燃燒器設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)在主燃燒器的上方布置有一層OFA燃燒器，用以控制主燃燒器區(qū)域的過量空氣系數(shù)，這樣既降低了主燃燒器區(qū)域NOx的生成量，又可在燃燒后期補(bǔ)充氧量，保證煤粉的燃燼。但運(yùn)行時(shí)可根據(jù)NOx的排放情況及煤粉的燃盡情況調(diào)整OFA風(fēng)門的開度。

(2)一次風(fēng)燃燒器采用百葉窗式水平濃淡分離燃燒技術(shù)，噴口放置有橫置鈍體和豎直隔板，使鍋爐既能夠達(dá)到穩(wěn)燃要求，提高燃燼率，同時(shí)又可以防止結(jié)渣與高溫腐蝕，減少NOx排放。

(3)將原設(shè)計(jì)一次風(fēng)噴嘴的均等周界風(fēng)改為側(cè)邊風(fēng)，僅將風(fēng)布置在一次風(fēng)噴嘴的背火側(cè)，其他三邊風(fēng)量為0，既起到冷卻噴嘴的作用，又不影響煤粉的著火與穩(wěn)燃。而且背火側(cè)大的側(cè)邊風(fēng)增加了一次風(fēng)射流的剛性，同時(shí)也在水冷壁附近形成富氧區(qū)，有利于防止結(jié)渣和高溫腐蝕。

(4)將頂部燃燼風(fēng)及中間一層二次風(fēng)反切15°。這種布置方式即保證了燃燒器下部著火區(qū)域有一定的旋轉(zhuǎn)“火球”效應(yīng)，強(qiáng)化著火，加速燃燼，又可減少爐膛出口處氣流的“殘余旋轉(zhuǎn)”，達(dá)到減少爐膛出口左、右側(cè)煙溫偏差的目的。同時(shí)這種分級(jí)送風(fēng)也有利于降低NOx的生成。

(5)在燃燒器下部增加一層下三次風(fēng)噴口，同時(shí)保留上三次風(fēng)噴口，在負(fù)荷較高時(shí)(根據(jù)煤質(zhì)情況確定開啟的負(fù)荷點(diǎn))逐漸開啟下三次風(fēng)(停運(yùn)時(shí)注意開啟冷卻風(fēng)門)、關(guān)小上三次風(fēng)，并根據(jù)負(fù)荷和煤粉燃盡情況確定上、下三次風(fēng)的風(fēng)門開度。

2.1.4 燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)

燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)(ECR工況)

注：側(cè)邊風(fēng)率占二次風(fēng)的9.8%。

2.2 衛(wèi)燃帶調(diào)整

為了有效防止水冷壁衛(wèi)燃帶結(jié)焦，對(duì)原有衛(wèi)燃帶按圖2進(jìn)行了條塊分割，去除了部分衛(wèi)燃帶和銷釘，同時(shí)在原衛(wèi)燃帶上方重新布置銷釘、增加了相應(yīng)面積(約72 m2)的衛(wèi)燃帶，以保證爐膛溫度和煤粉燃盡。新增衛(wèi)燃帶的材料為碳化硅，銷釘間距為50 mm。

圖2 改后衛(wèi)燃帶布置示意圖

2.3 磨煤機(jī)護(hù)瓦更換和鋼球調(diào)整

3號(hào)爐大修期間，還對(duì)磨煤機(jī)護(hù)瓦進(jìn)行了更換，并對(duì)鋼球進(jìn)行篩選，去掉了直徑偏小的鋼球，并增加了球徑為40、60 mm的鋼球，使鋼球裝載量達(dá)到廠家要求。其中，篩余鋼球、40 mm鋼球和60 mm鋼球的質(zhì)量配比為30∶40∶30。通過整治，煤粉細(xì)度R90可控制在6%以內(nèi)。

2.4 改善下粉不暢

項(xiàng)目實(shí)施過程中改變一次風(fēng)粉分離的方式為煤粉濃縮器和百葉窗分離，將各層一次風(fēng)管中的扭曲板去除，大幅降低了一次風(fēng)管阻力，解決了下粉不暢問題。

另外，還對(duì)下層一次風(fēng)燃燒器之前帶中隔板的一段一次風(fēng)管進(jìn)行了更換，進(jìn)一步降低了管道阻力。

2.5 提高給粉機(jī)出力

割除中層燃燒器對(duì)應(yīng)的給粉機(jī)中的部分隔板面積，增加下粉面積，使該層單只給粉機(jī)出力提高至9 t/h，以提高鍋爐的帶負(fù)荷能力。

3 鍋爐綜合治理效果

在燃燒器改造項(xiàng)目完成后，在3號(hào)鍋爐上進(jìn)行了詳細(xì)的燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，確定了較佳的鍋爐運(yùn)行方式，即：

(1)將實(shí)際運(yùn)行氧量控制4.8%～5.0%，表盤氧量控制在4.2%左右。

(2)AB磨運(yùn)行時(shí)，將A上部三次風(fēng)開度設(shè)置為50%，C上層三次風(fēng)開度設(shè)置為45%，BD上層三次風(fēng)開度設(shè)置為30%，下層三次風(fēng)全開。

(3)適當(dāng)提高一次風(fēng)速，將一次總風(fēng)壓提高至3.3～3.5 kPa。

(4)適當(dāng)開大側(cè)邊風(fēng)開度在70%左右。

(5)在停雙磨情況下，二次風(fēng)采用正塔配風(fēng)；單磨運(yùn)行時(shí)，二次風(fēng)采用均勻配風(fēng)；

雙磨運(yùn)行時(shí)，二次風(fēng)采用倒塔配風(fēng)方式。

(6)證燃燒器四角給粉均勻性。

經(jīng)過設(shè)備改進(jìn)和燃燒調(diào)整，鍋爐運(yùn)行的安全和經(jīng)濟(jì)性均達(dá)到較佳狀態(tài)，運(yùn)行效果主要表現(xiàn)為：

(1)在鍋爐燃煤熱值為4 000 kcal/kg、負(fù)荷為80、100、120 MW時(shí)，鍋爐飛灰可燃物含量可下降至5%～6%，爐渣可燃物含量下降至5%以下，鍋爐效率由低于80%提高至90%左右，高于原設(shè)計(jì)值89%。在汽機(jī)熱耗為9 000 kJ/kg的情況下，機(jī)組發(fā)電煤耗大幅下降。

(2)在單磨停運(yùn)、僅投對(duì)角下三次風(fēng)的情況下，鍋爐的不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)76 MW。

(3)在燃煤熱值為4 000 kcal/kg的情況下，鍋爐最高可穩(wěn)定帶120 MW負(fù)荷。

(4)衛(wèi)燃帶結(jié)焦明顯減輕，鍋爐再未因掉大焦塊引起爐膛負(fù)壓大幅波動(dòng)和鍋爐滅火。