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600 MW机组对冲燃煤锅炉

来源:蒸汽锅炉|燃油燃气锅炉|燃油热水锅炉|浴池锅炉|生物质热水锅炉-周口市远大太康锅炉有限公司   发布时间:2017/6/8 8:53:45   点击:

导读:
600MW机组对冲燃煤锅炉尾部CO浓度偏高的调整试验周平、张广才、严晓勇2,李冰2(1.西安热工研究院有限公司,陕西西安710032;2.国电福州发电有限公司,福建福清350309)某超临界600MW机组旋流对冲燃烧锅炉低氮改造后,由于运行调整不理想,致使锅炉尾部CO浓度偏高且NO排放未达到预期目标。分析认为,其主要原因是锅炉沿炉膛宽度及深度方向氧量分布不均所致。对此,根据燃烧器改造后的结构特点,对燃烧器参数进行优化调整,在保证NO排放的前提下将锅炉满负荷时尾部CO浓度由2 000pL/L左右降至100卩L/L以下,飞灰可燃物含碳量降至0.5%以下,锅炉效率提高0.8百分点,NO排放浓度由改造前锅炉;低NO旋流燃烧器;CO浓度;NO排放;氧量分布;燃烧调整;锅炉效率基金项目:中国华能集团公司科学技术项目(00MW超临界发电机组整体性能优化与工程示范,NK12-03):周平(1980―),男,湖北洪湖人,硕士,主要从事电站燃煤锅炉运行优化及节能减排技术研究。

随着国家环保政策的日趋严格,一批NOz排放浓度高的燃煤电站锅炉进行燃烧器低氮改造己势在必行。燃烧器低氮改造往往会牺牲一定的燃烧效率,而锅炉尾部CO浓度大小是衡量炉内燃烧优劣的标准之。旋流对冲燃烧锅炉由于其燃烧器结构及布置方式的局限性导致燃烧器之间的混合及燃烧后期扰动差,容易出现尾部CO排放浓度高的问题。若设计不合理或运行调整不当,此问题将更加严重,甚至引发燃烧效率差、水冷壁高温腐蚀、燃烧器烧损、屏式过热器结渣及减温水量大等系列问题。本文以某超临界600MW机组旋流对冲燃烧锅炉低氮燃烧器改造后的优化调整为例,说明燃烧器配风调整的重要葸义。

1燃烧器改造前后的结构及布置机组锅炉为HG-1913/25.4-YM3型超临界参数变压运行燃煤直流炉,前后墙对冲燃烧方式,前后墙各布置3层LNASB旋流燃烧器,每层5只,前墙最下层为等离子体点火燃烧器。在最上层煤粉燃烧器的上方,前后墙各布置1层燃尽风(OFA)喷口,每层5只。燃烧器和OFA喷口标高分别为21179、26192、31240、34713mm.主燃烧器及OFA燃烧器结构分别见、。改造前,锅炉燃烧印尼煤时NO排放约为400450mg/m3.改造后,将前、后墙最下层共10只LNASB旋流燃烧器整体更换为兼具等离子体煤粉点火功能的LYSC-I型低NO旋流燃烧器,其余的20只更换为LYSC-型低NO旋流燃烧器;取消水冷壁标高为34 713mm处的原10个OFA喷口,在标高36650mm处的前、后墙水冷壁上各开设5个孔,安装LYOFA型OFA喷口;燃烧器喉口角度维持原角度25°改造后,OFA喷口中心线距屏底15100mm,距最上层燃烧器中心线5446mm,最大OFA风率可达30%. 3种不同功能的燃烧器结构分别见-. LYSC-I型燃烧器的内二次风为直流,外二次风为旋流;内二次风量拉杆往外拉,内二次风量减少;外二次风旋流叶片为切向进风叶片,角度可在090°之间调节,叶片角度越大,外二次风量越小,旋流越强。LYSC-型燃烧器的内、外二次风均为旋流;内二次风量及外二次风旋流强度的调节方式与LY-SC-I型燃烧器相同;内二次风旋流叶片为轴向进风叶片,角度可在090°之间调节,叶片角度越大,旋流越强,叶片角度改变时内二次风风量大小也会改变。LYOFA燃烧器的中心为直流风,外部为旋流风;直流风风量拉杆往外拉,直流风风量增加;旋流风风量拉杆往里推时,风量增加;旋流风叶片为切向进风叶片,其角度可在090°之间调节,叶片角度越大,进风量越大,但旋流强度越弱。

LYSC-型燃烧器2燃烧器改造后锅炉运行现状燃烧器改造后,600MW负荷时锅炉全烧印尼煤,6台磨煤机投运,总煤量为289.1t/h,实际运行氧量为2.6%时,SCR进口沿炉宽方向02、C0、N0浓度及烟温分布分别见―(图中各测点值为SCR进口烟道中间点的测量值)。

°SCR进口沿炉宽方1%桦:点(。从A侧到0侧)改造后600 SCR进口沿炉宽方向测点(从A侧到B侧)改造后600MW负荷SCR进口烟温分布Fig.从―可以看出:SCR进口沿炉宽方向,炉膛中心氧量大,两侧氧量小;炉膛中心C0浓度低,两侧C0浓度高,局部区域C0浓度超过4000pL/L;炉膛中心N0浓度高,两侧N0浓度低,极值相差40PL/L左右;沿炉宽方向烟温呈°C左右。

600MW负荷下锅炉实际运行氧量为2. 6%时,N0Z排放浓度约为270mg/m3(修正至02=6%,下同),但此时平均C0排放浓度却高达1825pL/L,严重影响锅炉运行经济性及安全性。

由于尾部C0浓度偏高,600MW负荷实际0FA挡板仅开至50%左右,燃尽风量不足,N0Z排放浓度也偏高。此外,由于燃烧器长时间未在最佳状态下运行,水平烟道局部区域逐渐开始积灰、挂渣,再热器减温水量大且两侧偏差大(A侧高温再热器积灰、挂渣,B侧再热器减温水量大)。这种现象在旋流燃烧器对冲燃烧锅炉中具有定的代表性,需要对锅炉燃烧器进行燃烧优化调整。

3燃烧器参数调整试验试验在高水分低热值及中水分中热值2种印尼煤下进行,各调整试验工况下B、E磨煤机磨制高水分印尼煤,其他磨煤机磨制中水分印尼煤,煤质化验结果见表1.表1印尼煤的工业分析和元素分析项目高水分低热值中水分中热值收到基碳Car/%收到基氢liar/%收到基氮Nar/%收到基氧0/%收到基全硫St,r/%全水分Mt/%空气千燥基水分Mau/%收到基灰分Aar/%千燥无灰基挥发分Vuaf/%收到基低位发热量3.1主燃烧器外二次风旋流强度调整主燃烧器外二次风旋流强度调整试验结果见表2.由表2可见,600MW负荷空气预热器(空预器)进口实际运行氧量均维持在2. 6%2.8%之间,主燃烧器外二次风的旋流叶片角度分别为45/45/一工况3共3个试验工况空预器出口C0浓度分别为18862027564PL/L,飞灰含碳量分别为1.20%、1.50%、0. 80%,N0I排放浓度分别为表2主燃烧器外二次风旋流强度调整试验结果Table项目工况1工况2工况3电负荷/MW外二次风叶片角度/°内二次风叶片角度各层20°50°不等内二次风风量/% OFA内直流风风量/% OFA外旋流风风量/% OFA外旋流风叶片角度/°空预器进口氧量/%飞灰含碳量/%锅炉采用大风箱两侧进风方式,在外二次风旋流叶片角度一致的情况下,同一层5只燃烧器的进风量并不相同,这会导致沿炉膛宽度上的氧量偏差,调节同层燃烧器外二次风旋流叶片角度可以调整这种氧量偏差。工况2在工况1的基础上,将主燃烧器外二次风旋流叶片角度由45°统一调至50°外二次风旋流强度增加后,外二次风扩散角加大,高温烟气回流卷吸量变大,但气流沿炉膛深度方向上的射程变短,对于极易着火燃烧的印尼煤而言,由于外二次风混入一次风和内二次风的时机变晚,燃烧推迟,CO排放浓度及飞灰含碳量均有所升高,此时NO排放降低了约15mg/m3.可见,在沿炉膛宽度方向上氧量分布格局无明显好转的情况下,高温烟气的回流卷吸量大小对燃烧的影响不大;相反,增加外二次风旋流强度,反而会加剧沿炉膛深度方向上的氧量不均,恶化燃烧。

考虑到沿炉宽方向,炉膛中心区域氧量大而CO浓度低,两侧氧量小而CO浓度高,工况3关小中间(叶片角度变大,风量变小)、开大两侧(叶片角度变小,风量增加)燃烧器外二次风旋流叶片,将各层燃烧器外二次风旋流叶片角度调整至20/30/60/30/20.后,飞灰含碳量降低至0. 80%,尾部CO浓度降低至564pL/L.外二次风旋流叶片角度的调整可以明显改善沿炉膛宽度方向上氧量分布的均匀性。氧量分布均匀后,局部缺氧区域减少,煤粉燃尽度增加,CO浓度降低了1300PL/L左右,飞灰含碳量降低约0.4百分点;由于局部富氧区的减少,NO排放仅增加了10mg/m3左右。这是因为沿炉宽方向炉膛中心烟温高,两侧烟温低,开大中间关小两侧外二次风旋流叶片角度后,中间部位进风量降低而两侧进风量增加,中间区域氧量降低后NO的生成会随之减少,两侧区域尽管氧量增加但由于炉膛温度相对较低,增加的NO总量相对较少。

3.2主燃烧器内二次风旋流强度调整主燃烧器内二次风旋流强度的调整试验结果见表3.由表3可见,600MW负荷空预器进口实际运行氧量维持在2. 8%左右,内二次风旋流叶片角及55°/50°/45°/50°/55°时,工况4一工况6共3个试验工况空预器出口CO排放浓度分别为487、404、1.94%,NO,排放浓度分别为271、265、261mg/m3.可见,随着主燃烧器内二次风旋流叶片角度变大,内二次风旋流强度增加,内二次风卷吸能力增强,飞灰含碳量及CO排放浓度呈降低趋势。

为降低CO排放,前一组试验将中间燃烧器外二次风旋流强度增强以增加两侧燃烧器风量,但由于中间燃烧器喷口附近温度相对较高,此时将中间燃烧器内二次风旋流强度调弱,可起到保护燃烧器喷口的作用,因此工况6最终将主燃烧器内二次风旋流叶片角度调整为55750/45750755°;而两侧燃烧器由于外二次风量大旋流强度弱,燃烧器喷口附近温度低,增加内二次风旋流强度可加强烟气的前期卷吸能力,使燃烧更为完全。

热力发电表3主燃烧器内二次风旋流强度调整试验结果Testresultsofswirlintensityadustment项目工况4工况5工况6电负荷/MW外二次风叶片角度/°内二次风叶片角度/°各层20°50°不等内二次风风量/% OFA内直流风风量/% OFA外旋流风风量/% OFA外旋流风叶片角度/°空预器进口氧量/%尾部CO浓度/(pL.L-飞灰含碳量/% 3.3燃尽风燃烧器参数调整燃尽风燃烧器参数调整试验结果见表4.由表4可见:工况8在工况7的基础上将燃尽风的旋流风旋流叶片角度由20°调至40°旋流风旋流强度变弱后,旋流风量增加,直流风量减少,2个试验工况的飞灰含碳量、CO排放浓度变化不大;工况9在工况8的基础上将旋流风旋流叶片角度从40°调为°,并将燃尽风外旋流风风量拉杆由1%/1%/ 100%/100%/100%调至100%/80%/60%/80%/100%,即旋流风旋流叶片全关,旋流风减少后飞灰表4燃尽风燃烧器参数调整试验结果项目工况7工况8工况9电负荷/MW外二次风叶片角度/°内二次风叶片角度/°内二次风风量/% OFA内直流风风量/% OFA外旋流风风量/% OFA外旋流风叶片角度/°空预器进口氧量/%飞灰含碳量/%般燃尽风燃烧器的中心风设计为直流,是为了利用其刚性穿透火焰中心,加强与炉内上升烟气流的混合,使烟气中的未燃碳和CO燃尽;而外二次风设计为旋流,主要是为了扩大与炉内烟气的混合,弥补中心风的不足,使烟气中的可燃物充分燃尽。但从实际调整结果来看,燃尽风的外旋流风所占比例越大,CO及飞灰含碳量反而越高。分析认为其主要是由于主燃烧器(特别是等离子燃烧器)内二次风扩口(燃烧器导流筒)及外二次风扩□(燃烧器喉口)角度设计为25°,扩展角较小,主燃烧器火焰的射流长,导致前、后墙燃烧器大量未燃尽的煤粉颗粒冲到炉膛正中心去燃烧,加之对冲燃烧方式由于各燃烧器火焰相互间的横向湍流混合较弱,炉膛中心烟气中可燃物浓度高的这种分布会直保持到燃尽风标高区域。所以,燃尽风的外旋流风风量比例增加后,后期补充的燃尽风刚性不足,射程较短,而大量未燃尽的煤粉颗粒和CO又主要集中在炉膛中部,因而造成燃尽风的旋流风比例越大,飞灰含碳量和CO浓度越高。

3.4燃烧器综合调整3.4.1对CO排放的影响根据上述燃烧器各参数对锅炉CO排放的影响规律,在600MW负荷下对燃烧器参数进行了综合调整试验,结果见表5.由表5可见,由于燃尽风燃烧器的外旋流风开大不利于降低CO排放浓度及飞灰含碳量,工况11在工况10的基础上将燃尽风燃烧器外旋流风风量从100%/80%/60%/80%/ 100%开度调至全关,CO排放浓度从350pL/L降低至159uL/L;工况12将主燃烧器内二次风量由100%/100%/100%/100%/100%调至100%/85%/75%/85%/100%,并将中间燃烧器内二次风量略关小,调整后CO浓度降低至121uL/L;工况13在工况12的基础上将主燃烧器外二次风旋流叶片角度从30740750740730.调至15725760725715.后,空预器进口实际运行氧量为2.54%时,尾部CO排放浓度降至81uL/L,运行效果最佳。

表5燃烧器综合调整结果项目工况10工况11工况12工况13电负荷/MW总煤量/(th一总风量/(t.h一外二次风叶片角度/.内二次风叶片角度/.内二次风风量/% OFA内直流风风量/% OFA外旋流风风量/% OFA外旋流风叶片角度/.空预器进口氧量/%飞灰含碳量/% 3.4.2对锅炉热效率及排放的影响燃烧器参数调整后,燃尽风门开度对锅炉效率及NO排放的影响试验结果见表6.由表6可见,工况14一工况16 3个试验工况空预器进口实际运行氧量维持在2.6%2. 8%之间,燃尽风挡板开度分别为99%、69%、40%时,飞灰含碳量分别为0.46%、0.51%、0.39%,CO排放浓度分别为71、96、90uL/L,NOI排放浓度分别为254、269、298mg/m3,燃尽风层平均烟温分别为1 388.0,屏底平均烟温分别为1 350°C.可见,燃烧器参数调整后,锅炉尾部CO排放量与燃尽风开度大小无直接关联,开大燃尽风对锅炉运行经济性影响不大。另外,燃尽风开大后,燃尽风区域及屏底烟温均略有下降,而且CO排放及飞灰含碳量并无升高,有益于减轻屏式过热器结渣。

4结论某超临界600MW机组锅炉低氮燃烧器改造后,600MW负荷下锅炉CO排放浓度高达2000uL/L左右,飞灰含碳量在1.0%以上,有时达2%3%.提高锅炉沿炉膛宽度和深度方向氧量分布的均匀性是解决此类问题的关键。

燃烧器参数调整合适后,OFA挡板开度大小对锅炉运行经济性影响不大;在定范围内开大OFA可降低NO排放,并可降低炉膛出口烟温,减轻屏式过热器结渣。

项目工况14工况15工况16电负荷/MW燃尽风挡板开度/%二次风箱挡板(下/中/上)/%空预器进口氧量/%飞灰含碳量/%燃尽风层平均烟温/°C屏底平均烟温/°c狄万丰,韩继伟,杨忠灿,等。超临界600MW机组褐煤锅炉的运行特性研究。热力发电,2012,40(4):62-胡志宏,李德功,邵红军,等。600MW机组锅炉低氮燃烧改造。热力发电,2014,43(4):钟万里,吴登,曾凡云。超临界锅炉水冷壁高温腐蚀李德波,沈跃良。前后对冲旋流燃煤锅炉CO和NOy分布规律的试验研究。动力工程学报,2013(7):胡志宏,郝卫东,薛美盛,等。1000MW超超临界燃煤锅炉燃烧与NOy排放特性试验研究。机械工程学通过对燃烧器进行低氮改造和运行优化调整,可使尾部CO浓度降至100pL/L以下,飞灰含碳量降至0.5%以下,锅炉效率提高0. 8百分点以上,NO;排放浓度由400450mg/m3降至250mg/m3左右,从而达到高效燃烧和低污染物排放的效果。

燃烧调整试验后运行至今,未发现明显的燃烧器及屏式过热器掉焦现象。但改造后600MW负荷再热器减温水总量比改造前增加1015t/h. GB13223―2011,火电厂大气污染物排放标准。

贺学志,王春昌。低NO,燃烧器的煤质适应性研究许传凯。燃煤锅炉燃烧优化技术。热力发电,1989,17(2)55-56.张海,吕俊复,崔凯,等。旋流煤粉燃烧器低NOy排放的设计分析。热力发电,2010,39(11):2-39.
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