PRP燃燒技術在熱電廠鍋爐上的應用

李升明

(山西陽煤集團發供電分公司，山西 陽泉 045000)

1 鍋爐存在的原問題

某公司270 t/h鍋爐為濟南鍋爐廠生產的YG270/9.8—M型煤粉鍋爐。 自2006年投產以來，由于煤質偏離設計值等原因，運行中鍋爐主要存在以下問題：

(1) 低負荷穩燃范圍小，負荷低于190 t/h(70 %額定負荷)運行時，鍋爐燃燒不穩定，需要投油槍助燃，因此環保壓力和經濟投入較大；

(2) 爐膛頻發掉焦滅火事故，影響機組安全生產運行，尤其冬季供熱時爐膛下部冷灰斗堵焦嚴重，對居民供熱造成很大影響，社會壓力也較大；

(3) 鍋爐燃燒效率低，鍋爐飛灰爐渣中可燃物偏高(飛灰中可燃物在14 %左右)，耗煤量大，效率偏低；

(4) 燃燒穩定性差，在煤質變差及爐膛氣流擾動情況下易發生滅火事故。

基于以上原因，公司決定對鍋爐燃燒器進行技術改造，以解決日益突出的安全生產問題。

2 PRP燃燒器工作原理介紹

PRP(Pulverized Coal Rich Preheating)燃燒技術，全稱為“煤粉濃縮、預熱、低NOX燃燒技術”。圖1和圖2所示為旋流式PRP燃燒器的結構布置示意和工作原理示意。

從圖1可知，煤粉氣流經過濃淡分離器后分離成濃粉和淡粉2股氣流：濃粉氣流從偏心的噴口進入預熱室，而淡粉氣流則被送至燃燒器外的淡粉噴口進入爐膛。預熱室是PRP燃燒器的關鍵部件(見圖2)，受濃煤粉氣流在空腔內的偏置引射作用，預熱室內的壓力比爐膛壓力低，爐膛中的高溫煙氣被卷吸，回流至預熱室中，而流經預熱室的煤粉氣流則與回流的高溫煙氣強烈混合并迅速升溫。經實際測量，預熱室進口高濃煤粉流的溫度為90 ℃時，其出口溫度可達1000 ℃，煤粉的溫升速率可達104 ℃/s。在極快的溫升速率下，煤粉的揮發分得以快速裂解并集中釋放出來，且數量會增多，這有利于促進煤的燃燒和快速燃盡，尤其是對低揮發分煤。

圖1 PRP燃燒器結構布置示意

圖2 PRP燃燒器工作原理示意

PRP燃燒器預熱室的進口端設有一補氣門，可連接到自動控制系統。從補氣門進入的補氣風的大小，可調節預熱室的負壓及熱煙氣的回流量，從而調節煤粉氣流的預熱程度；此外，補氣風還可以調節入爐煤粉氣流的風煤濃度比，從而改變煤粉氣流的著火特性。預熱室出口端則設有熱電偶，在運行時用自動控制系統調節補氣門開度，保持該熱電偶測得的溫度值與參考溫度(煤粉氣流著火位置距燃燒器噴口約300mm時測得的溫度值)相同，這樣就可以控制著火位置在噴口外設定處，并防止在預熱室內出現過早燃燒，進而避免結渣燒損燃燒器。

3 對鍋爐的改造方案

3.1 采用PRP燃燒器

PRP燃燒器具有著火快、火焰穩定、煤種適應性好等特性。使用PRP燃燒器后，進入鍋爐的煤粉能夠提前著火，并配合風粉混合良好的空氣動力場，可使高溫火焰行程縮短，實際燃燒中心降低，有利于降低爐膛出口煙溫，從而顯著改善鍋爐結焦的問題。

3.2 形成良好的空氣動力場

二次風噴口采用擺動式結構，以避免由于特殊原因運行中無法調整空氣動力切圓直徑的被動局面。通過采取調整假想切圓直徑等措施，可調節最佳燃燒工況，使風粉混合及時、良好，增加煤粉在爐膛內的停留時間，從而降低爐膛出口溫度和提高燃燒效率。

3.3 保證一次風粉著火后及時補充空氣

改變原設計一次風集中布置的做法，而改用分散布置措施，即采用一、二次風間隔布置，這樣有利于風粉的及時混合，縮短煤粉燃盡時間，避免火焰延長造成的爐膛出口溫度升高。

3.4 改造實施

(1) 原一次風噴口全部更換成PRP燃燒器(含濃淡分離器)，并且采用間隔布置，2層共8個。

(2) 原二次風噴口全部更換成可調節假想切圓直徑的擺動式二次風噴口，3層共12個，并按照新的假想切圓的切角來安裝。這樣就可以根據鍋爐運行實際情況，在運行中調整空氣動力切圓大小。

(3) 原三次風噴口全部更換成預熱型三次風噴口，1層共4個。

(4) PRP燃燒器的燃燒控制系統能實現對預熱的強弱和一次風的風/粉比的自動控制，實現不同煤種燃燒時均能在預先設定的著火距離處著火燃燒，使燃燒更穩定。預熱控制系統的構成主要有PID控制柜、巡檢儀、熱電偶、調節閥門及執行機構等。

4 工業性試驗及改造成效

為了便于運行調整以及驗證改造效果，公司請第三方機構對燃燒器改造后進行了冷態調試及熱態調試。

通過工業性試驗，校對了鍋爐各系統風門，測量調整了爐膛動力場及燃燒切圓的大小，確定了鍋爐熱態最佳燃燒方式，并驗證了燃燒器改造后運行情況及效果。

4.1 改造后效果

(1) 初步解決了鍋爐掉焦滅火事故，從2009年10月到2011年供暖季結束，鍋爐未再發生一起掉焦滅火事故。

(2) 鍋爐低負荷穩燃能力有所提高，對現在使用的煤種(煤種發熱量4500～6000 kCal/kg)適應性提高。原來低負荷穩燃能力在190 t/h，改造后試驗時鍋爐在不投油穩定運行情況下的最低負荷達135 t/h。

(3) 飛灰可燃物指標同比降低。雙套制粉運行方式下，飛灰含碳量下降2.46 %；單套制粉運行方式下，飛灰含碳量下降3.36 %。此外，鍋爐排煙溫度也同比降低10 ℃左右。

(4) 鍋爐節能效果提高，煤耗降低了2.244 g/kW·h～1.894 g/kW·h，鍋爐效率提高了2.35 %～2.16 %。

4.2 節能效果及經濟效益

燃燒器改造后，每年減少鍋爐掉焦滅火事故投用燃油60 t，節約燃油費用42萬元，減少發電損失94.8萬元，節約標準煤945 t，節約煤費21.73萬元，經濟效益158.53萬元。

4.3 改造存在的問題

對鍋爐燃燒器進行改造時，由于改造位置所限，燃燒器一次風管道彎頭角度偏大，一次風風管在煤粉離心力的作用下易將彎頭磨破，因此需要對易損部位補焊耐磨鋼板來防止漏粉，這增加了成本的投入及檢修維護工作量。

5 結束語

通過使用新型PRP燃燒器，解決了公司270 t/h鍋爐結焦問題，降低了鍋爐飛灰可燃物及排煙溫度，提高了鍋爐燃燒效率，同時降低了氮氧化物的排放，實現了安全穩定運行及節能減排目標，經濟及社會效益良好。