600MW超臨界鍋爐低NOX燃燒器及燃燼風系統的改造與安裝

張 磊，陸正裕，王 一，徐 春，劉 武

（浙江大唐烏沙山發電有限責任公司，浙江 象山 315722）

大唐烏沙山發電廠3號爐是哈爾濱鍋爐廠有限責任公司引進英國三井巴布科克能源公司（Mitsui Babcock Energy Limited）鍋爐技術設計、 制造的超臨界參數鍋爐，最大蒸發量為1 890t/h。鍋爐采用墻式對沖燃燒方式，30只低NOX軸向旋流燃燒器（LNASB）前后墻對沖布置，前墻最下層5只燃燒器安裝等離子體點火裝置。在最上層旋流燃燒器上方，前、后墻各布置1層燃燼風口，每層布置5只，共10只。自投運以來，雖然鍋爐效率能達到保證值，但存在NOX排放量較高、燃燒器易磨部件磨損嚴重、鍋爐燃燒器區域結焦現象時有發生等問題。

1 鍋爐改造方案

從機組運行的安全性和經濟性出發，經過綜合考慮，對鍋爐作如下改造：

（1）將除等離子燃燒器外的25只LNASB的一次風組件更換為中心給粉燃燒器一次風組件。

（2）在鍋爐原燃燼風上方新增1層燃燼風裝置。前、后墻各新增5臺燃燼風裝置，共10臺，采用內直流、外旋流的進風方式。

2 改造出現的問題及解決方法

2.1 避免水冷壁管受損

因在原燃燼風箱上方新增了1層燃燼風箱，需拆除原燃燼風箱上方的吹灰器，并在水冷壁上開口，安裝時采用火焊割除水冷壁鰭片及水冷壁管。由于鍋爐長期運行，爐膛內水冷壁表面附有氧化皮，因割管前未考慮到此因素，導致割管時爐內切割火焰偏斜，部分爐內水冷壁管損傷。發現這一問題后，提出2種解決方案：

（1）用砂輪切割水冷壁。此方案雖可保證不割傷臨近水冷壁管，但割管速度較慢。

（2）先打磨要切割的水冷壁管表面的氧化皮，再用火焊切割。此方案割管速度較快，但仍有割傷水冷壁管的風險。

為確保不再割傷水冷壁管，最終采用第一種方案。

2.2 解決部分水冷壁鰭片過寬的問題

烏沙山發電廠鍋爐下部水冷壁采用螺旋管圈型式，規格為Φ38×6.5 mm，鰭片寬度15 mm。水冷壁以屏狀安裝焊接，2屏水冷壁焊接處的鰭片寬度有所不同，部分鰭片寬達30～40 mm。燃燼風改造需在水冷壁上開口，焊接帶喉口的水冷壁管屏，如圖1所示。而設計的新水冷壁管屏鰭片寬度都是15 mm，導致對口焊接時有部分水冷壁管錯口而無法焊接。因此在安裝中采用了如圖2所示的彎曲部分水冷壁管、改變鰭片寬度的方法，使水冷壁鰭片寬度對應。

圖1 帶喉口的水冷壁管屏

圖2 修改后的水冷壁管屏

2.3 前墻安裝空間狹小

鍋爐爐后空間較大，可先安裝風箱再安裝燃燼風燃燒器。而爐前中間的爐水循環泵和左側的爐水出口管道及最小流量管與新增燃燼風箱高度相同，導致爐前左側空間十分狹小。因此，安裝時將風箱前部框架從中間割開，從前墻右側將風箱組件吊入左側，等燃燼風燃燒器安裝完成后把另半面框架對接焊好，再逐個安裝風箱及燃燼風燃燒器。

2.4 水平剛性梁底部保溫澆注受阻

新增燃燼風箱安裝在原燃燼風箱上部，以原燃燼風箱上蓋為底，風箱上蓋的高度超出了水平鋼性梁的底部，如圖3所示。安裝時將水平剛性梁與水冷壁上的張力板焊接，并以鉸接的方式圍繞水冷壁四周，防止水冷壁晃動。風箱安裝后，因鋼梁下方的風箱無法保溫，導致鋼性梁超溫，影響運行安全。因此，在水平鋼性梁中心處等距離開挖了10個200 mm×400 mm的孔，如圖4所示，開孔后先用硅酸鋁針刺氈將風箱與水冷壁間較大的縫隙塞嚴，再在風箱上鋪1～2層50 mm厚的硅酸鋁針刺氈，最后進行輕質保溫材料澆注，保溫總厚度不低于200 mm，澆注后將剛性梁開口打坡口焊接密封。

圖3 風箱上蓋高出剛性梁

圖4 剛性梁上開孔示意

3 改造后存在問題

鍋爐改造后，NOX排放量大幅降低，取得預期的改造效果。但由于設計時間緊迫，考慮不周全，運行時現場設備存在部分安全問題。

（1）新增燃燼風箱上蓋較高，與上方的電纜盒距離較近，風箱散發出的熱量影響電纜的安全性，夏季尤其明顯。

（2）新增燃燼風箱上方的剛性梁散熱性差，剛性梁向兩側膨脹量增加，使水冷壁受到的應力增大，同時影響剛性梁強度。

（3）爐前側新增燃燼風箱與爐水循環泵及其出口管道之間的空間較小，給爐水循環泵和管道閥門的檢修帶來不便。

（4）新增燃燼風風箱位于原燃燼風風箱上方，風道彼此獨立，新增燃燼風風道與原燃燼風風道之間距離為300 mm，當2個風道之間的軟連接損壞時，更換或修補比較困難。

（5）因安裝過程中產生誤差，新增風道上的吊點位置與鍋爐斜梁距離較近，吊桿位于鍋爐斜梁內側，與斜梁間的距離僅約20 mm，吊點不能在風道的膨脹節上移動，鍋爐運行時，吊桿隨風道向兩側膨脹，吊桿受斜梁阻礙，間接阻擋了風道膨脹。

4 結語

烏沙山發電廠3號爐為國內首臺完成低氮旋流燃燒器及燃燼風系統改造的超臨界600MW鍋爐，氮氧化物排放濃度由改造前的500 mg/m3降低到180 mg/m3（折O2=6%），降低幅度達70%，飛灰可燃物含量、排煙溫度、鍋爐熱效率與改造前基本相同，鍋爐運行穩定，也未出現燃燒器噴口結渣、燒壞或變形的現象。