沙角C電廠3號(hào)鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)化調(diào)整

劉小赟

廣東省東莞市虎門(mén)鎮(zhèn)沙角C電廠

火電廠大氣污染物排放要求越來(lái)越嚴(yán)，特別是《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB13223-2011）發(fā)布后，大部分國(guó)內(nèi)早期投運(yùn)的火電廠都著手進(jìn)行鍋爐低氮燃燒改造，以達(dá)到新的NOX排放要求，或者是降低鍋爐尾部煙氣脫硝（SCR）裝置入口濃度。低氮燃燒改造是一種經(jīng)濟(jì)有效的減排方法，是燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)。低氮燃燒技術(shù)目前主要采用各種低氮燃燒器加上不同形式分離燃燼風(fēng)（SOFA）組合方式。但因現(xiàn)場(chǎng)改造緣故，鍋爐的具體形式、參數(shù)特性、改造綜合目標(biāo)不同，選擇的具體方案也有所不同，即使是相同的改造方案，改造后運(yùn)行方式、優(yōu)化調(diào)整不同也會(huì)造成不同的結(jié)果。有針對(duì)性的改造方案和改造后的運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整在鍋爐低氮燃燒改造項(xiàng)目中起到至關(guān)重要的作用。

1 改造前鍋爐特性

沙角C電廠3×660MW機(jī)組為亞臨界壓力、一次中間再熱、單汽包、控制循環(huán)、四角切圓燃煤鍋爐。配置6臺(tái)HP983中速磨煤機(jī)，采用帶波紋鈍體WR型燃燒器，上層布置了OFA、OFB兩層緊湊燃燼風(fēng)。

1.1 爐膛尺寸小。爐膛寬深高為19.558m×16.4325m×56.995m,容積為15485m3，爐膛容積熱負(fù)荷為112KW/m2，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷為1.33×103KW/m2。無(wú)論是在爐膛截面上還是在爐膛高度上，均遠(yuǎn)小于同類(lèi)600MW機(jī)組的爐膛，爐內(nèi)結(jié)焦現(xiàn)象較嚴(yán)重。

1.2 燃煤煤種范圍較廣。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為澳大利亞進(jìn)口煤、校核煤種為神府東勝煤，近幾年燃燒的煤種還有神華、印尼、內(nèi)蒙伊泰、山西平煤、俄羅斯煤等，在燃燒器改造前NOX的排放濃度在400～750mg/Nm3之間變化，煤種變化時(shí)甚至達(dá)到800mg/Nm3以上。

1.3 再熱汽溫偏低。改造前再熱汽溫通常比設(shè)計(jì)10～15℃，過(guò)熱器減溫水流量在90t/h左右，而且爐膛左右煙溫偏差較大。

2 改造綜合目標(biāo)及技術(shù)特點(diǎn)

鑒于鍋爐特性，首先要保證鍋爐效率，在各種煤種下燃燒穩(wěn)定，改善煙溫偏差、提高再熱汽溫等總和目標(biāo)，不能過(guò)份追求很低的NOX排放。加上若最后要達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)NOX小于100mg/Nm3的新排放標(biāo)準(zhǔn)，最終還是要在尾部煙道加裝SCR脫硝裝置，因此低氮燃燒改造的NOX排放目標(biāo)定在300～350mg/Nm3為宜。

2.1 側(cè)墻對(duì)沖燃燼風(fēng)系統(tǒng)布置方式

改造最大的技術(shù)特點(diǎn)是側(cè)墻對(duì)沖燃燼風(fēng)布置方式，在主燃區(qū)37.7m標(biāo)高處，左右側(cè)墻各布置4個(gè)SOFA風(fēng)口，見(jiàn)圖1。總的SOFA風(fēng)比例在20%～30%范圍可調(diào)，該布置方案很好地解決了原爐膛高度不夠，若在四角增加兩層SOFA風(fēng)口造成與爐管屏底距離太近的問(wèn)題。噴口可水平和垂直方向均可±15°角擺動(dòng)，這樣可控制燃燼風(fēng)的流向、流量和速度，更好地控制燃燼風(fēng)的偏轉(zhuǎn)的分布，有助于對(duì)CO、未燃盡碳、排煙溫度和氧量的控制，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的減排方案的同時(shí)，不會(huì)影響燃燒效率。

圖1 側(cè)墻對(duì)沖SOFA風(fēng)置

2.2 強(qiáng)化著火型直流燃燒器

把原來(lái)波紋鈍體WR型燃燒器改成如圖2所示的強(qiáng)化著火型直流燃燒器。該設(shè)計(jì)利用流線型穩(wěn)定火焰，在噴嘴流道中間設(shè)置兩片機(jī)翼型流線板，作為火焰穩(wěn)定器。燃燒器的內(nèi)、外罩殼的四角都采用圓形弧度結(jié)構(gòu)，氣流的擴(kuò)張角變小，一次風(fēng)剛度增加，避免煤粉在噴嘴的堆積，同時(shí)內(nèi)罩殼及分隔板都隱蔽在噴口內(nèi)，這有利于避免爐膛的熱輻射，該燃燒器具有噴口處不易結(jié)渣，不易燒壞變形的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)燃燒器輕便、擺動(dòng)靈活，不易卡澀。

圖2 強(qiáng)化著火型直流燃燒器

2.3 控制底層CO生成

增加底層二次風(fēng)口水平調(diào)節(jié)功能，見(jiàn)圖3。目的是通過(guò)優(yōu)化調(diào)節(jié)減少該區(qū)域CO形成,從而改善水冷壁的結(jié)焦和水冷壁腐蝕問(wèn)題。

圖3 底層二次風(fēng)口

3 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整

低氮燃燒改造后運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整非常重要，整個(gè)過(guò)程要覆蓋機(jī)組實(shí)際運(yùn)行時(shí)的不同負(fù)荷、不同煤種，機(jī)組安全性、經(jīng)濟(jì)性、各技術(shù)參數(shù)達(dá)到最優(yōu)的同時(shí)，鍋爐出口NOx排放盡可能達(dá)到最小。

3.1 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整過(guò)程

通過(guò)鍋爐不同負(fù)荷（100%ECR、75%ECR、50%ECR）共30個(gè)不同工況調(diào)整測(cè)試，對(duì)運(yùn)行氧量、SOFA風(fēng)擋板開(kāi)度、SOFA風(fēng)噴口水平及垂直擺角、底部二次風(fēng)水平擺角、配風(fēng)方式、風(fēng)箱爐膛壓差、制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式等參數(shù)的調(diào)整，尋求最佳的鍋爐運(yùn)行工況，將鍋爐效率維持在較佳水平并控制煙氣NOX、CO排放量及爐膛出口煙溫偏差均在較低水平，為今后經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供依據(jù)。表1為100%負(fù)荷下不同制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式試驗(yàn)記錄(試驗(yàn)煤種：A、C磨澳大利亞煤，B、D、E磨伊泰煤，F(xiàn)磨優(yōu)混煤)。

表1 100％負(fù)荷不同制粉系統(tǒng)投運(yùn)方式試驗(yàn)記錄表

3.2 運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整分析

從優(yōu)化調(diào)整的過(guò)程來(lái)看，爐左靠前墻側(cè)2個(gè)SOFA風(fēng)噴口水平擺角向前墻側(cè)偏轉(zhuǎn)+15°、其他噴口水平0°位置、所有AA層二次風(fēng)噴口水平擺角向外側(cè)偏離+10°為各工況綜合效果最佳位置。通過(guò)調(diào)整SOFA風(fēng)口，鍋爐兩側(cè)CO排放接近平衡；在鍋爐滿負(fù)荷BCDEF磨投運(yùn)工況及鍋爐60%-80%工況下，鍋爐再熱汽溫接近平衡。再熱汽溫偏低問(wèn)題有較大改善，過(guò)熱器減溫水量比原來(lái)減少。但在鍋爐滿負(fù)荷A磨投運(yùn)工況及鍋爐低負(fù)荷工況下，SOFA風(fēng)的調(diào)節(jié)并不能夠完全消除兩側(cè)再熱汽溫偏差問(wèn)題。在下臺(tái)機(jī)組的設(shè)計(jì)中，可以加大SOFA風(fēng)噴口水平擺角可調(diào)幅度，從而，最大限度地通過(guò)SOFA風(fēng)噴口水平擺角的調(diào)整消除燃料分配不均帶來(lái)的影響。

3.3 運(yùn)行優(yōu)化方式

經(jīng)過(guò)各工況的調(diào)整試驗(yàn)，得出SOFA風(fēng)擋板開(kāi)度、運(yùn)行氧量、風(fēng)箱-爐膛差壓與負(fù)荷之間最佳運(yùn)行方式如圖4、圖5、圖6。

圖4 SOFA風(fēng)擋板開(kāi)度與負(fù)荷曲線

圖5 運(yùn)行氧量與負(fù)荷曲線

圖6 風(fēng)箱-爐膛差壓與負(fù)荷曲線

4 結(jié)語(yǔ)

沙角C電廠3號(hào)鍋爐低氮燃燒改造克服了原爐膛尺寸小、燃煤煤種廣等困難。通過(guò)改造及后期運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整后，鍋爐主蒸汽、再熱蒸汽溫度正常，煙溫偏差、再熱汽溫偏低問(wèn)題有較大改善。在不同負(fù)荷下，鍋爐NOX排放控制在300mg/Nm3左右，見(jiàn)表2。在達(dá)到降氮效果的同時(shí)，保證了鍋爐燃燒穩(wěn)定和鍋爐效率，達(dá)到良好的綜合效果。

表2 改造后不同負(fù)荷參數(shù)表

[1]王春昌. 低NOX空氣分級(jí)燃燒技術(shù)與鍋爐容量的匹配性研究[J]. 熱力發(fā)電, 2010, 39(5):6-8.WANG Chun-chang. Study on matchability of low NOX staged burning technology for air with the boiler capacity[J].Thermal Power Generation, 2010, 39(5):6-8.

[2]朱利軍. 300MW燃煤鍋爐低氮氧化物燃燒的改造[J]. 廣東電力, 2009, 22(4):64-67.

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