包頭第二熱電廠200MW鍋爐燃燒器改造

潘磊　胡建剛

摘 要：包頭第二熱電廠兩臺200 MW機組鍋爐由于近年來煤質下降、煤質灰熔點低以及鍋爐存在的設計性缺陷，造成爐膛結焦嚴重，并且造成過熱器、再熱器的減溫水量大及壁溫超溫等影響經濟性、安全性的問題。該文以包頭第二熱電廠200 MW機組鍋爐為研究背景，找出導致鍋爐嚴重結焦的問題所在，通過研究分析得到以下結論，在鍋爐原設計條件下，一次風射流軌跡不同程度發生刷墻，引起水冷壁結焦，同時爐膛結焦后壁面溫度提高，又反過來加重結焦，形成惡性循環。

關鍵詞：一次風 結焦 四角切圓

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）06（b）-0021-02

1 設備概況

包頭第二熱電廠200 MW機組鍋爐為DG670/13.7-22型超高壓、一次再熱、自然循環、固態排渣鍋爐，？型布置，設計煤種為煙煤。采用直吹式制粉系統，采用三分倉回轉式預熱器、鋼構架（雙排柱）。過熱蒸汽溫度調節采用兩級給水噴水調溫。再熱蒸汽溫度調節采用煙氣擋板，噴水作為細調措施。

爐膛邊長為12 400 mm×12 080 mm。爐膛高41 m。煤粉燃燒器鍋爐廠原設計采用四角布置切向燃燒、帶周界風的固定式直流燃燒器，一、二次風燃燒器噴口軸線形成的爐內假想切圓的直徑為Φ529 mm和Φ830 mm。每角燃燒器噴口共布置有12層噴口，其中一次風噴口5層，頂二次風噴口1層，其余6層為二次風噴口。燃燒器頂部設置頂二次風噴口（即OFA噴口），OFA噴口反切15度，旨在降低爐內氣流的殘余旋轉，減少爐膛出口處兩側煙溫的偏差。

燃燒制粉系統采用5臺ZGM80G中速磨煤機冷一次風直吹式制粉系統，其中4臺磨煤機運行，1臺備用。設計煤粉細度R90不大于22%。

燃燒器每層風室的入口處均設有二次風門擋板，風門的控制采用層控方式。

2 現狀

包頭第二熱電廠200 MW機組鍋爐自投產以來一直存在嚴重結焦問題，結焦使過熱器超溫、減溫水量比設計值高30%～50%，機組帶負荷能力降低30%～40%，鍋爐燃燒不穩定，結焦、超溫現象嚴重，具體表現在以下幾個方面。

（1）鍋爐爐內結焦嚴重。鍋爐出力低，機組帶負荷能力降低30%～40%，不能滿足生產需要。到2008年8月初機組帶負荷100～130 MW。

（2）高溫過熱器與再熱器管壁溫度偏高，減溫水量比設計值高30-50%，減溫水量已調至極限。

（3）鍋爐燃燒不穩定，發生過數次滅火保護動作（MFT）。

（4）鍋爐熱效率偏低。

3 原因分析

兩臺200MW機組投產以來，存在著全爐膛水冷壁嚴重結焦，爐膛出口煙溫升高，高溫過熱器與高溫再熱器超溫、減溫水量大，鍋爐排煙溫度高等一系列問題。分析原因如下：（1）一次風煤粉氣流的刷墻，引起水冷壁結焦，導致爐膛輻射傳熱量減少，爐膛平均溫度升高，進而爐膛出口溫度隨之升高，對流煙道過熱器與再熱器超溫。（2）一、二次風的分離，造成爐膛混合性能變差，從而燃燒推遲，爐膛火焰中心上移，這是引起屏式過熱器結渣的重要原因之一。（3）導致燃燒器區域水冷壁附近還原性氣氛，降低了灰熔點，加劇爐膛結焦。

4 改造對策

包頭第二熱電廠200 MW機組鍋爐自投產以來一直存在結渣、超溫等問題，嚴重影響機組的經濟性和安全性，針對這些問題，筆者對鍋爐燃燒器的僅將一次風進行反切和燃燒器進行分析、研究，分析鍋爐結渣、超溫的根本原因，從而提出切實可行的改進方案。

4.1 速度場、溫度差數值模擬及分析

按照改造思路，將C層一次風燃燒器噴口移到F層二次風下方，并且在C層一次風燃燒器下方增加一層M層二次風，具體布置情況如圖1所示，這樣可以起到降低燃燒器高寬比作用。

4.2 燃燒器整體重組改造方案布置特點分析

（1）各層一次風射流與各層二次風射流形成相同實際切圓，并處于爐膛合適的中央區域。即爐膛內上下形成直徑相同的柱狀火焰。

（2）一次風射流因不再刷墻，因而當煤灰熔點較高煤時，可解決爐膛結焦，鍋爐可以滿足帶高負荷要求。而當燃用低灰熔點煤時，也能有效緩解爐膛結焦的過程和嚴重程度，較改前有明顯改善。鍋爐運行可靠、安全。

（3）一次風與二次風射流得到充分混合。燃燒器區域燃燒強烈、充分。促進劣質煤的高效燃燒，提高燃燒效率。

（4）燃燒組織合理，結合EI燃燒器著火穩定性強。

（5）在減輕爐膛結焦，提高爐膛傳熱的同時，火焰中心較低，可以降低爐膛出口煙氣溫度，減少過熱器、再熱器減溫水量，提高機組發電效率。

（6）上述改造方案下，滿負荷條件下，爐膛反正切動量流率矩為-0.63，爐膛出口煙溫偏差可以得到有效控制。

5 改造后效果

通過以上的分析，提出了燃燒器的最優化改造方案，并于2009年9月和2010年8月別對兩臺鍋爐進行了改造，改造后使鍋爐的結渣情況得到徹底的解決，增強了機組的帶負荷能力，經濟性和安全性得到了明顯的提高。

2009年7月25日和12月10日分別進行了改造前后性能試驗，燃燒器改造以后，燃用較好煤質具有帶200 MW負荷的能力。而改造前由于鍋爐結渣、超溫，只能在120～150 MW之間運行，鍋爐效率由143 MW負荷時的91.49%提高至200MW負荷時德92.45%。排煙溫度由141.6 ℃下降到129.2 ℃，降低了10 ℃～12 ℃。其它如煙氣中氧量、飛灰可燃物含量、大渣可燃物含量、各項熱損失均有了不同程度的降低。

另外，鍋爐的實際運行情況也有了較大的改善，具體為：（1）爐膛結焦程度較改前顯著減輕。掉焦次數明顯減少。爐膛出口屏過、高過、高再壁溫降低，鍋爐安全性得到提高。（2） 鍋爐燃燒穩定，未發生過MFT。（3）爐膛混合性能提高，改造后運行氧量較改造前降低1.5%～2.0%，從而降低了排煙熱損失。

6 改造后經濟效益

（1）自09年9月4日，鍋爐燃燒器改造完成到2010年2月底，運行總計達6個月4 320 h，增加發電量17 280萬kW·h，按盈利約0.10元/kw·h計，計算得出直接經濟效益為1 728萬元。

（2）由于通過燃燒器改造，鍋爐負荷提高，機組供電煤耗下降，根據計算，提高40 MW電負荷后的供電煤耗可降低6 g/kW·h，結合排煙溫度降10 ℃，鍋爐效率提高0.8%～1%，煤耗降3 g/ kW·h. 綜合煤耗下降9 g/kW·h.，按照平均發電負荷150 MW計算， 6個月的節煤9 769 t（3 900 kCal/kg），折算標煤5 443 t。按照當地煤價150元/t，節省用煤146萬元。

兩項合計1 874萬元。其中未計算入減溫水減少對煤耗的影響及供熱提高效益。目前投資成本已提前收回。

總體來看，燃燒器改造效果良好，經濟效益顯著，達到改造預期目標，為今后同類型機組鍋爐改造提供技術支持，具有較好的借鑒意義。

7 結語

（1）該論文針對200 MW機組鍋爐燃燒器的改造分析方法對同類型鍋爐結渣、超溫等的改造同樣適用，可以根據各自出現的問題分別提出相應的改造方案；對于其它鍋爐的分析改造也有著重要的借鑒意義。

（2）該論文通過對燃燒器改造后，提高了鍋爐的帶負荷能力和燃燒效率，達到了節能降耗的目的，因此該文的研究結果具有較大的推廣應用價值。

參考文獻

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