低氮燃燒器優(yōu)化研究

郝哲晶

(大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司，吉林 長春 130031)

低氮燃燒器優(yōu)化研究

郝哲晶

(大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司，吉林 長春 130031)

大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司對一期1號機(jī)組進(jìn)行低氮燃燒器改造。燃燒器投產(chǎn)運(yùn)行后存在燃燒不穩(wěn)定、不充分情況，導(dǎo)致飛灰含渣量、爐渣含碳量偏高，一次風(fēng)速偏高。火焰中心上移導(dǎo)致水冷壁超溫、再熱蒸汽溫度偏高，促使減溫水投入量達(dá)到最大值，嚴(yán)重影響了鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。通過分析機(jī)組主要參數(shù)，制定調(diào)整燃燒器噴口下傾角、接引三次風(fēng)管道、降低一次風(fēng)速等優(yōu)化方法，解決了再熱蒸汽溫度偏高，一次風(fēng)速過高，飛灰、大渣含碳量高等問題。

一次風(fēng)速；燃燒器；再熱蒸汽溫度；優(yōu)化設(shè)計

大唐長春第二熱電有限責(zé)任公司1號鍋爐本體由哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計制造，鍋爐型號為HG-670/140-YM14，為超高壓高溫帶一次中間再熱單汽包燃煤自然循環(huán)鍋爐，與200 MW汽輪發(fā)電機(jī)組成單元制機(jī)組，整體呈∩型布置，鍋爐前部為燃燒室，其四周布滿D60 mm×6.5 mm鰭片式水冷壁，爐膛上方布置D38 mm×4.5 mm前屏過熱器，爐膛出口處布置D42 mm×5 mm后屏過熱器。水平煙道由斜坡水冷壁和側(cè)包墻管道組成，布置了對流過熱器和再熱器熱段，轉(zhuǎn)向室由頂棚和包墻過熱器組成，布置有再熱器冷段、鍋爐后部為豎井煙道，煙道內(nèi)依次布置H型省煤器、煙氣(SCR)脫硝裝置及回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。本鍋爐燃用混煤為干態(tài)排渣煤粉鍋爐。采用角式煤粉燃燒器、四角布置、切圓燃燒方式，配有鋼球磨煤機(jī)及中間倉儲式干燥劑送粉系統(tǒng)。

1 原燃燒系統(tǒng)

1號鍋爐配備4臺鋼球磨煤機(jī)，采用中儲倉、乏氣送粉系統(tǒng)，燃燒方式采用四角、雙切圓、直流噴燃式燃燒方式。每一角燃燒器從上到下布置有上上二次風(fēng)噴口、一次風(fēng)噴口、上中二次風(fēng)噴口、一次風(fēng)噴口、上下二次風(fēng)噴口、二層油噴口、上下二次風(fēng)噴口、一次風(fēng)噴口、下中二次風(fēng)噴口、一次風(fēng)噴口、下下二次風(fēng)噴口及一層油噴口。

燃燒器與水冷壁的連接方式為固定連接，燃燒器與水冷壁噴口管屏焊接在一起，每角燃燒器由恒力彈簧吊架吊掛在鍋爐鋼結(jié)構(gòu)上，運(yùn)行期間燃燒器與水冷壁一起膨脹，由吊架承受，燃燒器不承受煤粉管道等所施加的外力。每層一次風(fēng)噴口配備周界風(fēng)，防止噴口附近結(jié)焦。1、4層為低阻力直流式燃燒器，2、3層為雙通道、自穩(wěn)式通用煤粉燃燒器，燃燒器二次風(fēng)管入口處安裝電動二次風(fēng)門，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)控，通過調(diào)節(jié)二次風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)燃燒器各噴口的配風(fēng)量，以便更好地調(diào)整燃燒。

1.1 燃燒器技術(shù)選擇

根據(jù)1號鍋爐改造前的試驗實測數(shù)據(jù)，1號鍋爐的NOx排放量在538～798 mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)之間，采用最新的低氮燃燒技術(shù)后，將爐膛出口處NOx排放濃度控制在350 mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)以下。本文主要采用空氣分級燃燒和低氧燃燒技術(shù)來降低煙氣中NOx的排放量，在煤粉著火初期階段將濃淡分離燃燒，在揮發(fā)分燃燒階段將二次風(fēng)大角度射入爐膛，形成空氣分級燃燒。如果保證燃燒過程中爐膛內(nèi)的氧氣濃度控制在最佳值，可以大幅度減少NOx的生成量，同時提高煤粉著火初期的火焰溫度，改善燃燒效果[1-2]。

1.2 空氣分級燃燒

空氣分級燃燒技術(shù)將整個爐膛內(nèi)的燃燒過程分為主燃區(qū)域、還原區(qū)域、燃盡區(qū)域3個區(qū)域。煤粉在主燃區(qū)域內(nèi)燃燒，處在缺氧燃燒階段，在燃燒過程中可以有效控制NOx的生成。煤粉在還原區(qū)域內(nèi)處在正常氧量下燃燒，在燃燒過程中，將生成的大量NOx還原為N2。煤粉在燃盡區(qū)域內(nèi)燃燒，前期未燃盡的煤粉經(jīng)過燃盡區(qū)后燃盡。通過以上的強(qiáng)化著火、空氣分級燃燒技術(shù)，調(diào)整各二次風(fēng)門開度，有效調(diào)整燃盡風(fēng)的風(fēng)量、角度等，使得爐膛處在最佳氧氣濃度下運(yùn)行，使?fàn)t膛內(nèi)溫度更加均勻，可以避免爐膛局部高溫，提高著火初期爐膛內(nèi)火焰溫度，保證鍋爐燃燒效率，在鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，各主要參數(shù)達(dá)到設(shè)計值，保證爐膛出口處NOx排放濃度在350 mg/m3(標(biāo)態(tài)、干基、6%O2)以下。

1.3 水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)

在燃燒器入口彎頭處安裝濃淡分離設(shè)備，將一次風(fēng)分成濃、淡兩股，濃側(cè)煤粉靠近火焰中心，形成高濃度煤粉缺氧燃燒，可在一定程度上抑制NOx生成；淡側(cè)煤粉遠(yuǎn)離火焰中心，由于煤粉濃度適當(dāng)，可以迅速著火，更多的氮隨著揮發(fā)分一起釋放，焦炭中的氮大量減少，可以減少NOx生成量。在一次風(fēng)噴口處布置周界風(fēng)，周界風(fēng)氣流進(jìn)一步強(qiáng)化水冷壁附近的氧化性氣氛，并強(qiáng)化“風(fēng)包粉”的特性，可防止結(jié)渣和水冷壁高溫腐蝕[3]。改造中一次風(fēng)口標(biāo)高維持原值不變，不涉及輸粉管道改造，燃燒器的一次風(fēng)火嘴主體、濃縮器葉片、燃燒器周界風(fēng)噴口的材質(zhì)應(yīng)耐高溫、耐磨損，主要設(shè)備及附件材料表見表1。

表1 主要設(shè)備及附件材料

2 存在問題

a. 1號機(jī)組在運(yùn)行期間一次風(fēng)噴口風(fēng)速較高，最高時達(dá)到42 m/s，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計值。就地測量的一次風(fēng)風(fēng)管、噴口風(fēng)速與DCS系統(tǒng)顯示的數(shù)值偏差較大。一次風(fēng)速與二次風(fēng)速的匹配混合不準(zhǔn)確，導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒推遲，火焰中心上移，導(dǎo)致前屏、后屏過熱器壁溫超溫。

b. 機(jī)組運(yùn)行期間爐膛內(nèi)的燃燒情況不穩(wěn)定，煤粉燃燒不充分。燃燒完成后的灰渣取樣，經(jīng)測試得出飛灰含渣量2.31%，爐渣含碳量2%～4%。

c. 機(jī)組運(yùn)行期間預(yù)熱器出口處的排煙溫度偏高，最上層燃燒器噴口無法正常投入運(yùn)行，對應(yīng)的4號排粉機(jī)無法長時間運(yùn)行，由于上層給粉機(jī)不能正常運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組負(fù)荷達(dá)不到85%BMCR工況，影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

3 改造效果

a. 更換新的一次風(fēng)噴口，增大一次風(fēng)噴口面積，重新核算一次風(fēng)與二次風(fēng)配比。將煤粉濃縮器中間擋板拆除，重新布置擋板位置。

b. 在原燃燒器上上二次風(fēng)位置加裝三次風(fēng)噴口，并對三次風(fēng)進(jìn)行下傾角15°處理。

c. 三次風(fēng)切圓大小改為D200 mm，4層燃燒器1、2、3、4角切圓大小改為D200 mm；3層燃燒器1、3角切圓D388 mm，2、4角切圓D450 mm；2層1、3角切圓D388 mm，2、4角切圓D450 mm；1層4個角為等離子點(diǎn)火裝置，1、3角切圓D388 mm，2、4角切圓D450 mm。

4 改造效果

改造前主汽流量為450 t/h時，甲側(cè)再熱減溫水投入量最大為10.2 t/h；當(dāng)主汽流量為500 t/h時，乙側(cè)再熱減溫水投入量最小達(dá)到3.8 t/h。改造后主汽流量為400 t/h時，甲側(cè)再熱減溫水投入量最大達(dá)到3.7 t/h；當(dāng)主汽流量為500 t/h時，乙側(cè)再熱減溫水投入量最小達(dá)到1.1 t/h。說明改造后的整體減溫水投入量比改造前有所減少，最大降低減溫水投入量為7.5 t/h，有效提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和安全性。

改造前一次風(fēng)速平均為43.2 m/s，2號噴口風(fēng)速最大48.03 m/s，5號噴口風(fēng)速最小36.61 m/s。改造后一次風(fēng)速平均為24.8 m/s，2號噴口風(fēng)速最大26.65 m/s,3號噴口風(fēng)速最小20.7 m/s。說明在三次風(fēng)全開的情況下，一次風(fēng)速大幅下降，可降低18.4 m/s，可以達(dá)到熱風(fēng)送粉的一次風(fēng)速范圍[4-5]，使一次風(fēng)與二次風(fēng)的配比更加合理，煤粉在爐內(nèi)充分燃燒，降低了飛灰含渣量及爐渣含碳量。

5 結(jié)論

a. 增大一次風(fēng)噴口面積、加裝三次風(fēng)管道，對降低一次風(fēng)速起到了作用，改善一次風(fēng)與二次風(fēng)配比，拆除煤粉濃縮器中間擋板，縮短了著火時間，優(yōu)化了爐內(nèi)的燃燒情況，使飛灰含渣量及爐渣含碳量降低。

b. 燃燒器各角切圓調(diào)整優(yōu)化，并對三次風(fēng)進(jìn)行下傾角處理，使火焰中心向下移動，再熱器吸收的熱量比改造前減少，解決了壁溫超溫、減溫水噴水量大的問題。

c. 經(jīng)優(yōu)化，最上層燃燒器可以正常投入運(yùn)行，機(jī)組可以在85%BMCR工況下穩(wěn)定運(yùn)行，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

[1] 梁 川，宋淑霞．燃煤電廠大氣污染物治理措施[J]．東北電力技術(shù)，2015，36(5)：54-56．

[2] 高 明．低氮燃燒及煙氣脫硝國內(nèi)外研究現(xiàn)狀[J]．廣州化工，2012，40(7)：17-18．

[3] 鐘 勇．華能井岡山電廠300 MW鍋爐低氮燃燒改造研究[D]．北京：華北電力大學(xué)，2012：8-10．

[4] 葉江明．電廠鍋爐原理及設(shè)備[M]．2版.北京：中國電力出版社，2008：3-7．

[5] 王秋林，晏忠良，毛玉海．1 021 t/h鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用[J]．東北電力技術(shù),2006,27(1)：9-11．

Research on the Low Nitrogen Burner Optimization

HAO Zhejing

(Datang Changchun Second Thermal Power Co.，Ltd.，Changchun,Jilin 130031, China)

Datang Changchun Second Thermal Power co., Ltd. transforms #1 unit.It has been modified low NOxburner.The project completion after two months running from October amd after combustion condition is not stable and combustion is not full.It leads to fly slag.Slag containing carbon and primary air speed are on the high side.Flame center up leads to water wall temperature which goes up and reheat steam temperature on the high side which contributed to such problems as the inputs to maximize reduce warm water,seriously affects the safe and economic operation of the boiler.The analysis of through #1,the unit for more than a month of main parameters on the performance set to burner nozzle is moved down.Method of getting through gets three times.The wind pipe to primary air speed solves the reheat steam temperature on the high side, primary air speed too fast, fly ash and slag containing carbon.

primary air speed；low NOxburner；the temperature of reheater；optimal design

TM621.2

A

1004-7913(2017)10-0023-03

郝哲晶(1983)，男，碩士，工程師，從事鍋爐檢修維護(hù)工作。

2017-05-12)