1000 MW超超臨界鍋爐低氮燃燒器升級改造分析

趙 欽，崔曉光，李 冬

（國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇泰州 225327）

0 引言

某電廠一期2×1000 MW 超超臨界燃煤發電機組，配有哈爾濱鍋爐廠生產的HG-2980/26.15-YM2 型超超臨界一次中間再熱變壓運行直流鍋爐。該型鍋爐采用П 型布置、單爐膛，反向雙切圓燃燒方式，配備PM 燃燒器+MACT 燃燒系統，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁。

一期機組并分別于2007 年、2008 年投入商業運行。為進一步降低鍋爐排放煙氣中氮氧化物（NOx）含量，于2012 年和2013 年由國電龍源公司對該鍋爐燃燒器進行了低氮改造。改造后，鍋爐排放煙氣中NOx含量得到有效降低（SCR 脫硝反應器入口NOx含量在180～200 mg/m3），但是鍋爐水冷壁區域高溫腐蝕明顯加劇，容易引發爆管，嚴重影響了鍋爐的安全穩定運行。因此，在配風調整試驗的技術基礎上，于2018 年對鍋爐低氮燃燒器再次進行了升級改造。

1 燃燒器升級改造前鍋爐概況

燃燒器低氮改造后經歷一個小修周期，檢查發現水冷壁存在較嚴重高溫腐蝕現象，同時水冷壁存在一定的變形狀況。高溫腐蝕存在區域：前墻2#、3#角、后墻5#、8#角左右側（圖1）。高溫腐蝕高度方向：SOFA 底端到F 磨。

圖1 水冷壁發生嚴重高溫腐蝕的區域位置示意

對水冷壁高溫腐蝕的成因進行分析后認為，由于燃燒器及二次風噴咀布置呈矩形，造成爐內空氣動力場呈雙橢圓形分布，致使部分高溫煙氣進入2#、3#、5#、8#角附近區域，導致該區域煙氣溫度、CO 和H2S 體積分數偏高，O2體積分數較低。采用空氣分級燃燒技術后，主燃燒器區域風量進一步降低，加劇了2#、3#、5#、8#角附近區域的缺氧程度，致使H2S 體積分數進一步升高，從而加劇了高溫腐蝕[1]。

2 燃燒器升級改造目標和改造方案

在保證原鍋爐低NOx效果基礎上，本次對低氮燃燒器升級改造，主要是解決主燃燒器區域至燃盡風區域高溫腐蝕的問題。

基于現場實際情況，參考其他電廠同類型1000 MW 鍋爐低氮燃燒器改造的工程經驗，本次低氮燃燒器升級改造的原則為：①鍋爐現有受熱面的布置以及相應的熱力參數能夠滿足燃用現運行煤質的要求；②A—A 風燃燒器更換，適當降低燃盡風率，同時A—A 風噴口管屏、部分A—A 風道更換；③主燃燒器更換全部的一次風噴口及部分二次風噴口。

本次升級改造，用M-PM 燃燒器+SOFA 燃燒器+偏置周界風取代原有的燃燒系統（雙尺度+偏置二次風+SOFA 燃燒器），具體改造方案如下：

（1）主燃燒器風箱不動，燃燒器由垂直濃淡燃燒器改為MPM 燃燒器，原燃燒器中濃淡煤粉風室更改為M-PM 燃燒器及二次空氣風室。由于空間尺寸的要求，將M-PM 燃燒器上下側的DUMMY 風室打開，和M-PM 風室合并，解決M-PM 燃燒器尺寸變大而出現空間不足的問題。

（2）根據實際計算以及M-PM 燃燒器配風要求，對原有的二次風噴口進行封堵或少量更換。

（3）更換A—A 風燃燒器，適當減小A—A 風燃燒器區域的風量，更換A—A 風噴口管屏及部分A—A 風道。

（4）保持原有的等離子燃燒器以及大油槍不變。

（5）煙道增加阻流板，平衡前后墻與爐膛內壓力，爐膛火焰分布更加均勻。

M-PM 燃燒器的研發目標是進一步減少在噴嘴出口火焰生成的NOx，從而降低分離燃盡風風量，相對提高主燃燒器區域的過量空氣系數，有利于降低爐膛硫腐蝕風險及減少未燃碳損失[2]。

改造前后燃燒器的結構如圖2 所示。

3 燃燒器升級改造后燃燒調整試驗

該電廠1#鍋爐經過本次升級改造后進行了不同負荷工況下的燃燒調整試驗。燃燒調整試驗情況如下：

圖2 改造前后的燃燒器

3.1 500 MW 運行調整

500 MW 運行ABDE 磨時總體運行良好，兩側NOx分別為195 mg/Nm3和165 mg/Nm3，省煤器出口CO 兩側均在20×10-6以下。貼壁氛圍測量結果見表1。

表1 500 MW 運行調整時貼壁氛圍測量結果

500 MW 運行ABCD 磨時，水冷壁有部分點超溫，主要是在后墻，前墻2#、3#角壁溫也較高，在降低過熱度后壁溫有所緩解，調整二次風門偏置后，后墻超溫點恢復正常，前墻也在報警值以下，再熱汽溫受制于壁溫提升緩慢，但也可以達到591 ℃左右，主汽溫可達到600 ℃。此時NOx為188 mg/Nm3和165 mg/Nm3，省煤器出口CO 均在20×10-6以下（表1）。

3.2 750 MW 運行調整

750 MW 運行總體良好，主汽溫和再熱汽溫能達到600 ℃左右，NOx兩側為152 和125 mg/Nm3，經過調整后省煤器出口CO平均值能達到100×10-6左右。此時貼壁氛圍測量結果見表2。

表2 750 MW 運行調整時貼壁氛圍測量結果

3.3 1000 MW 運行調整

實際調整期間負荷在950 MW 左右，初始階段運行ABDEF磨，燃盡風水平擺角處于初始位置，此時CO 較高，壁溫前墻部分點溫度偏高。然后將燃盡風調整至最大反切狀態進行調整，調整至反切狀態后鍋爐運行狀態觀察并未有明顯變化（表3）。此時NOx在200 mg/Nm3左右，省煤器出口CO 處于波動狀態，平均在400×10-6左右。

表3 1000 MW 運行調整時貼壁氛圍測量結果

當采用ABCDE 下五臺磨運行時，在壁溫不超溫的情況下，主汽溫度再熱汽溫度均能達到600 ℃左右，此時NOx兩側在208 mg/Nm3和168 mg/Nm3左右，省煤器出口CO B 側偏高，兩側平均在500×10-6左右。

采用BCDEF 上5 臺磨運行，運行負荷900 MW，經過調整，主汽溫度和再熱汽溫度能達到600 ℃左右，兩側NOxDCS 顯示為210～220 mg/Nm3左右（實測比DCS 顯示低約20 mg/Nm3），省煤器出口CO 在100×10-6左右（表3）。

3.4 升級改造后存在的問題

低氮燃燒器再次升級改造后目前運行存在的主要問題是5#、8#角貼壁氛圍CO 明顯偏高，從燃燒調整來看，加強5#、8#附近風量會導致切圓向前墻偏移，導致前墻壁溫尤其是2#、3#角附近壁溫較高，貼壁氛圍CO 和壁溫互相矛盾，進行燃燒調整難度較大，需要進行進一步精細調整。一次風調整有一定效果，但并不顯著。需要在今后的運行過程中繼續摸索。

4 結語

某電廠一期2×1000 MW 超超臨界燃煤鍋爐低氮燃燒器升級改造后，通過不同負荷工況下燃燒試驗，確認在保證原鍋爐低NOx效果基礎上，有效緩解了主燃燒器區域至燃盡風區域高溫腐蝕問題。經過近一年來的運行觀察，鍋爐能夠穩定、環保、經濟運行。本次升級改造為其他燃煤電廠的低氮燃燒器升級改造具有一定的參考借鑒意義。