煤粉鍋爐摻燒火炬氣技術(shù)的探討及應(yīng)用

石敏

摘 要：燃煤鍋爐進(jìn)行摻燒火炬氣改造，要求新增燃?xì)馊紵骱箦仩t能夠兼顧煤粉獨(dú)立運(yùn)行、煤氣混合運(yùn)行及燃?xì)猹?dú)立運(yùn)行功能，滿足燃煤及燃?xì)鈸綗r的任意轉(zhuǎn)換并保證鍋爐安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞： 鍋爐;燃煤;燃?xì)?摻燒

引言

為了減低電廠煤耗，電廠將原有通過(guò)火炬燃燒排放的火炬氣通入煤粉鍋爐燃燒，利用了火炬氣的燃燒熱值產(chǎn)生蒸汽，既降低了鍋爐煤耗量，又利用鍋爐尾部的煙氣處理裝置對(duì)火炬氣燃燒產(chǎn)物中的氮氧化物和二氧化硫進(jìn)行處理，達(dá)到了環(huán)保排放的要求。

1 工程概況

某熱電廠鍋爐為220 t/h高壓煤粉爐，鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)、Π形布置的固態(tài)排渣煤粉爐，鍋爐前部為爐膛，四周采用膜式水冷壁，爐膛出口處布置屏式過(guò)熱器，水平煙道裝設(shè)兩級(jí)對(duì)流過(guò)熱器，爐頂、水平煙道轉(zhuǎn)向室及尾部包墻均采用膜式管包敷。尾部豎井煙道中交錯(cuò)布置兩級(jí)省煤器和兩級(jí)空氣預(yù)熱器。鍋爐采用平衡通風(fēng)、切圓燃燒，燃燒器為角式直流式燃燒器，正四角切向布置，假想切圓為φ800mm，采用鋼球磨中間儲(chǔ)倉(cāng)，乏氣送粉系統(tǒng)。

鍋爐主要參數(shù)如表 1所示。

燃煤資料如表 2所示。

火炬氣資料如表 3所示。

2 燃燒器改造技術(shù)方案

改造要求：1.增加火炬氣燃燒器，要求火炬氣單獨(dú)運(yùn)行、燃?xì)馀c煤粉摻燒運(yùn)行鍋爐參數(shù)達(dá)標(biāo);2.保留原來(lái)煤粉燃燒器功能不變，純煤工況鍋爐參數(shù)達(dá)標(biāo)。

根據(jù)原有鍋爐、燃燒器結(jié)構(gòu)，燃燒器沿用四角切圓布置，綜合考慮新增火炬氣燃燒器布置原煤粉燃燒器上部和下部。整個(gè)燃燒器共9層噴口，其中C層及E層為煤粉燃燒器，A層和G層為火炬氣燃燒器，B、D、F層為二次風(fēng)，H層為低位燃盡風(fēng)，J層為高位燃盡風(fēng)。此種布置方式，燃燒器結(jié)構(gòu)緊湊，現(xiàn)有設(shè)備改動(dòng)小，操作運(yùn)行方便。為了避免燃?xì)鉄嶝?fù)荷集中，燃?xì)馊紵鞣稚舷聝蓪樱?只/單臺(tái)爐。每只燃?xì)馊紵骶瑟?dú)立控制運(yùn)行，單只燃燒器負(fù)荷調(diào)解比1：5，鍋爐負(fù)荷可以通過(guò)調(diào)整單只燃?xì)馊紵髫?fù)荷，以及投運(yùn)燃?xì)馊紵鲾?shù)量組合調(diào)整，實(shí)現(xiàn)寬負(fù)荷調(diào)整。

燃?xì)夂腿济和瑫r(shí)混燒運(yùn)行時(shí)，燃?xì)庵鹂欤绻滹L(fēng)不合理，易形成燃?xì)鈸屟酰斐擅悍壑鹜七t。燃?xì)鈸綗赡軒?lái)兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)：1.煤粉噴口區(qū)域還原性氣氛增加，帶來(lái)燃燒器區(qū)域結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn);2.火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高，減溫水量增加。為此燃?xì)馊紵鞑扇∵h(yuǎn)離煤粉燃燒器布置，且采用多只分散式布置，運(yùn)行中有條件的采用多槍分散熱負(fù)荷的運(yùn)行方式;為防止結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn)，適當(dāng)減小燃燒器切圓。

改造后的燃燒器布置如下圖：

3 流場(chǎng)模擬驗(yàn)證

為了評(píng)估摻燒火炬氣后對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響，采用流場(chǎng)模擬（CFD）鍋爐運(yùn)行工況。根據(jù)改造要求，假定了4種運(yùn)行工況進(jìn)行模擬，工況定義及模擬數(shù)據(jù)摘錄如下：

Case1：鍋爐全負(fù)荷工況;

Case2：氣、煤混燒，上層燃煤，下層燃?xì)猓瑲狻⒚罕雀髡?0%;

Case3：氣、煤混燒，上層燃?xì)猓聦尤济海瑲狻⒚罕雀髡?0%;

Case4：純氣燃燒（70%鍋爐BMCR）。

通過(guò)數(shù)值模擬可以看出，火炬氣燃燒器投運(yùn)后爐膛出口煙氣溫度較鍋爐全煤工況接近;爐膛出口氧量與改造前接近;由于燃?xì)馓匦裕瑺t膛出口CO明顯下降;混燒工況下NOx的排放基本持平，上層燃?xì)鈸綗龝r(shí)NOx排放數(shù)值高于下層摻燒，運(yùn)行中需要調(diào)整配風(fēng)。

4 增設(shè)燃燒器后操作運(yùn)行思路

4.1純?nèi)济汗r

純?nèi)济汗r與原燃煤運(yùn)行方式一致，火炬氣層不投運(yùn)，保持上、下層火炬氣二次風(fēng)噴口通有一定冷卻風(fēng)保護(hù)噴口。

4.2燃煤、火炬氣混燒工況

在鍋爐投入火炬氣前，需要燃煤運(yùn)行穩(wěn)定后逐步摻燒火炬氣。燃煤穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷超過(guò)60%鍋爐額定出力（約130t/h蒸汽出力）時(shí)可以逐漸投入火炬氣。根據(jù)鍋爐出力、金屬壁溫、汽包水位、減溫水量等控制火炬氣摻燒量，煤粉量相對(duì)應(yīng)調(diào)整。

根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整需要，加負(fù)荷時(shí)先增加二次風(fēng)，再增加火炬氣量，控制爐膛出口氧量在3—5%。降低負(fù)荷時(shí)則先減少火炬氣量，待氧量升高后再調(diào)整二次風(fēng)。

4.2.1火炬氣投入具備條件：

（1）啟動(dòng)燃燒器前先確認(rèn)所有設(shè)備均正常工作（可以做啟動(dòng)試驗(yàn)）。

（2）鍋爐摻燒煤氣系統(tǒng)投入使用條件：鍋爐爐膛正常燃燒，二次風(fēng)投入運(yùn)行，二次風(fēng)壓力高于1.2Kpa，爐膛出口溫度在大于600℃。

4.2.2煤氣系統(tǒng)投入操作：

（1）投運(yùn)前吹掃：先打開(kāi)氮?dú)獯祾呤謩?dòng)閥門（主管路閥門、疏水閥均保持關(guān)閉狀態(tài)，其他所有閥門打開(kāi)），放散吹掃管路10分鐘左右，然后關(guān)閉所有吹掃放散閥門。

（2）燃燒器投入：先逐步開(kāi)大燃?xì)馊紵鞫物L(fēng)手動(dòng)門，投入二次風(fēng)。其次打開(kāi)火炬氣管路所有手動(dòng)閥門，確定主管火炬氣壓力及溫度是否正常，正常情況下打開(kāi)主管氣動(dòng)快關(guān)閥，調(diào)整火炬氣調(diào)節(jié)閥，將火炬氣投入鍋爐爐膛，可通過(guò)觀火孔查看火炬氣燃燒情況。投入時(shí)燃燒器對(duì)稱投入，防止產(chǎn)生熱偏差。

（3）調(diào)節(jié)負(fù)荷操作：根據(jù)鍋爐負(fù)荷調(diào)整需要，加負(fù)荷時(shí)先現(xiàn)增加二次風(fēng)，再增加火炬氣量，控制爐膛出口氧量在3—5%。降低負(fù)荷時(shí)先減少火炬氣量，待氧量升高后再調(diào)整二次風(fēng)。

操作注意事項(xiàng)：急劇增加或減小空氣量，都會(huì)導(dǎo)致燃燒異常，甚至熄火，所以對(duì)火炬氣和空氣的調(diào)節(jié)量不能過(guò)大，必須分幾次反復(fù)操作;

4.2.3燃燒器停止運(yùn)行：

（1）降低火炬氣系統(tǒng)出力，將火炬氣調(diào)節(jié)閥逐步降低到10%;

（2）關(guān)閉火炬氣母管氣動(dòng)閥及母管手動(dòng)閥;

（3）打開(kāi)吹掃閥吹掃管路10分鐘;

（4）關(guān)閉吹掃閥;

（5）關(guān)閉火炬氣調(diào)節(jié)閥;

（6）關(guān)閉燃燒器前手動(dòng)閘閥。

4.2.4 滅火保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)：

當(dāng)燃燒器正常投入使用后，鍋爐保護(hù)初步定值如下：

MFT動(dòng)作時(shí)，快關(guān)閥動(dòng)作快速切斷火炬氣;

火炬氣壓力低時(shí)要快速切斷焦?fàn)t煤氣;

爐膛出口溫度低要快速切斷火炬氣;

二次風(fēng)壓低時(shí)要快速切斷火炬氣;

二次風(fēng)口處爐膛壓力高時(shí)要快速切斷火炬氣。

4.2.5 火炬氣快關(guān)閥要考慮以下閉鎖：

二次風(fēng)壓力高于一定值后方可打開(kāi);

爐膛溫度高于一定值時(shí)方可打開(kāi);

火炬氣壓力高于一定值時(shí)方可打開(kāi)。

為避免熱負(fù)荷過(guò)于集中，燃煤火炬氣摻燒時(shí)，避免相鄰兩層燃煤和火炬氣大功率同時(shí)運(yùn)行，例如：下層燃煤投運(yùn)時(shí)，優(yōu)先采用上層火炬氣;上層燃煤投運(yùn)時(shí)，優(yōu)先采用下層火炬氣。

4.3純火炬氣工況

當(dāng)燃煤出力小于30%鍋爐額定出力（約66t/h蒸汽量），且火炬氣出力大于50%鍋爐額定出力（約110t/h蒸汽量），建議停用煤粉，鍋爐進(jìn)入純火炬氣工況。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)燃?xì)鈸綗募夹g(shù)可行性論證，燃煤鍋爐摻燒火炬氣在技術(shù)上可行。目前本工程項(xiàng)目已經(jīng)成功投運(yùn)，摻燒效果及環(huán)保指標(biāo)都正常，各種工況組合有待進(jìn)一步實(shí)際運(yùn)行驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]JBT 4194-1999 鍋爐直流式煤粉燃燒器制造技術(shù)條件.

[2]JBT 10440-2004 大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計(jì)規(guī)范.

[3]鍋爐原理及計(jì)算（第二版）科學(xué)版1992.

[4]TSG11-2020《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》.