300_MW燃煤锅炉低氮燃烧器改造结渣治理优化研究_孙广府.pdf

第2期300 MW燃煤锅炉低氮燃烧器改造结渣治理优化研究孙广府，杨文超，付乔，刘建航（国家能源集团菏泽发电有限公司，山东 菏泽274032）摘要：某电厂4号锅炉低氮燃烧改造后，炉膛烟温偏高，高负荷工况易出现结渣、掉渣现象，容易发生主汽温、再热汽温升高，减温水量增大等现象，甚至造成受热面管壁超温爆管事件发生。此外，排烟温度升高，严重影响机组升降负荷能力，大渣块掉落时影响捞渣机的安全运行，引起锅炉灭火。针对当前存在的问题，在已经完成锅炉低氮燃烧器改造基础上，进一步优化制粉系统和炉膛配风调整运行措施，减少锅炉结渣现状，保证机组运行的稳定性，提高了经济效益。关键词：“W”型火焰锅炉；低NOx改造；结渣；运行调整中图分类号：TM621.2文献标识码：B文章编号：2096-7691（2023）02-041-03基金项目：国家能源集团山东电力有限公司2022年度科技创新研究项目（E656600005）作者简介：孙广府（1973），男，助理工程师，现任职于国家能源集团菏泽发电有限公司，主要从事企业综合管理工作。Tel：18753005976，E-mail：引用格式：孙广府，杨文超，付乔，等.300 MW燃煤锅炉低氮燃烧器改造结渣治理优化研究 J.能源科技，2023，21（2）：41-43，84.0引言当前，火电厂污染物排放控制问题，已日益受到人们的关注和重视1。某发电厂4 号锅炉没有进行低氮改造前燃烧技术相对落后，氮氧化物排放存在超标现象，尽管已经在锅炉尾部增加烟气脱硝装置，但由于喷氨量大，易造成空预器频繁堵灰，再加上烟气脱硝深度运行，给锅炉运行带来不利影响。锅炉采用北京巴威公司“W”型火焰锅炉低氮燃烧技术进行改造2，改造后频繁出现结渣、落渣问题，不仅给锅炉安全运行带来影响，同时严重损害锅炉的使用寿命。通过对低氮燃烧器改造后结渣严重进行研究，针对300 MW“W”型火焰锅炉的特性，通过调整低氮燃烧器，合理调整燃尽风、乏气风、分级风风门开度等措施，达到锅炉结渣现象减轻或消失的效果，提高了锅炉蒸汽参数，机组运行经济效益显著。1锅炉基本情况4 号锅炉是由英国巴布科克公司制造，为单汽包、单炉膛、平衡通风、一次中间再热、燃煤、半露天式布置、再热器温度热风注射控制、亚临界参数的自然循环锅炉3。锅炉为负压运行，“W”型火焰，如图1所示。炉膛前、后两侧火拱处各布置3 组直流下射狭缝式喷燃器，每组有4 只煤粉喷嘴、1 支油枪，二次风间隔布置，乏气风在靠下前后炉墙侧注入4。一次风一次风二次风二次风21 m看火孔21 m看火孔三次风三次风12 m看火孔12 m看火孔炉底注入风图1“W”型火焰锅炉2低氮燃烧器改造针对锅炉原燃烧系统存在的问题，在不影响锅炉总体性能的前提下，降低4 号锅炉NOx排放值，采取的主要措施有：（1）提高主燃烧稳定性，将乏气风引到锅炉火拱下方处，如图2所示。（2）更换新型低氮燃烧器及煤粉分离装置。第21卷 第2期Vol.21 No.22023年4月Apr.2023第2期孙广府等：300 MW燃煤锅炉低氮燃烧器改造结渣治理优化研究21 m看火孔21 m看火孔12 m看火孔12 m看火孔炉底注入风一次风一次风二次风二次风燃尽风燃尽风乏气风乏气风三次风三次风图2低氮改造（3）进行空气分级，降低主燃烧区的氧量。（4）提高一次风气流刚性，提高下炉膛的充满度，提高煤粉停留时间、NOx还原反应时间。（5）提高分级风刚性，提高分级风对火焰后期的托举与混合5。（6）磨煤机分离器改造，使煤粉达到改造输入条件。（7）重点解决中低负荷时NOx排放浓度高的问题。为降低炉底热风对下炉膛燃烧区域氧量的影响，在设计时，经过多个负荷的设计计算，保证各负荷下炉底热风占总风量6%6。中低负荷多余的炉底热风从燃尽风送入炉膛，维持主燃区的化学当量，保证中低负荷的NOx排放。为防止结渣，设有前后墙贴墙风。燃烧方式为直吹前、后下射，在炉膛内形成“W”型火焰。4 号锅炉在2020年4月进行了低氮改造，将原直流下射狭缝式喷燃器更换为中心风旋流燃烧器，乏气风下移；增设燃尽风及翼墙风，对原拱下三次风进行改造，更换为圆形分级风喷口；将原旋风式煤粉浓缩器更换为弯头式或分离式煤粉浓缩器。3锅炉运行存在的问题锅炉运行过程中经常存在掉渣现象，炉膛负压在400 Pa以内波动，火焰电视变黑，火检信号剧烈闪动，并伴有压力下滑，汽包水位大幅波动，同时造成炉底除渣系统卡死、停运、限负荷等7。2020年9月，4 号锅炉落大渣，炉膛冒正压，达到+1 100 Pa；10月7日，4 号锅炉再次落大渣，炉膛冒正压达到+980 Pa。从现场看火孔观察，后左侧上层看火孔（18 m处2 号角）无法正常观察；后右侧上层看火孔（18 m处3 号角）部分被堵，其他看火孔未见异常。4锅炉结渣原因分析（1）锅炉原设计用85%+15%的无烟煤和半无烟煤。由于煤炭市场原因，符合设计要求的燃煤采购困难，而燃煤掺配缺乏指导，再加上高压再热器后炉膛温度偏高，造成炉膛温度大于灰的熔化温度，见表1、表2。表14 号锅炉低氮燃烧改造设计煤种（以锅炉原设计煤种为校核煤质）项目Car/%Har/%Oar/%Nar/%St，ar/%Mt/%Aar/%Vdaf/%Qnet，ar/（kJkg-1）改造设计煤质56.882.414.960.861.665.927.3215.8621 870表2低氮燃烧器设计数据（按设计煤种BMCR100%锅炉负荷）项目磨煤机出口风温/二次风温/磨煤机入口风温/一次风速（喷口）/（ms-1）中心风风速/（ms-1）二次风速（外环）/（ms-1）拱上二次风喷口风速/（ms-1）乏气风速/（ms-1）分级风风速/（ms-1）一次风率/%二次风率/%调温风率/%炉膛漏风/%数值14036028318.532304918.54519.7973.655.740.82（2）增设卫燃带致使炉膛温度过高。4 号锅炉低氮燃烧器改造时，在炉膛拱部及垂直墙部分增加卫燃带，面积达320 m2，致使炉膛温度过高。通过看火孔测量240 MW300 MW负荷时炉膛燃烧区温度普遍在1 450 1 550。（3）锅炉配风不合理。拱上风率达85%，拱下用于分级燃烧送入的风率仅占15%，且喷口处成组布置，易衰减。分级风风门开度过大，造成防焦风风量过小，在炉膛处易结焦。42第2期（4）制粉系统通流面积发生变化，一次风风速偏高，一次风粉比发生变化，火焰长度不合适，存在一次风气流冲击对侧水冷壁现象。同时，炉内空气动力场气流配置不合理，造成火焰中心偏斜，炉膛燃烧区域热负荷不平均，未完全燃烧的煤粉颗粒黏结在水冷壁的卫燃带上面，积聚造成结渣。乏气风开度过小，拱上下行气流过弱，在冷灰斗处易结渣。（5）调节方式影响。改造后由于整体燃烧后移、卫燃带面积大等原因造成主汽温、再热汽温度偏高，减温水量较大，排烟温度增加、飞灰含碳量增加，通过风量调整造成燃烧区欠氧加剧，造成主燃烧区结渣加剧。5优化调整措施（1）从源头上加强燃料管理，采购适合锅炉特性的燃煤，灰的熔点不能过低，通过科学掺配，使入炉煤挥发分不大于19%，及时了解入炉煤的特性。根据实际情况合理调整配风，掌握煤块粒度及煤粉细度，对于含硫化铁黏结性强及灰分大的煤应及时打渣清渣。（2）4号锅炉正常负荷下，及时调整风量大小，保证燃烧稳定的条件下氧量控制在2.53.5，升负荷时须先调整风量，避免低氧燃烧，造成结渣和飞灰、炉渣可燃物含量偏高。（3）控制制粉系统出口温度保持在130 155，保持一定的给煤量。煤质较差时，适当增加风量，保证燃烧区氧量充足，防止欠氧燃烧8。（4）在保证磨煤机不漏粉的前提下，适当提高磨料位，维持磨料位50%以上，保持较低的一次风压，增加一次风的带粉量。低负荷时若磨一次风量偏低，可适当开启旁路风，以防止一次风流量过低造成满磨漏粉或一次风管堵塞。（5）正常情况下，SOFA燃尽风摆角应保持在30%50%，底部风开度不宜超过30%，保证分级燃烧对各阶段氧量需求，防止燃烧中后期发生欠氧燃烧加剧结渣。（6）动态分离器频率在2030 Hz，保证煤粉在有限的时间内燃烧充分，减少飞灰含碳量和炉渣含碳量，若煤质较差、一次风压较高，带负荷困难时，可适当降低分离器频率。（7）低负荷或2 台磨煤机运行时，个别管壁温度偏高，应注意各受热面金属壁温，发现有超温趋势，适当减少风量，降低汽温水平，防止壁温超限。（8）加强巡回检查，经常查看除渣系统运行状况、出渣情况和渣样变化（每班不少于2 次）。发现炉膛掉大渣时，应立即停止除渣系统运行，并通知炉检到场协助处理，以防止渣块掉落卡坏捞渣机。（9）若磨料位或氧量等表计不准确，应及时录入缺陷，通知热工优化校验，保证主汽温、再热器减温水门工作正常，保证各主汽温、再热汽参数正常，见表3。表34 号锅炉优化调整运行方式项目机组负荷/MWSCR入口表盘氧浓度平均值/%燃尽风门开度/%二次风门开度/%拱上二次风门开度/%分级风门开度/%燃烧器旋流叶片开度/（）燃烧器中心风开度/（）试验工况最低飞灰值/%工况高负荷3003.0257070100304510.72中负荷2403.520608080304510.19低负荷1804.01550806030457.23在低负荷3 台磨煤机运行工况下，由于一次风率高，NOx生成量增加，氧量可适当降低0.2左右，同时燃尽风开度可增加10%。对于磨风量控制，由于目前没有准确的料位显示，在现有基础上磨煤机通风总量整体增加10%，实现控制低料位运行。6结语通过对设备改造和试验，提高了锅炉运行的经济性和安全性。经过对低氮燃烧器改造调试优化，减少了锅炉结渣发生概率，提高了安全可靠性，为“W”型火焰锅炉超低排放改造后结渣严重问题提供了解决方案。参考文献：1焦海荣.燃气锅炉低氮燃烧器改造技术的推广与应用 J.中国电力企业管理，2021（33）：95.2刘建航，王志.“W”型亚临界燃煤锅炉汽温调节优化研究 J.能源科技，2021，19（1）：56-60.3李娟，杨杰.“W”型火焰锅炉低氮燃烧优化改造 J.电力安全技术，2016，18（6）：40-43.4王彦菊，刘建航，杨志杰，等.300MW燃煤锅炉低氮燃烧器改造及试验研究 J.山东电力高等专科学校学报，2021，24（4）：57-61.5高志成.电站锅炉结渣研究及预防 D.保定：华北电力大学，2002.6闫东海，刘建航.300MW燃煤机组低NOx改造后运行调整优化分析 J.国网技术学院学报，2020，23（5）：25-27.7孙启政.彭城电厂320MW机组低氮燃烧器及脱硝改造分析 D.北京：中国矿业大学，2021.8宋绍伟，邱现堂，杨真学，等.“W”火焰锅炉炉膛负压波动大的原因分析与对策 J.中国电力，2006（8）：45-48.（下转第84页）43第2期Application and Development of Modular Operation Technology for20 000 t Heavy Haul Trains on the Shuohuang RailwayWANG Pu(CHN Energy Shuohuang Railway Development Co.,Ltd.,Suning,Hebei 062350)Abstract:Scale operation of 20 000 t trains wash launched in the Shuohuang railway in 2016.With the increase of the total weight and number of trains,the trains have to experience exponential increase in the longitudinal force,thus leading to serious operation problems,such as detaching coupler separation,failure ofcoupler and draft gears for rolling stock,an