660 MW机组锅炉尾部烟道防磨技术工艺优化改造.pdf

50doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.10.011应用能源技术2023年第10 期（总第310 期）660MW机组锅炉尾部烟道防磨技术工艺优化改造苏小松（贵州能源集团电力投资有限公司，贵州贵阳550 0 8 1）摘要：文中针对某6 6 0 MW机组锅炉尾部烟道在运行过程中面临高温高速烟气及飞灰颗粒的冲刷，长期以来存在的磨损问题，提出锅炉尾部烟道采用新型的扩口烟风道结构进行优化，同时采用飞灰大颗粒捕捉技术，将捕捉到的大颗粒飞灰向外输送，减少飞灰对催化剂烟道壁的磨损的改造方案，优化改造实施后初步运行结果表明，脱硝系统烟气中的飞灰粒径明显减小，经性能考核试验结果得出，由省煤器灰斗及粗颗粒捕集装置的收灰率由5%提升至2 6.5%，脱硝还原剂液氨消耗量下降10%，脱硝系统阻力下降2 2 4Pa,空预器差压下降50 0 Pa。通过此次的工艺优化改造烟道内件及催化剂的磨损问题得到根本性改善，为机组的安全性提供了有力保障。关键词：尾部烟道；防磨技术；颗粒捕集；脱硝系统中图分类号：TM621Optimization and Retrofit of Wear-resistant Technologyin the Tail Flue of 660 MW Unit Boiler(Guizhou Energy Group Power Investment Co.Ltd.,Guiyang 550081,China)Abstract:This paper addresses the issue of wear in the tail flue of 660 MW unit boiler,caused bythe erosion of high-temperature,high-speed flue gas and flying ash particles during operation.Theproposed solution involves optimizing the boilers tail flue by adopting a novel expansion-type fluegas duct structure.Simultaneously,a technology for capturing large-sized fly ash particles isemployed to transport the captured large particles externally,reducing wear on the catalyst and fluewall.Preliminary operational results after the optimization and retrofitting indicate a significantreduction in fly ash particle size in the flue gas from the denitrification system.Performanceassessment test results show that the ash collection rate from the economizer ash hopper and coarseparticle collection device increased from 5%to 26.5%.Additionally,the ammonia consumption fordenitrification decreased by 10%,the resistance of the denitrification system decreased by 224 Pa,and the differential pressure of the air preheater decreased by 500 Pa.This process optimization andretrofitting have fundamentally improved the wear issues in the internal components and catalyst of theflue,providing strong assurance for the safety of the unit.Key words:tail flue;wear-resistant technology;particle capture;denitrification system0引言随着全球能源结构的不断调整和清洁能源技收稿日期：2 0 2 3-0 6 11修订日期：2 0 2 3-0 7-19作者简介：苏小松（19 8 8），男，本科，工程师，从事火力发电厂生产检修管理、项目建设管理等工作。文献标志码：ASU Xiaosong术的迅速发展，火力发电厂作为传统能源的主要代表，面临着提高能效、减少排放的双重压力I1-2)。在这一背景下,6 6 0 MW超临界机组因其较高的热效率和较低的污染排放成为火电行业文章编号：10 0 9-32 30(2 0 2 3)10-0 0 50-0 52023年第10 期（总第310 期）的主流选择。然而,随着这些大型机组的广泛应用,其运行中的耐磨问题也逐渐凸显,尤其是锅炉尾部烟道的磨损问题成为影响安全稳定运行的关键因素。锅炉尾部烟道在机组运行过程中承受着高温、高速和含有硬质颗粒的烟气直接冲刷，长时间的磨损会导致烟道壁的损坏,甚至可能引发烟道泄漏、效率降低和停机维修等严重后果 3。因此,提高烟道的防磨性能,延长其使用寿命,已成为火电行业迫切需要解决的问题。目前,虽然市场上存在多种防磨材料和工艺,但是由于锅炉尾部烟道的特殊工作环境和磨损特点，这些传统方案往往难以满足长期运行的要求 4。此外，错误的防磨材料选择和工艺应用可能导致维护成本增加,机组效率降低,甚至影响整个发电系统的安全性 5。因此,本研究针对6 6 0 MW机组锅炉尾部烟道的特点，通过科学的磨损机理分析和现场实际运行数据评估,提出了一套针对性的防磨技术工艺优化方案。期望通过改造升级，可以有效提升烟道的耐磨性能，减少停机维修次数,降低运营成本,并最终实现机组运行的高效和可靠。1设备概述某电厂#2 机组为6 6 0 MW超临界燃煤发电机组，锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司制造的HG-2141/25.4-YM16型超临界锅炉，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、超临界变压运行，带内置式不带再循环泵大气扩容式启动系统的直流锅炉，采用全钢结构构架，高强螺栓连接，受热面呈“II”型布置方式，炉膛上部布置分隔屏，水平烟道中布置有末级过热器、末级再热器；后烟道有中间隔墙，竖井前部布置水平低温再热器、立式低温再热器，竖井后部布置水平低温过热器、立式低温过热器和省煤器。后烟道下部布置有两台三分仓再生式回转空气预热器。锅炉采用新型切圆燃烧方式，主燃烧器布置在水冷壁的应用能源技术四面墙上,每层4只燃烧器对应一台磨煤机,SO-FA燃烧器布置在主燃烧器区上方的水冷壁的四角，以实现分级燃烧降低NOx排放。锅炉尾部安装SCR烟气脱硝装置，每台机组设2 台脱硝反应器,布置在省煤器与空预器之间。SCR烟气脱硝工艺,脱硝反应器布置在锅炉省煤器和空气预热器之间,不设省煤器高温旁路系统。在锅炉正常负荷范围内,SCR系统人口NOx按照浓度不大于450mg/m设计，超低改造后，反应器出口NOx浓度不高于50 mg/m、氨逃逸小于3L/L。脱硝装置设计进口烟气参数见表1。表1脱硝装置设计进口烟气参数项目烟气流量/(m/h)温度/压力/PaCO,/%02/%N./%H,0/%灰/（g/m)NOx/(mg/m)SO2/%2现状及原因分析2.1运运行现状该电厂锅炉燃用煤为当地的洗混煤，煤质发热量低、灰分高，煤燃烧后产生的烟气中含尘量高且粒径较大。锅炉脱硝装置采用选择性催化还原（SC R）系统,还原剂为氨气,脱硝反应器采用三层模式布置，反应器布置在锅炉省煤器和空预器之间,烟气由上向下垂直流向蜂窝催化剂。脱硝装置运行后，因煤质及燃烧方面的问题，飞灰粒径分布明显偏粗,且因烟气存在较严重的偏流、设计流速偏高等问题,从历次催化剂检查结果看，两侧反应器入口烟气偏流情况严重且流速高（满负荷时孔内流速超过6 m/s）,在反应器内部前后方向上烟气分布也不均匀，烟气含尘量高及偏流严重，造51数值1 968 350360-142 320.953.5270.035.1962.364500.3152成脱硝反应器内催化剂不均匀磨损,局部催化剂磨损严重甚至产生贯穿式磨损如图1所示,形成烟气直通通道，部分氨气未参与反应就直接排出，生成硫酸氢氨后,加剧空预器和布袋等设备结垢、糊袋堵塞,降低了机组的经济性和安全性。催化剂机械寿命未达到使用期限要求。因此,迫切要应用能源技术对锅炉尾部省煤器至脱硝装置进口烟道进行优化设计，降低进入脱硝反应器烟气中的烟尘浓度或流速，并使进人脱硝催化剂的烟气流场均匀，减轻脱硝装置催化剂磨损，从而延长其使用寿命，提高脱硝装置运行可靠性和经济性,降低生产成本。2023年第10 期（总第310 期）图1烟道及催化剂贯穿式磨损图2.2原因分析该电厂原脱硝烟道及催化剂磨损的原因主要包括以下方面：（1）煤质及燃烧原因,灰粒径明显偏粗，导致冲刷性增强；(2)省煤器出口烟道流速高，经校核，满负荷时,接口位置流速为2 2 m/s,第一级扩口处，烟气流速为2 0 m/s;(3）竖直烟道截面，满负荷时烟气流速约15 m/s,设计流速正常;(4)反应器顶部烟道及导流板布置不合理，烟气人射催化剂的角度偏斜较大，造成了催化剂的加速磨损；(5)因粉尘惯性与烟气的差异，即使烟气流速分布较均匀，粉尘在催化剂表面的分布仍不均匀。当烟气流速的高速区域与粉尘高浓度区域重叠时,将造成较为严重的局部磨损通过优化设计和改造，在校核煤质下，尽可能在锅炉尾部省煤器出口烟道及脱硝人口烟道中捕捉和收集粗颗粒灰,并对脱硝系统烟气流场进行优化,尽可能均布催化剂入口断面的速度分布和粉尘浓度分布，在不扩大反应器截面的条件下，减轻烟道、催化剂的整体磨损，延长催化剂使用时间至机械使用寿命24000h以上，氨逃逸率不大于2.5mg/Nm。3优化改造方案3.1关键技术设计一种可以使速度分布均匀的扩口烟风道结构，该结构可扩大省煤器出口烟道截面并加装粗颗粒灰捕捉装置，提高省煤器灰斗处的粉尘收集能力；对省煤器出口烟道处的燃气燃烧器，加装高温烟气分配管，实现高温烟气较均匀的喷入主烟道；根据现场条件，尽量扩大脱硝人口水平烟道截面，并优化导流板布置，降低流速的同时，解决烟气偏流问题；在脱硝竖直烟道加装适当的烟气混合器,加强氨与烟气的混合的同时,对粉尘浓度进行均布；对竖直上升烟道转水平烟道的弯头及反应器入口顶部烟道及导流板进行优化改造，尽可能提高催化剂入口截面速度分布均匀性，减小烟气人射催化剂与竖直方向的夹角；对省煤器输灰系统进行优化升级改造,采用先导式输灰技术，满足尾部烟道改造后捕捉的大颗粒灰输送需求，2023年第10 期（总第310 期）输送量提高至45/h运行工况条件下，气耗降低50%以上；对电除尘人口的烟道及导流板进行优化,均布进入电场的速度场和灰量；加装相关平台，校核原有钢结构，必要时进行加固等工作。3.2改造方案扩大省煤器出口烟道截面（两侧各增加一个灰斗宽度）,并在水平烟道布置两级烟气导流板，降低流速的同时,解决烟气偏流问题；在省煤器灰斗上方加装粗颗粒灰捕捉装置，提高省粗颗粒灰收集能力；脱硝竖直烟道加装烟气混合器强制氨与烟气的混合的同时,对粉尘浓度进行均布；对竖直上升烟道转水平烟道的弯头及反应器入口顶部烟道及导流板进行优化改造，尽可能提高催化剂人口截面速度分布均匀性，减小烟气人射催化剂与竖直方向的夹角；对省煤器输灰系统进行优化升级改造，采用先导式输灰技术，满足尾部烟道改造后捕捉的大颗粒灰输送需求，输送量提高至45 t/h;校核原有钢结构,并进行加固等工作。具体实施改造方案如下：一是新加装粗灰装置。在原来省煤器灰斗上方加装小收灰斗共计156 个，并在其上方安装屋脊导灰板；对省煤器输灰系统进行优化升级改造，采用先导式输灰技术，满足尾部烟道改造后捕捉的大颗粒灰输送需求,输送量提高至45t/h,满足灰量增大后的输送需求。二是省煤器灰斗上方桁架改造。由于省煤器脱硝燃烧器影响，原来对应燃烧器桁架基本高温变形,每年停机都必须进行处理,本次将对应燃烧器部分的桁架全部更换成了310 S或SUS304不锈钢材质；其他部分加固及防磨。三是省煤器出口水平烟道改造。A/B侧烟道各扩展1个灰斗的宽度（约3.5m,新增加的灰斗通过落灰管至空预器出口烟道），直接至脱硝水平入口烟道第二个膨胀节；为解决脱硝燃烧器投运时烟道内烟气温度偏差大，在第一个膨胀节应用能源技术前布置了一组烟气强制混合器；为均布烟气,膨胀节之间两组烟气导流板（分别为2 0 块、40 块）；烟道扩宽后,原来A/B侧各两个膨胀节更换，其中第一个膨胀节前省煤器出口烟道进行了抬高处理；原来脱硝入口水平转弯烟道利旧。四是脱硝入口竖直烟道改造。为保证氨/氮混合效果，将喷氨格栅下移1.5米并修复磨损部分,并将原安装在之前的混合器拆除，在之后安装新的烟气混合器五是脱硝顶部反应室改造。将反应室顶盖整体下移,结合三分区喷氨对原转弯烟道处导流板优化改造（10 块），尽可能提高催化剂入口截面速度场分布均匀性。本项目经过前期的充分准备，在机组开展小修期间进行了全面实施，经过一段时间的运行观察，对炉尾部烟道均流优化及大颗粒捕捉改造实施效果进行了评价，系统优化改造后运行正常，效果良好，达到设计要求。4改造的效果省煤器出口烟道内加装“A-V-T型粗颗粒飞灰预脱除装置，并采用了“旋转交叉混合与等阻法流速均布”技术，对比改造前结果。根据改造前后收集参数对比和现场测试，实施改造后可捕捉约占总灰量2 7%的粗灰，绝大部分的粗灰被直接收集、输送至空预器出口，通过烟气NO浓度、温度测试数据分析，新增混流器、均流板效果显著,机组满负荷下,氨逃逸率控制在2.1ppm左右;空预器差压稳定在1.1kPa左右；布袋除尘器差压在8 0 0 Pa以内。文中选取6 6 0 MW工况下对比改造前后流场均布情况如下：(1)改造前机组SCR装置A、B侧出口NOx浓度分布相对标准偏差为6 7.1%和6 8.3%；改造后SCR出口 A侧NOx分布相对标准偏差为32.8%,B侧NOx分布相对标准偏差为35.1%；(2)改造前SCR平均氨逃逸浓度3.5ppmA/B侧最大值分别为4.1ppm/4.3ppm；改造后5354SCR平均氨逃逸浓度2.1ppm，A/B侧最大值分别为 2.8 ppm/2.9 ppm。(3)机组6 6 0 MW负荷下，实测从省煤器出口水平烟道至脱硝出口水平烟道之间的静压差，改造前为19 9 1Pa,改造后为116 7 Pa,脱硝系统阻力下降2 2 4Pa。5结束语本文针对某6 6 0 MW机组锅炉尾部烟道防磨技术工艺优化改造，改造方案及效果如下：在省煤器出口烟气挡板下方加装“粗颗粒捕捉装置”，降低烟气流速的同时，大幅度提高烟气中高粉尘颗粒的捕捉率，尤其是提高了粗颗粒的捕捉率。省煤器出口水平烟道扩容，降低烟气流速，对扩口烟道进行改造，导流板优化，确保烟气流速扩口后依然均匀。将脱硝反应器入口前竖直烟道分为3个分区，并加装分区混合器，可显著提高氨氮混合均匀性,也可将粉尘进行均布,提高粉尘在催化剂入口断面的均匀性。对反应器人口烟道、顶盖及导流板进行优化，提高催化剂入口断面速应用能源技术度分布均匀性，减小烟气人射催化剂的角度。因省煤器烟道扩容,其下方各新增1个灰斗，对灰斗进行改造,增加其对灰的捕捉能力。因大幅度提高了原省煤器烟道的收灰效率,灰斗的灰量也将大幅度提高。原气力输灰系统已无法满足此灰量的输送，对省煤器输灰支线进行改造以满足灰量增大后的输送要求,校核原有钢结构,并进行加固。参考文献1李海燕，刘欢，王阁义，等.锅炉受热面的冲蚀磨损与防护综述 J.中国腐蚀与防护学报,2 0 2 3,43(5):957 970.2陶林,杨秀军，聂怀平.煤粉锅炉磨损问题分析与研究 J.锅炉制造,2 0 2 3(2):16-17,2 1.3尉君.6 6 0 MW超临界CFB锅炉受热面常见问题分析 J.设备监理,2 0 2 3(1)：37-39,58.4侯万林.循环流化床锅炉防磨技术的探讨 J.能源科技,2 0 2 1,19(3):6 4-6 7.5李成.锅炉新型防磨技术应用 J.今日制造与升级,2 0 2 3(7):8 6 -8 8.2023年第10 期（总第310 期）