關(guān)于低氮燃燒器摻燒不同煤質(zhì)的改造

張俊友

(國電重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶400805)

0 概述

國電重慶恒泰發(fā)電有限公司熱電廠2#鍋爐為東鍋生產(chǎn)的DG1025/18.2-Ⅱ4型直流燃煤鍋爐，采用鋼球磨中間倉儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉。燃燒器為水平濃淡式，四角切圓布置，每個(gè)角的燃燒區(qū)域共有15層噴口，并分為上、下兩組，上組每個(gè)角各有8層噴口，其中包括2層煤粉燃燒器、3層二次風(fēng)、2層三次風(fēng)燃燒器和1層燃盡風(fēng)，下組每角各有7層噴口，包括3層煤粉燃燒器和4層二次風(fēng)。

2#鍋爐設(shè)計(jì)燃用煤質(zhì)為本地?zé)熋?，由于近年煤炭市?chǎng)發(fā)生較大的變化，機(jī)組燃用煤質(zhì)隨之變化較大，目前主要燃用劣質(zhì)煙煤和貧煤。煤質(zhì)的變化，嚴(yán)重影響了鍋爐機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。由四川電力調(diào)試所在大修前對(duì)2#機(jī)組的鍋爐效率測(cè)試得出，2#鍋爐改造前的鍋爐效率僅為89.74%，較設(shè)計(jì)值92.5%低2.76%。表1所示為設(shè)計(jì)煤種及校核煤種煤質(zhì)，表2所示模底試驗(yàn)期間的實(shí)際煤種煤質(zhì)。

表1 設(shè)計(jì)煤種及校核煤種煤質(zhì)

表2 摸底試驗(yàn)期間的實(shí)際煤種煤質(zhì)

1 改造方案

1.1 改造前的摸底試驗(yàn)

筆者在2#鍋爐燃燒器改造之前，參與并協(xié)助煙臺(tái)龍?jiān)醇夹g(shù)人員完成了大量針對(duì)2#鍋爐燃燒器綜合改造的摸底試驗(yàn)，現(xiàn)將所作的主要試驗(yàn)的內(nèi)容及結(jié)論整理如下:

1)一次風(fēng)速的標(biāo)定。試驗(yàn)期間燃用混煤，機(jī)組滿負(fù)荷，4臺(tái)制粉系統(tǒng)全部正常運(yùn)行的情況下，各一次風(fēng)速的范圍在22m/s～29m/s，平均為26 m/s。各一次風(fēng)之間風(fēng)速偏差不大，風(fēng)速略微偏高。

2)三次風(fēng)速的標(biāo)定。三次風(fēng)道分為X、Y兩層，測(cè)量其范圍在48m/s～61m/s，平均為54 m/s，接近設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)值為53 m/s)。

3)空預(yù)器漏風(fēng)率測(cè)量。鍋爐在機(jī)組160MW、210MW、300MW負(fù)荷下空預(yù)器的漏風(fēng)率如表3所示。由表3可知，空預(yù)器A側(cè)漏風(fēng)率較大，B側(cè)漏風(fēng)率較小。

表3 不同負(fù)荷下A、B側(cè)空預(yù)器的漏風(fēng)率

4)煤粉細(xì)度測(cè)量。對(duì)A、B、C、D四臺(tái)球磨機(jī)的煤粉細(xì)度進(jìn)行測(cè)定，R90測(cè)試結(jié)果見表4。

表4 A、B、C、D 磨煤機(jī)的 R90值

四臺(tái)球磨機(jī)的煤粉細(xì)度總的平均值為R90=14.7%，接近設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)值為14%)。

5)主、再熱氣溫變化情況。在運(yùn)行習(xí)慣性工況的情況下，160MW、210MW、300MW各工況的主、再熱氣溫如表5所示。

表5 不同負(fù)荷下的主、再熱汽溫度

由表5數(shù)據(jù)可以看出，在低負(fù)荷時(shí)，再熱氣溫偏低(設(shè)計(jì)值為540℃)。

6)鍋爐效率。在運(yùn)行習(xí)慣性工況的情況下，鍋爐在160MW、210MW、300MW負(fù)荷時(shí)的效率見表6(僅修正排煙溫度)。

表6 不同負(fù)荷下的鍋爐效率

因燃用煤質(zhì)與設(shè)計(jì)煤質(zhì)偏差較大，因此對(duì)煤質(zhì)進(jìn)行修正(將目前摻燒的煤質(zhì)修正到設(shè)計(jì)工況下的煤質(zhì))后，鍋爐在各個(gè)工況下的效率如表7所示。

表7 不同負(fù)荷下，對(duì)煤質(zhì)修訂后的鍋爐效率

經(jīng)煤質(zhì)修正后，各個(gè)工況下鍋爐的效率均為89%左右，與修正前的鍋爐效率有較大變化，造成這種變化的主要原因?yàn)樗鶕綗禾嫉拿嘿|(zhì)和設(shè)計(jì)煤種煤質(zhì)偏差較大。

1.2 改造前的燃燒調(diào)整試驗(yàn)

1.2.1 三次風(fēng)對(duì)爐內(nèi)燃燒狀況的影響

1)球磨機(jī)和排粉機(jī)全停工況下的對(duì)比試驗(yàn)

在300MW負(fù)荷下進(jìn)行了4臺(tái)球磨機(jī)和4臺(tái)排粉機(jī)全停工況試驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)的主要目的是考察三次風(fēng)對(duì)鍋爐效率的影響，保持試驗(yàn)之前測(cè)試300MW的基礎(chǔ)工況，停磨停排前、后配風(fēng)方式保持不變，其它運(yùn)行設(shè)備不進(jìn)行大幅操作。

①停磨停排前后鍋爐飛灰及大渣中的可燃物含量、空預(yù)器(只有一個(gè)溫度)后排煙溫度及煙氣中含氧量的變化情況如表8所示。

表8 停磨停排前、后各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比

由表8可見，停磨停排后飛灰中的可燃物含量、空預(yù)器后的排煙溫度及煙氣中的含氧量均大幅降低，大渣中的可燃物含量基本持平。

②停磨停排前、后爐膛內(nèi)的溫度變化情況。在停磨停排前、后分別對(duì)爐膛內(nèi)的溫度進(jìn)行測(cè)量，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)停磨停排后，爐膛內(nèi)主燃燒區(qū)域的溫度有較大幅度的提高，最高溫度由1235℃提高到1348℃(位于爐膛31m附近區(qū)域)，說明了停磨停排后爐內(nèi)燃燒區(qū)域的燃燒更充分。

③停磨停排后鍋爐效率的變化。在停磨停排前后對(duì)鍋爐效率進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果見表9。

表9 停磨停排前、后各鍋爐效率對(duì)比

停磨停排后，鍋爐效率有較大幅度增長(zhǎng)，提高了1.9%。

④停磨停排前后主、再熱氣溫的變化。在300MW負(fù)荷下對(duì)停磨停排前后對(duì)鍋爐主、再熱氣溫進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表10所示。

表10 停磨停排前、后主、再熱汽溫的變化

停磨停排后，主汽溫度及再熱氣溫都有一定程度的降低，表明隨著燃燒區(qū)域燃燒的強(qiáng)化，爐膛火焰中心降低，會(huì)對(duì)主、再熱氣溫造成一定程度的影響。

2)停磨不停排的工況下的對(duì)比試驗(yàn)

在300MW工況下進(jìn)行停磨煤機(jī)不停排粉機(jī)的對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)前先進(jìn)行了300MW的基礎(chǔ)工況測(cè)試，試驗(yàn)過程中將各臺(tái)球磨機(jī)逐臺(tái)停運(yùn)，直至全停，維持該工況穩(wěn)定運(yùn)行1個(gè)小時(shí)以上，期間維持各臺(tái)排粉機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)不變，然后對(duì)該工況進(jìn)行測(cè)試，該實(shí)驗(yàn)的目的是為了考察三次風(fēng)中所攜帶的煤粉對(duì)爐內(nèi)燃燒所產(chǎn)生的影響。

①停磨不停排工況前、后飛灰、大渣可燃物含量、空預(yù)器后排煙溫度、煙氣中含氧量及鍋爐效率的變化，結(jié)果如表11所示(鍋爐效率未經(jīng)過燃料修正)。

表11 停磨不停排前、后各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比

由表11可見，停磨不停排后，飛灰中的可燃物含量大幅減少，排煙溫度變化不大，鍋爐效率顯著提高，共提高2.02%。

②停磨不停排工況前、后主、再熱氣溫的變化。

表12 停磨不停排前、后主、再熱汽溫的變化

由表12可看出，球磨機(jī)停運(yùn)前后，主、再熱氣溫均降低，再熱氣溫下降幅度尤為明顯。

1.2.2 二次風(fēng)配風(fēng)對(duì)比試驗(yàn)

在300MW工況下進(jìn)行了二次風(fēng)配風(fēng)對(duì)比試驗(yàn)，配風(fēng)方式的主要變化為:將各層一次風(fēng)的周界風(fēng)擋板門開度由原來的20%開大到50%，將各層二次風(fēng)擋板門統(tǒng)一開到70%，同時(shí)將燃盡風(fēng)OFA關(guān)小到30%，該配風(fēng)方式主要加強(qiáng)了燃燒器區(qū)域二次風(fēng)的供給。在此過程中，對(duì)兩種工況下的飛灰、大渣可燃物含量、空預(yù)器后排煙溫度、煙氣中含氧量及鍋爐效率進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果如表13所示(鍋爐效率未經(jīng)過燃料修正)。

表13 二次風(fēng)配風(fēng)調(diào)整前、后各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比

由表13可見，配風(fēng)后鍋爐效率有較大提高，大渣中可燃物含量大幅降低。

1.2.3 配煤分層燃燒對(duì)比試驗(yàn)

在300MW負(fù)荷工況下進(jìn)行了煙煤和貧煤分層燃燒方式下的鍋爐效率測(cè)量，并與混煤燃燒方式下的300MW工況進(jìn)行對(duì)比，以確定鍋爐煤炭摻燒的經(jīng)濟(jì)性。

在配煤分層燃燒方式下，燃燒器下兩層半(10只火嘴)摻燒貧煤，上兩層半(10只火嘴)摻燒煙煤，測(cè)得的數(shù)據(jù)如表14所示(鍋爐效率未經(jīng)過燃料修正)。

表14 混煤和分層燃燒工況下各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)比

根據(jù)表14的數(shù)據(jù)可看出，分層燃燒有利于鍋爐效率的提高。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果分析及方案確定

通過對(duì)以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)及現(xiàn)象的分析，可得到以下結(jié)論:

在160MW、210MW、300MW負(fù)荷下測(cè)試的鍋爐效率分別為89.1%、87.8%、87.0%。鍋爐效率均偏低，從試驗(yàn)期間煤質(zhì)情況來看，2#號(hào)鍋爐燃用煤質(zhì)較差，使用現(xiàn)有的燃燒設(shè)備不能使煤粉充分的燃盡，使得飛灰和大渣中的含碳量偏高，這是鍋爐實(shí)際運(yùn)行效率低的主要原因。

從三次風(fēng)下移試驗(yàn)(通過改變球磨機(jī)排粉機(jī)運(yùn)行工況實(shí)現(xiàn))來看，對(duì)本鍋爐而言，無論是三次風(fēng)中煤粉下移還是三次風(fēng)整體下移到主燃燒區(qū)域都能顯著提高鍋爐效率，其中三次風(fēng)中煤粉的下移對(duì)鍋爐效率的影響是主要的，停磨同時(shí)停排粉機(jī)對(duì)比試驗(yàn)?zāi)芴岣咤仩t效率1.9%;停磨不停排粉機(jī)對(duì)比試驗(yàn)?zāi)芴岣咤仩t效率2.02%。由此可見，將三次風(fēng)中風(fēng)、煤粉下移到主燃燒區(qū)域作為改造的主要思路是可取的，同時(shí)應(yīng)該注意的是，三次風(fēng)下移過程中會(huì)造成主、再熱汽溫下降。

從試驗(yàn)期間的實(shí)際情況來看，在各負(fù)荷下運(yùn)行，過熱汽溫基本在535℃以上，主汽溫能達(dá)到運(yùn)行要求，但再熱汽溫偏低。

一次風(fēng)噴口風(fēng)速通過實(shí)測(cè)和換算平均在26m/s左右，風(fēng)速略高，各層一次風(fēng)風(fēng)速偏差不大。

三次風(fēng)噴口風(fēng)速通過實(shí)測(cè)和換算平均在54m/s左右，各層三次風(fēng)風(fēng)速偏差不大。

在鍋爐正常運(yùn)行中，四臺(tái)磨煤機(jī)的煤粉細(xì)度總的平均值為R90=14.7%，該煤粉細(xì)度對(duì)于2#爐燃用煤種來說偏粗，應(yīng)降低煤粉細(xì)度至R90=10%。

采用配煤分層燃燒后，鍋爐效率可提升約0.5%左右。

2 改造方向

針對(duì)以上結(jié)論，我們明確了燃燒器綜合改造的方向，即:

1)針對(duì)實(shí)際煤質(zhì)情況及實(shí)際熱風(fēng)溫度對(duì)現(xiàn)有的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行改造，即一次風(fēng)噴口采用寬鈍體大回流式濃淡燃燒器，強(qiáng)化煤粉初期著火性能及穩(wěn)燃能力。同時(shí)，根據(jù)分層配煤燃燒需求，考慮上下兩組一次風(fēng)噴口選用不同設(shè)計(jì)風(fēng)速以適應(yīng)不同煤種的著火需求:AA層二次風(fēng)噴口適當(dāng)增大，增加托粉風(fēng)量，以減小爐底落渣及降低大渣含碳量;下組燃燒器的中二次風(fēng)噴口適當(dāng)縮小，減少中二次風(fēng)風(fēng)量，使下組燃燒器相鄰一次風(fēng)形成相對(duì)集中入射，以適應(yīng)較差的煤質(zhì)狀況，提高鍋爐的燃燒穩(wěn)定性;同時(shí)，其余二次風(fēng)噴口根據(jù)實(shí)際熱風(fēng)溫度做適當(dāng)調(diào)整，保證噴口二次風(fēng)速，增強(qiáng)二次風(fēng)剛性和穿透能力。

2)將兩層三次風(fēng)中Y層三次風(fēng)下移到兩組燃燒器之間的位置，即24m標(biāo)高左右，保持X層三次風(fēng)位置不變。同時(shí)X層和Y層三次風(fēng)的噴口面積根據(jù)目前三次風(fēng)量做適當(dāng)調(diào)整，適當(dāng)降低三次風(fēng)風(fēng)速。

通過三次風(fēng)的下移能將三次風(fēng)中攜帶的煤粉送入主燃燒區(qū)域的高溫部分，這樣有利于煤粉的燃盡和鍋爐效率的提高。

3)采用分層配煤燃燒方法，下部區(qū)域燃用難燃盡的煤質(zhì)，上部區(qū)域燃用易燃盡的煤質(zhì)，相應(yīng)調(diào)整一次風(fēng)速，使之與煤種相適應(yīng)。

4)考慮到強(qiáng)化一次風(fēng)著火及三次風(fēng)下移會(huì)導(dǎo)致爐內(nèi)火焰中心的下移，這會(huì)使原本就不太充裕的主、再熱汽溫不足的問題更加明顯。因此，需要在下組燃燒區(qū)域向火側(cè)水冷壁面適量布置衛(wèi)燃帶，提高主燃燒區(qū)域溫度，強(qiáng)化煤粉著火初期的溫度;同時(shí)，在低溫區(qū)及燃盡區(qū)適當(dāng)布置衛(wèi)燃帶，使整個(gè)區(qū)域熱負(fù)荷更均勻分布，優(yōu)化煤粉的燃盡條件，并保證爐膛出口煙溫合適，主、再蒸汽汽溫正常。

改造方案示意圖如圖1～圖3所示。

圖1 燃燒器改造圖及燃燒器布置方式

圖2 三次風(fēng)下移方案(布置標(biāo)高23.500米)

3 改造效果

2#爐節(jié)能綜合改造后，通過近半年的運(yùn)行觀察，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到預(yù)期要求，鍋爐效率提高了2.52%，達(dá)到92.26%;鍋爐發(fā)電煤耗降低，改造后發(fā)電煤耗為304.9g/kW·h(其中鍋爐降低7g/kW·h，汽機(jī)降低6.6g/kW·h)，較大修前的發(fā)電煤耗318.5 g/kW·h降低了13.6g/kW·h。

目前2#爐運(yùn)行狀況良好，各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鍋爐效率達(dá)到92.26%，接近鍋爐設(shè)計(jì)效率92.5%。

4 改造效益

鍋爐經(jīng)過改造后，主要經(jīng)濟(jì)性體現(xiàn)在鍋爐效率的提高和供電煤耗的降低上，并能極大地提高煤種的適應(yīng)性，發(fā)電煤耗按7g/kW·h計(jì)，按1臺(tái)機(jī)組在300MW負(fù)荷下一年運(yùn)行5000小時(shí)算，即年發(fā)電量15億度:

年節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤=7×15×108×10-6=10500噸標(biāo)準(zhǔn)煤;

今年標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)593元/噸，節(jié)約燃煤成本:10500×593=619.5萬元;

二氧化硫產(chǎn)生量=2×By×3.88% ×0.99=840噸。

上面公式中:By為標(biāo)煤量，3.88%為全年入爐煤平均硫分，0.99為煙氣脫硫率。

2#爐節(jié)能綜合改造后的NOx排放為463.04mg/Nm3，改造前為481.95mg/Nm3，NOx降低了18.91mg/Nm3(其中1058141 Nm3/h為每小時(shí)的煙氣量，標(biāo)況下)。

年減少NOx排放為18.91×1058141×5000×10-9=100噸。

5 存在的問題

本次鍋爐節(jié)能綜合改造將A、C制粉系統(tǒng)三次風(fēng)噴口下移至爐膛C、D層燃燒器之間，同時(shí)，為了防止三次風(fēng)下移后對(duì)爐膛燃燒穩(wěn)定產(chǎn)生影響，在下移后三次風(fēng)噴口周圍敷設(shè)了部分衛(wèi)燃帶。經(jīng)過觀察運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行A、C制粉，則下移三次風(fēng)噴口衛(wèi)燃帶區(qū)域結(jié)焦嚴(yán)重，鍋爐易發(fā)生掉大焦而造成燃燒不穩(wěn)的現(xiàn)象。目前2#爐節(jié)能綜合改造后采取的是上層煙煤下層貧煤燃燒方式，當(dāng)燃煤結(jié)構(gòu)發(fā)生改變后，下層燃用貧煤區(qū)域揮發(fā)份升高時(shí)，下層衛(wèi)燃帶區(qū)域結(jié)焦較為嚴(yán)重。