進(jìn)口亞臨界機(jī)組鍋爐燃燒器改造

黃國(guó)恩

(四川巴蜀江油發(fā)電廠，四川江油 621709)

1 機(jī)組概況

巴蜀江油發(fā)電廠330 MW機(jī)組1991年相繼投產(chǎn)，鍋爐設(shè)計(jì)燃用60%渭北煤+40%廣旺煤，天然氣點(diǎn)火、助燃。最大連續(xù)蒸發(fā)量為:1 004 t/h，主蒸汽壓力:18.4 MPa，主蒸汽溫度:543℃，配330 MW汽輪發(fā)電機(jī)，鍋爐系法國(guó)斯坦因工業(yè)公司制造的亞臨界、強(qiáng)制循環(huán)、中間再熱、四角切向燃燒、固態(tài)排渣。N型布置煤粉爐，采用4組共20只四角布置直流燃燒器分別由5層煤粉燃燒器和3層天然氣燃燒器，開式制粉系統(tǒng):制粉乏氣排大氣不作為三次風(fēng)進(jìn)入爐內(nèi)燃燒。四角燃燒器周圍均布置有衛(wèi)燃帶。鍋爐過(guò)熱器則低溫過(guò)熱器、中溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器共3級(jí)組成，2級(jí)噴水減溫調(diào)節(jié)汽溫;再熱器由壁式低溫再熱器，對(duì)流式高溫再熱器組成，主要采用改變?nèi)紵鲊娍趦A角方式調(diào)節(jié)汽溫。低溫再熱器布置在水冷壁前墻和兩側(cè)墻35 M標(biāo)高以上，與水冷壁形成復(fù)式壁結(jié)構(gòu)。

2 存在的問(wèn)題

近年來(lái)，鍋爐運(yùn)行存在兩大問(wèn)題。

一是鍋爐出現(xiàn)滿負(fù)荷熄火，尤其是2005年4月份以來(lái)，鍋爐頻繁出現(xiàn)滿負(fù)荷熄火，影響了鍋爐機(jī)組的經(jīng)濟(jì)、安全運(yùn)行;

二是鍋爐的帶負(fù)荷能力受到嚴(yán)重影響，31號(hào)爐投運(yùn)所有給粉機(jī)，并投運(yùn)一層天然氣(4 000 Nm3/h)，鍋爐也僅能帶260 MW左右的負(fù)荷。

3 初步原因分析

從鍋爐運(yùn)行情況看，由于鍋爐實(shí)際燃用煤種變差:主要表現(xiàn)為灰份大(約45% ～55%)、發(fā)熱量低(約12 500～14 000 kJ/kg)。嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)煤種，導(dǎo)致鍋爐出現(xiàn)一系列問(wèn)題:由于煤種變差，鍋爐要達(dá)到滿負(fù)荷，燃料量增加，風(fēng)量增加，導(dǎo)致鍋爐爐內(nèi)溫度水平低，直接導(dǎo)致煤粉氣流的著火熱源溫度低，煤粉氣流著火困難，這是導(dǎo)致鍋爐滿負(fù)荷熄火的根本原因;另外由于燃料發(fā)熱量降低，要達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，必須大大加大入爐煤量，根據(jù)現(xiàn)有分析煤種的分析結(jié)果，要達(dá)到滿負(fù)荷，與設(shè)計(jì)煤種相比，煤量要增加近40%，從而導(dǎo)致給粉機(jī)出力達(dá)不到現(xiàn)有煤種的要求，導(dǎo)致鍋爐出力降低。因此，煤質(zhì)惡化(偏離設(shè)計(jì)煤種)是鍋爐熄火的主要原因。

鍋爐燃燒器采用法國(guó)STEIN公司設(shè)計(jì)的直流燃燒器，對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力差，當(dāng)煤質(zhì)偏離設(shè)計(jì)煤種，鍋爐燃燒會(huì)急劇惡化。這是鍋爐熄火的另一主要原因。

煤質(zhì)因受地理位置、運(yùn)力等影響在今后較長(zhǎng)時(shí)間不會(huì)有根本性好轉(zhuǎn)。因此，在現(xiàn)有煤質(zhì)情況下，如何通過(guò)技術(shù)改造，保證鍋爐能滿負(fù)荷安全運(yùn)行，是擺在江油發(fā)電廠技術(shù)人員面前的一個(gè)難題。

4 改造初步方案

針對(duì)江油發(fā)電廠330 MW機(jī)組鍋爐運(yùn)行情況的現(xiàn)狀，根據(jù)專家建議，確定改造的初步方案。

(1)針對(duì)煤粉氣流著火難、鍋爐滿負(fù)荷熄火的情況，采用濃淡燃燒技術(shù)，在一定程度上降低對(duì)著火熱的需求。根據(jù)鍋爐的燃燒器布置情況，采用水平濃淡燃燒技術(shù)以適應(yīng)鍋爐燃燒系統(tǒng)的布置。

(2)在燃燒器區(qū)域敷設(shè)一定面積的衛(wèi)燃帶，提高燃燒器區(qū)域的溫度水平，滿足煤粉氣流著火的需求。

(3)針對(duì)鍋爐出力不足的問(wèn)題，更換給粉機(jī)，加大給粉機(jī)出力，滿足鍋爐在現(xiàn)有煤種的情況下鍋爐所需的燃料量要求。

該廠330 MW機(jī)組鍋爐燃燒器區(qū)域在建設(shè)時(shí)期已經(jīng)安裝有衛(wèi)燃帶，所以未作改動(dòng);對(duì)于鍋爐出力不足有多種原因:主要是煤粉未完全燃燒、未按設(shè)計(jì)煤種配煤、結(jié)焦嚴(yán)重影響出力，從機(jī)組原有設(shè)計(jì)上來(lái)看，給粉機(jī)是能滿足機(jī)組的負(fù)荷要求的，所以也未對(duì)給粉機(jī)進(jìn)行擴(kuò)容改造。而百葉窗水平濃淡燃燒器能在不改變?nèi)紵到y(tǒng)的情況下，有效地克服鍋爐上述問(wèn)題。因此重點(diǎn)對(duì)燃燒器本體進(jìn)行改造。

5 燃燒器改造措施

水平濃淡燃燒器在布置上使?jié)鈧?cè)氣流靠近向火側(cè)(見圖1)，使進(jìn)入爐膛的濃側(cè)煤粉氣流直接與上游來(lái)的高溫?zé)煔饣旌?。上游?lái)的高溫?zé)煔庵苯記_刷濃側(cè)一次風(fēng)氣流，使一次風(fēng)氣流迅速得到加熱。煤粉氣流能通過(guò)這種強(qiáng)烈的混合得到大量的著火燃燒所需要的熱量，能及時(shí)地著火燃燒，提高含粉氣流的著火穩(wěn)定性。

燃燒器改造是在原有燃燒器中心標(biāo)高和燃燒器框架及燃燒器擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、尺寸、擺角不變的情況下，對(duì)下三層(A、B、C層)一次風(fēng)燃燒器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)更換，使之與現(xiàn)有煤種適應(yīng)。改造后燃燒設(shè)備的布置與改造前相同，采用四角布置、切向燃燒、直流擺動(dòng)式百葉窗水平濃淡煤粉燃燒器。風(fēng)、粉氣流從爐膛四角噴進(jìn)爐膛后，在爐膛中心形成假想雙切圓，假想雙切圓直徑分別為 Φ1 610/Ф1 770 mm。將下3層煤燃燒器原有的12個(gè)噴口和大風(fēng)箱內(nèi)煤粉管道全部更換為百葉窗水平濃縮器和噴口;一次風(fēng)噴口采用周界風(fēng)及向外翹邊。

圖1 水平濃淡燃燒器布置示意圖

在噴口內(nèi)加裝水平鈍體等結(jié)構(gòu)，因?qū)嶋H燃用煤質(zhì)變化范圍大，為有效防止在燃用煤質(zhì)較好的情況下出現(xiàn)燒損噴口的問(wèn)題，采用一次風(fēng)噴口向外翹邊的措施，解決周界風(fēng)過(guò)早混合的問(wèn)題，增加高溫?zé)煔饣亓髁浚訌?qiáng)煤粉氣流的著火穩(wěn)定性。

濃縮器根據(jù)鍋爐燃用煤質(zhì)情況，采用具有丘體+開口葉片式濃縮器(圖2)，百葉窗水平濃淡燃燒器由一次風(fēng)風(fēng)管相連的法蘭、方圓接、百葉窗濃淡器、風(fēng)管過(guò)渡段、風(fēng)管頭部和噴口組成。改造后的燃燒器部體尺寸:1 300 mm。燃燒器噴燃口在外形尺寸上和原位置盡量一致。

圖2 水平濃淡燃燒器結(jié)構(gòu)示意圖

改造后，采用水平濃淡煤粉燃燒器百葉窗濃縮器的設(shè)計(jì)參數(shù)。

濃淡側(cè)風(fēng)量比:1.1 ～1.30

煤粉濃縮比:≥2

阻力系數(shù)比:≤2

阻力:≤42 mmH2O

為改造后燃燒器燃燒煤種相適應(yīng)，調(diào)整一次風(fēng)速，以進(jìn)一步提高鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。改造后燃燒器阻力增加，在不改造一次風(fēng)機(jī)、空氣預(yù)熱器的前提下加強(qiáng)一次風(fēng)門的調(diào)節(jié)靈活性和能力;對(duì)空氣預(yù)熱器蓄熱組件進(jìn)行清洗，保持風(fēng)煙系統(tǒng)內(nèi)通風(fēng)正常;制粉要求煤粉細(xì)度(R90)不大于20%。

6 燃燒器改造的不足及改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)一段試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)水平濃淡燃燒器存在以下不足。

1)噴口燒損現(xiàn)象普遍，燒損情況嚴(yán)重;

2)一次風(fēng)管、燃燒器內(nèi)易發(fā)生堵粉事故;

3)濃縮器箱體、葉片和噴口鈍體處有嚴(yán)重的磨損。

經(jīng)過(guò)論證，采取如下改進(jìn)措施。

1)根據(jù)該廠燃料特性對(duì)燃燒器噴口進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，優(yōu)化噴口結(jié)構(gòu);適當(dāng)提高一次風(fēng)風(fēng)壓，提高一次風(fēng)流速;

2)改進(jìn)百葉窗濃縮器結(jié)構(gòu)，運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)一次風(fēng)速、風(fēng)壓的監(jiān)視，增加吹掃裝置等方式減少堵粉情況的發(fā)生;

3)濃縮器箱體、葉片和噴口鈍體處采用耐磨材料制作或采用陶瓷貼片防磨等方法減少局部磨損，提高燃燒器的使用壽命。

通過(guò)改進(jìn)，31號(hào)機(jī)組鍋爐有效地解決了上述問(wèn)題，具備運(yùn)行的條件。

7 燃燒器改造前后性能試驗(yàn)對(duì)比

7.1 燃燒器改造前機(jī)組熱效率

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷325 MW時(shí)，機(jī)組熱效率為88.522 3% 。

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷285 MW時(shí)，機(jī)組熱效率為89.962 5% 。

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷240 MW時(shí)，機(jī)組熱效率為88.178 4% 。

在燃燒器改造前試驗(yàn)期間煤質(zhì)灰份含量較高、固定碳含量和發(fā)熱量明顯偏低，另外，由于近兩年燃煤熱值下降較多且波動(dòng)大，鍋爐機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)高負(fù)荷滅火現(xiàn)象，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行帶來(lái)了很大的影響。為此電廠被迫采取低氧量的運(yùn)行方式，雖然對(duì)煤粉著火有利，但對(duì)煤粉的燃燼不利，飛灰可燃物較以前大幅度增加了2.0%左右，這些都將明顯影響鍋爐機(jī)組的熱效率。試驗(yàn)結(jié)果表明:在發(fā)電負(fù)荷為325 MW時(shí)鍋爐的飛灰含碳量達(dá)到了4.00%，機(jī)械不完全燃燒熱損失達(dá)到了5.28%。

鍋爐回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器的漏風(fēng)系數(shù)和漏風(fēng)率有明顯增大，漏風(fēng)和堵灰情況較為嚴(yán)重。空氣預(yù)熱器漏風(fēng)率大，一方面降低鍋爐熱效率，對(duì)鍋爐的熱效率影響較大，另一方面增加送、引風(fēng)機(jī)的電耗，從而增加廠用電;更為嚴(yán)重的是由于空氣預(yù)熱器大量的漏風(fēng)和大面積的堵灰導(dǎo)致鍋爐燃燒用風(fēng)嚴(yán)重不足和一次風(fēng)壓太低，最終導(dǎo)致鍋爐機(jī)組不能正常帶負(fù)荷。

7.2 燃燒器改造后機(jī)組熱效率

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷325 MW時(shí)，機(jī)組熱效率為92.466 43% 。

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷280 MW時(shí)，機(jī)組熱效率為92.389 7% 。

發(fā)電機(jī)組負(fù)荷230 MW時(shí)，機(jī)組熱效率為92.752 5% 。

就改造前后熱效率對(duì)比:鍋爐機(jī)組熱效率(發(fā)電機(jī)組在3種負(fù)荷下)分別提高3.944 1%、2.427 2%、4.574 1%，在燃用煤質(zhì)和現(xiàn)有設(shè)備狀況以及相關(guān)試驗(yàn)條件下，鍋爐機(jī)組熱效率較改造前有所提高;鍋爐機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，主、再熱蒸汽參數(shù)與改造前相當(dāng);鍋爐燃用12 500～21 000 kJ/kg范圍內(nèi)煤種，對(duì)煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力增強(qiáng);鍋爐停用天然氣助燃的情況下，穩(wěn)燃最低負(fù)荷為626.0 t/h，對(duì)應(yīng)機(jī)組發(fā)電負(fù)荷為230 MW，達(dá)到機(jī)組設(shè)備改造設(shè)計(jì)要求，鍋爐運(yùn)行中結(jié)焦情況也有了較大的改善。

8 結(jié)語(yǔ)

神華巴蜀江油發(fā)電廠進(jìn)口亞臨界鍋爐燃燒器改造后，煤質(zhì)變化的適應(yīng)能力增強(qiáng)，低負(fù)荷(40%BMCR)時(shí)可不投天然氣穩(wěn)燃，煤粉燃燼率高，未出現(xiàn)水冷壁高溫腐蝕和結(jié)渣現(xiàn)象，NOx排放量大大降低。對(duì)國(guó)內(nèi)其他類似電廠燃燒器改造有一定的借鑒意義。