天山鋁業(yè)有限公司#2鍋爐燃燒器改造

張連生

(天津軍糧城發(fā)電有限公司，天津　300300)

天山鋁業(yè)有限公司#2鍋爐燃燒器改造

張連生

(天津軍糧城發(fā)電有限公司，天津300300)

摘要：天山鋁業(yè)有限公司自備電廠#2鍋爐NOx排放質(zhì)量濃度高達(dá)500 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，折算到6% O2)左右，為降低脫硝成本及防止空氣預(yù)熱器堵灰影響鍋爐整體出力，進(jìn)行寬煤種適應(yīng)性及深度低氮、防渣燃燒改造。改造后的燃燒器未出現(xiàn)結(jié)焦情況，NOx質(zhì)量濃度有效降低且波動趨于穩(wěn)定。

關(guān)鍵詞：燃燒器； 煤種；制粉系統(tǒng)； 低氮；防渣

0引言

為了貫徹執(zhí)行《中華人民共和國大氣污染防治法》，積極響應(yīng)新國標(biāo)GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]，防治火電廠NOx排放造成的污染，改善大氣環(huán)境質(zhì)量，降低機(jī)組脫硝成本，天山鋁業(yè)有限公司于2014年10月對自備電廠#2鍋爐進(jìn)行了低NOx、防渣燃燒改造。

改造后，在鍋爐出力不變的前提下，提升對準(zhǔn)東煤的摻燒能力，控制NOx排放質(zhì)量濃度在200～250 mg/m3(標(biāo)態(tài)，干基，折算到6% O2)，同時(shí)鍋爐效率不降低。

1工程概況

天山鋁業(yè)有限公司自備電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的HG-1235/17.5-YM2型亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，平衡通風(fēng)、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，燃用煙煤，采用緊身封閉布置。

鍋爐的燃燒器布置在爐膛水冷壁四角，水冷壁四角處燃燒器的中心線分別與爐膛中心的2個假想圓相切，2個假想切圓的直徑分別為?548 mm和? 1 032 mm。水冷壁每個角的燃燒器共有15層噴口：其中一次風(fēng)噴口5層、二次風(fēng)噴口6層(其中3層二次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)有油槍)，還有用于降低NOx生成量的頂二次風(fēng)噴口1層、燃盡風(fēng)(SOFA)3層。一次風(fēng)噴口四周有周界風(fēng)，每個角的燃燒器分上、下2組，上組燃燒器有6層噴口，下組燃燒器有7層噴口。

燃燒器為水平濃淡燃燒器，在一次風(fēng)風(fēng)管中采用“百葉窗”式的煤粉濃縮器。

鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置5臺ZGM95G-Ⅱ型中速輥式磨煤機(jī)，每臺磨煤機(jī)出口由4根煤粉管道接至對應(yīng)層燃燒器(從下往上依次為A，B，C，D，E)。

該電廠設(shè)計(jì)煤種、校核煤種揮發(fā)分較高，屬著火穩(wěn)定易燃盡煤種，但煤灰熔點(diǎn)較低，結(jié)渣傾向明顯。燃燒系統(tǒng)對煤種適應(yīng)性較差，尤其是燃用新疆準(zhǔn)東地區(qū)具有極強(qiáng)的沾污性和高溫腐蝕性的高堿金屬煤種時(shí)，不可避免地會發(fā)生鍋爐結(jié)焦的傾向，因此，較適合采用空氣分級低NOx技術(shù)，同時(shí)，防止結(jié)渣也是改造重點(diǎn)。

2改造方案

2.1燃燒系統(tǒng)改造范圍

(1)主燃燒器一次風(fēng)標(biāo)高不變[2-3]。

(2)更換4層(B，C，D，E)一次風(fēng)噴口(第1層A等離子點(diǎn)火裝置不做改動)，調(diào)整周界風(fēng)率；將一次風(fēng)噴口改為異型鈍體結(jié)構(gòu)，保證煤粉氣流及時(shí)、穩(wěn)定著火；一次風(fēng)噴口水平方向上的周界風(fēng)與一次風(fēng)呈夾角設(shè)計(jì)，改善一次風(fēng)兩側(cè)補(bǔ)氣條件；更換4層一次風(fēng)噴嘴體，改為垂直濃淡形式。

(3)調(diào)整一次風(fēng)切圓直徑，一次風(fēng)與二次風(fēng)呈大小切圓布置。加強(qiáng)還原性燃燒區(qū)域內(nèi)的煤粉濃度以及一、二次風(fēng)的湍動混合，保證低氮、防渣的同時(shí)，提高燃燒效率[4-5]。

(4)減少2層輔助風(fēng)，調(diào)整CD層二次風(fēng)標(biāo)高，更換6層二次風(fēng)輔助風(fēng)噴口(最下層輔助風(fēng)除外)，對各層二次風(fēng)率重新進(jìn)行分配，為增加高位燃盡風(fēng)率創(chuàng)造條件。

(5)更換四角二次風(fēng)擋板風(fēng)箱，調(diào)整二次風(fēng)風(fēng)道隔板，與各層二次風(fēng)率調(diào)整后相適應(yīng)。

(6)主燃燒器區(qū)噴口可以上下擺動25°，調(diào)節(jié)再熱器汽溫[6-7]。

(7)更換全部SOFA風(fēng)箱、噴口、SOFA水冷壁管屏。

2.2燃燒器改造說明

采用寬煤種適應(yīng)性、防渣、低氮潔凈煤燃燒技術(shù)(AESL)[8]對鍋爐進(jìn)行低NOx改造，具體措施如下。

2.2.1爐膛垂直高度上的功能分布

根據(jù)煤粉在爐內(nèi)的燃燒過程以及爐型結(jié)構(gòu)，對燃燒器進(jìn)行合理的分組布置，并在垂直方向上設(shè)置多個功能燃燒區(qū)域，即穩(wěn)燃區(qū)、還原區(qū)、氧化區(qū)和燃盡區(qū)，如圖1所示。

圖1　燃燒器改造立面布置

穩(wěn)燃功能區(qū)主要是通過采取改善煤粉氣流的補(bǔ)氣條件、著火初期燃料富集、異型一次風(fēng)噴口形狀設(shè)計(jì)以及合理的一次風(fēng)速控制等措施，保證煤粉氣流及時(shí)、穩(wěn)定著火。還原功能區(qū)是將該區(qū)域內(nèi)的過?？諝庀禂?shù)控制在合理的范圍內(nèi)，在火焰中心區(qū)域形成強(qiáng)烈的還原性氣氛，抑制燃料型NOx的生成，同時(shí)，該區(qū)域的燃燒溫度也得到有效控制，熱力型NOx的生成量也大幅度減少。氧化功能區(qū)的過量空氣系數(shù)控制較還原功能區(qū)明顯升高，保證焦炭顆粒在該區(qū)域燃燒所必需的空氣量。火焰緩沖功能區(qū)內(nèi)沒有一、二次風(fēng)進(jìn)入，下部燃燒火焰上升到該區(qū)域以后進(jìn)行緩沖：一方面可延緩火焰的旋轉(zhuǎn)上升速度，給焦炭顆粒的燃盡創(chuàng)造時(shí)間條件；另一方面，為火焰有效瘦身，防止燃燒過于集中而導(dǎo)致水冷壁結(jié)焦。在火焰上升過程中，還原功能區(qū)和氧化功能區(qū)交替出現(xiàn)，目的在于將整個主燃燒區(qū)域內(nèi)的過?？諝庀禂?shù)控制成類正弦曲線態(tài)勢(爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)分布曲線如圖2所示)，既能保證深度低氮燃燒，又能保證爐膛水冷壁不結(jié)渣，還能保證焦炭顆粒在主燃燒區(qū)域具有較高的燃盡率。燃盡功能區(qū)內(nèi)的過?？諝庀禂?shù)進(jìn)一步提高，補(bǔ)充焦炭顆粒燃燒所必需的空氣量。第2個燃盡功能區(qū)布置在較高的位置，剩余設(shè)計(jì)空氣量將從該區(qū)域送入，以保證焦炭顆粒的充分燃盡，AESL潔凈煤燃燒技術(shù)的爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)整體偏小0.10～0.15。

圖2　沿爐膛高度方向爐內(nèi)過?？諝庀禂?shù)分布曲線

一、二次風(fēng)切圓重新調(diào)整，一次風(fēng)與二次風(fēng)呈大小切圓布置。在爐膛截面上一、二次風(fēng)形成“風(fēng)包粉”態(tài)勢，中心區(qū)形成還原性氣氛，近壁區(qū)形成氧化性氣氛，防止結(jié)渣及高溫腐蝕；同時(shí)，頂部的燃盡風(fēng)采用對沖布置，加強(qiáng)后期高溫?zé)煔獾耐膭踊旌?，對燃盡以及爐膛出口煙溫調(diào)節(jié)十分有利。

2.2.2一次風(fēng)采用垂直濃淡分布技術(shù)

采用濃淡型燃燒器，一次風(fēng)用百葉擋塊方法實(shí)現(xiàn)濃淡分離。最下層不作改動，第2層為上濃下淡，第3層為下濃上淡，第2，3層組成了高穩(wěn)燃特性的組合濃淡分布，此區(qū)域過剩空氣系數(shù)在1.0左右，滿足基本燃燒需要，保證鍋爐爐膛足夠高的溫度水平。第4層為上濃下淡，第5層為下濃上淡，第4，5層組成了新的濃淡分布，運(yùn)行時(shí)可適當(dāng)降低此區(qū)域的過量空氣系數(shù)，在缺氧的狀態(tài)下，NOx還原物大量析出，還原已生成的NOx。

燃盡風(fēng)采用較高位布置，距最上層一次風(fēng)7 m以上。燃盡風(fēng)設(shè)計(jì)采用3層，運(yùn)行時(shí)調(diào)整手段靈活，以尋求不同負(fù)荷段的最優(yōu)燃盡風(fēng)位置。燃燒器改造設(shè)計(jì)參數(shù)見表1，改造前、后燃燒器名稱對比見表2。

表1　燃燒器改造設(shè)計(jì)參數(shù)

3低氮運(yùn)行要求

3.1制粉系統(tǒng)

(1)燃用煤種磨煤機(jī)出口溫度在85～95 ℃之間比較合理：首先，能夠有效提升磨煤機(jī)的干燥出力；其次，在同等條件下，使一次風(fēng)氣流著火提前，燃燒穩(wěn)定性提高的同時(shí)，為降低飛灰可燃物含碳量創(chuàng)造了有利條件；最后，磨煤機(jī)出口溫度的提高，為合理降低磨煤機(jī)通風(fēng)量提供了速度保障。另外，提高一次風(fēng)溫還能在低負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定燃燒。停磨時(shí)應(yīng)將磨煤機(jī)內(nèi)余粉吹掃干凈，防止自燃[9]。

表2　改造前、后燃燒器名稱對比

(2)磨煤機(jī)的最低出力要保證額定值的40%以上，否則磨盤上的煤層過薄會造成磨輥的強(qiáng)烈磨損和振動。磨煤機(jī)最小通風(fēng)量應(yīng)維持額定值的70%，過低的通風(fēng)量會造成一次粉管內(nèi)煤粉的沉積和磨煤機(jī)風(fēng)環(huán)風(fēng)速的降低，從而導(dǎo)致石子煤排放量的驟增。準(zhǔn)確的風(fēng)煤比曲線如圖3所示，供參考使用。

圖3　準(zhǔn)確的風(fēng)煤比曲線

3.2風(fēng)煙系統(tǒng)

(1)一次風(fēng)、二次輔助風(fēng)門及周界風(fēng)各層風(fēng)門開度盡量維持在30%～50%，二次風(fēng)箱與爐膛的差壓跟負(fù)荷的匹配如圖4所示。

圖4　二次風(fēng)箱與爐膛的差壓跟負(fù)荷的匹配

(2)運(yùn)行過程中保持合理的風(fēng)煤比，在二次風(fēng)的調(diào)整上要重點(diǎn)參考風(fēng)箱與爐膛的差壓以及表盤氧量等參數(shù)。

(3)建議盡量保持氧量下限運(yùn)行。

(4)調(diào)整再熱器汽溫時(shí)優(yōu)先采用燃燒器擺動，不提倡關(guān)閉上層二次風(fēng)抬高火焰中心的辦法。

4改造后效果分析

改造后，拉長了燃盡區(qū)，實(shí)現(xiàn)了垂直方向的煤粉濃淡分離，在燃燒組垂直方向由火球變?yōu)榛鹬瑢?shí)現(xiàn)了煤粉分層燃燒，進(jìn)而降低了NOx。改造前、后#2鍋爐出口NOx質(zhì)量濃度對比見表3。

表3　改造前、后 #2鍋爐出口NOx質(zhì)量濃度對比

改造后，在低于80%額定負(fù)荷的情況下，NOx質(zhì)量濃度降低了50～100 mg/m3；在高于80%額定負(fù)荷的情況下，NOx質(zhì)量濃度降低了180～270 mg/m3，且波動趨于穩(wěn)定。

5結(jié)束語

改造后，燃燒器未出現(xiàn)結(jié)焦情況，NOx質(zhì)量濃度較改造前有大幅降低且波動趨于穩(wěn)定，利于脫硝系統(tǒng)的跟蹤調(diào)整，但距離技術(shù)協(xié)議的要求確實(shí)還有一定的距離，尚未達(dá)到技術(shù)要求。但是，改造后降低了脫硝氨的使用量，相對延長了脫硝系統(tǒng)的使用壽命；同時(shí)，降低了空氣預(yù)熱器上銨鹽的附著，對防止堵灰有明顯效果，空氣預(yù)熱器前、后差壓明顯降低。

鍋爐廠家生產(chǎn)設(shè)計(jì)鍋爐時(shí)應(yīng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，充分考慮采用低氮燃燒器及防結(jié)焦結(jié)渣技術(shù)，防治火電廠NOx排放造成的污染；中速磨煤機(jī)廠家應(yīng)重視提升單臺磨煤機(jī)的出力；已投產(chǎn)的機(jī)組可參考這個具體實(shí)例進(jìn)行升級改造。

參考文獻(xiàn)：

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[7]火力發(fā)電廠熱工自動化就地設(shè)備安裝、管路及電纜設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定：DL/T 5182—2004[S].

[8]鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程：ASME PTC4.1—1998[S].

[9]電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(鍋爐機(jī)組篇)：DL/T 5047—1995[S].

(本文責(zé)編：劉芳)

收稿日期:2015-11-03；修回日期:2016-04-06

中圖分類號：TM 621.2

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)04-0040-03

作者簡介：

張連生(1975—)，男，天津人，助理工程師，從事電廠運(yùn)行方面的工作(E-mail:249208260@qq.com)。