350 MW超臨界機(jī)組鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整

王瑞虎

(新疆華電喀什熱電有限責(zé)任公司，新疆 喀什 844000)

0 概述

某公司鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司自主開發(fā)設(shè)計(jì)、制造的超臨界350MW鍋爐。鍋爐爐型為HG-1200/25.4-YM1型超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，為單爐膛、一次再熱、采用前后墻對(duì)沖燃燒方式、平衡通風(fēng)、緊身封閉、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐，采用不帶再循環(huán)泵的大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)。

該鍋爐設(shè)計(jì)煤種為煙煤，采用中速磨煤機(jī)、冷一次風(fēng)機(jī)、正壓直吹式系統(tǒng)。鍋爐采用前后墻對(duì)沖燃燒方式，共布置5層燃燒器(前3后2)，每層布置4只，共20只低NOX軸向旋流式燃燒器。為了實(shí)現(xiàn)鍋爐無(wú)油點(diǎn)火與穩(wěn)燃，該公司對(duì)鍋爐前墻最下層的燃燒器進(jìn)行了等離子點(diǎn)火技術(shù)改造。等離子點(diǎn)火系統(tǒng)采用武漢天河有限公司的等離子燃燒技術(shù)。

該鍋爐投運(yùn)后存在一些燃燒問(wèn)題，導(dǎo)致運(yùn)行經(jīng)濟(jì)差，急需進(jìn)行改進(jìn)。

1 鍋爐燃燒問(wèn)題

自鍋爐投運(yùn)以來(lái)，一方面，由于對(duì)燃燒器旋流擋板調(diào)整、風(fēng)粉配合運(yùn)行掌握不好，導(dǎo)致鍋爐燃燒溫度場(chǎng)不均，水冷壁壁溫偏差大，左、右墻水冷壁垂直管管壁超溫，使主蒸汽、再熱蒸汽溫度無(wú)法壓紅線運(yùn)行；另一方面，由于燃燒器內(nèi)部二次風(fēng)配比不合理，導(dǎo)致燃燒器噴口結(jié)渣、燒損變形，兩側(cè)煙溫偏差大，飛灰含碳量偏高且偏差大，降低了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，影響了鍋爐的效率。

2 原因分析

由于燃燒器內(nèi)部配風(fēng)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)不合理，未充分考慮高揮發(fā)分煤質(zhì)及軸流燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度及風(fēng)量，導(dǎo)致部分燃燒器旋流強(qiáng)度過(guò)大、燃燒距離過(guò)近、中心管風(fēng)量不足，造成噴口區(qū)域溫度過(guò)高、噴口回火、結(jié)焦嚴(yán)重、燃燒器口變形。這不僅降低了燃燒效率，導(dǎo)致燃燒和溫度場(chǎng)分布不均，煙氣中的CO含量偏差大；還造成鍋爐水冷壁受熱不均，壁溫差增大以及局部超溫。

在鍋爐運(yùn)行中，缺乏對(duì)煤質(zhì)和燃燒器一、二次風(fēng)配風(fēng)的分析和調(diào)整，未根據(jù)給煤量變化及時(shí)調(diào)整控制一次風(fēng)風(fēng)壓及風(fēng)量，也未根據(jù)煤質(zhì)化驗(yàn)結(jié)果及時(shí)調(diào)整燃燒，一次風(fēng)出口溫度過(guò)高，造成提前著火。同時(shí)，二次風(fēng)旋流強(qiáng)度大，使燃燒器出口整體旋流擴(kuò)散角增大，推遲了一次風(fēng)與二次風(fēng)的混合，增加了煤粉氣流不完全燃燒程度。且存在個(gè)別燃燒器配風(fēng)機(jī)構(gòu)擋板不一的情況，進(jìn)一步增加了燃燒不均勻性，使得爐內(nèi)煙氣流場(chǎng)分布不均，降低了煤粉完全燃燒效率，導(dǎo)致受熱面局部超溫、煙氣溫差大，飛灰含碳量增加，也造成過(guò)熱器受熱面汽溫偏差等一系列后果，降低了鍋爐效率。

未根據(jù)鍋爐實(shí)際負(fù)荷考慮低NOX燃燒對(duì)受熱面的影響。燃用含硫量小于1%的高揮發(fā)分煙煤，會(huì)使鍋爐水冷壁出現(xiàn)高溫腐蝕的現(xiàn)象，且程度嚴(yán)重；對(duì)超臨界鍋爐機(jī)組的影響更大，燃燒器噴口著火距離過(guò)近使周圍水冷壁區(qū)域出現(xiàn)嚴(yán)重的局部高溫現(xiàn)象以及水冷壁垂直管圈的局部超溫現(xiàn)象，更易造成受熱面高溫腐蝕的發(fā)生。鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行缺乏對(duì) SOFA(SeparatedOverFireAir，分離燃盡風(fēng))燃盡風(fēng)的調(diào)整控制，基本不對(duì)燃盡風(fēng)進(jìn)行調(diào)整。在總風(fēng)量并不大的狀況下，仍然保持燃盡風(fēng)全開狀態(tài)運(yùn)行，造成燃燒器二次風(fēng)量不足、二次風(fēng)剛性降低，減弱了一、二次風(fēng)配合，使二次風(fēng)滯后混入和燃燒器出口嚴(yán)重缺氧燃燒。這雖然進(jìn)一步降低了NOX的生成，但也使得煤粉在爐內(nèi)不能完全燃燒，造成煙氣飛灰含碳量增大，降低了鍋爐效率。另外，飛灰含碳量的增大，造成鍋爐兩側(cè)煙道脫硝催化劑的局部磨損加劇。

3 改進(jìn)措施

3.1 調(diào)整燃燒器內(nèi)部機(jī)構(gòu)

對(duì)軸向旋流燃燒器內(nèi)部機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，檢查一、二次風(fēng)機(jī)構(gòu)是否完整、可調(diào)。針對(duì)鍋爐燃燒煤質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)分析，調(diào)整內(nèi)二次風(fēng)套筒與燃燒器距離，達(dá)到推遲旋流啟始位置的目的。根據(jù)旋流燃燒器對(duì)沖布置的特點(diǎn)、兩側(cè)燃燒器旋轉(zhuǎn)角度和中間燃燒器旋轉(zhuǎn)角度的不同，確定旋轉(zhuǎn)方向是否正確。適當(dāng)增加中間燃燒器的旋流強(qiáng)度，降低兩側(cè)燃燒器的旋流強(qiáng)度，防止因過(guò)大的旋流擴(kuò)散而造成的煤粉沖刷水冷壁。減小兩側(cè)燃燒器二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口開度，全開中間燃燒器二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口，降低二次風(fēng)至中間燃燒器的阻力，防止出現(xiàn)中間燃燒器二次風(fēng)量不足現(xiàn)象。同時(shí)，也減少了長(zhǎng)期低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)中間燃燒器二次風(fēng)箱內(nèi)大量積灰而堵塞二次風(fēng)進(jìn)風(fēng)口的情況，確保同層燃燒器配風(fēng)合理，二次風(fēng)配風(fēng)均勻進(jìn)入，保證煤粉完全燃燒。

3.2 改造和調(diào)整控制中心風(fēng)

通過(guò)對(duì)煤質(zhì)和就地觀察燃燒器著火距離的分析，為進(jìn)一步降低燃燒器區(qū)域的熱負(fù)荷，防止燃燒噴口燒損和結(jié)焦，對(duì)燃燒器中心風(fēng)管進(jìn)行改造。將中心風(fēng)管內(nèi)出口12片旋流葉片每隔1片拆除1片，對(duì)稱保留6片。割除中心風(fēng)管外圈的穩(wěn)燃節(jié)流裝置，保持直管運(yùn)行。這樣就增強(qiáng)了中心風(fēng)管的風(fēng)速，推后了回火區(qū)，達(dá)到調(diào)整控制燃燒器著火距離的目的，減少了燃燒器周圍受熱面區(qū)域局部高溫現(xiàn)象，消除了燃燒器噴口著火過(guò)近而造成的高溫?zé)龘p現(xiàn)象。運(yùn)行中，根據(jù)機(jī)組負(fù)荷變化及時(shí)調(diào)整中心風(fēng)管風(fēng)量，降低回火區(qū)域和調(diào)整著火距離，保護(hù)燃燒器。對(duì)于停運(yùn)中的燃燒器，建議至少保留30%中心風(fēng)擋板開度，以達(dá)到冷卻內(nèi)部油槍管道和噴口、防止發(fā)生燒損故障的目的。

3.3 加強(qiáng)燃燒調(diào)整合理配風(fēng)

通過(guò)參數(shù)及運(yùn)行指標(biāo)分析，加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整，合理配風(fēng)，達(dá)到既降低NOX生成又保證煤粉在爐內(nèi)完全燃燒的效果。在正常運(yùn)行中，根據(jù)煤質(zhì)變化，合理調(diào)整一次風(fēng)速，對(duì)揮發(fā)分較高的煤，要保持相對(duì)較高的一次風(fēng)速和較低的一次風(fēng)溫，增大外二次風(fēng)的配比；對(duì)揮發(fā)分較低的煤，則保持相對(duì)較低的一次風(fēng)速和較高的一次風(fēng)溫，增大內(nèi)二次風(fēng)的配比和提高旋流強(qiáng)度，降低中心管風(fēng)速和增加穩(wěn)燃裝置。尤其在鍋爐低負(fù)荷運(yùn)行中，并不是脫硝反應(yīng)器入口NOX量越低，氨氣消耗量越低，成本越低；要充分考慮到提高了SOFA風(fēng)量，NOX排放量雖會(huì)降低很多，但飛灰可燃物含量和煙氣中CO的含量也會(huì)增大的情況。因此，要結(jié)合機(jī)組負(fù)荷變化情況合理調(diào)整風(fēng)粉配比和鍋爐送風(fēng)量及SOFA風(fēng)量。在保證燃燒穩(wěn)定的前提下，滿足低氮燃燒要求的同時(shí)既抑制燃燒過(guò)程中NOX的生成，也保證煤粉的完全燃燒，提高鍋爐燃燒效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鍋爐旋流燃燒器優(yōu)化調(diào)整，對(duì)不同的煤質(zhì)采取合理調(diào)整旋流燃燒器配風(fēng)方式及燃盡風(fēng)量在不同負(fù)荷工況下的調(diào)整方式，有效提高了鍋爐的燃燒工況和效率，降低了鍋爐飛灰含碳量及對(duì)沖燃燒前后左、右墻水冷壁壁溫偏差；提高了受壁溫制約的主、再熱蒸汽溫度，降低了發(fā)電煤耗；解決了鍋爐實(shí)際運(yùn)行中燃燒異常以及鍋爐受熱面的安全隱患問(wèn)題，降低了NOX排放。

參考文獻(xiàn)：

1 牟春華，張義政，王春昌．某臺(tái)墻式燃燒鍋爐嚴(yán)重高溫腐蝕和低負(fù)荷飛灰可燃物含量高的原因分析．熱力發(fā)電廠，2008，37(7)：39-42.