500t/h塔式爐低氮燃燒器改造效果分析

吳寶海

國電吉林熱電廠 吉林 吉林 132021

0 引言

國電吉林熱電廠(以下簡稱吉熱廠)10號爐為俄羅斯西伯利亞動力機械制造有限公司生產(chǎn)的型號為E-500-13.8-560КΤ 鍋爐。鍋爐采用超高壓參數(shù)膜式水冷壁、單汽包自然循環(huán)、固態(tài)排渣、中間儲倉式制粉系統(tǒng)、四臺鋼球磨煤機、乏氣送粉塔式爐。該塔式爐原配有12臺直流水平濃淡燃燒器和兩臺等離子點火燃燒器,燃燒器采用二次風(fēng)口包裹一次風(fēng)噴口周界風(fēng)型式,12臺直流水平濃淡燃燒器分兩層布置,每層各6個、呈正切布置在爐膛水冷壁上,按燃燒器軸線煤粉氣流形成直徑為1200mm 切圓；其中在下層NO.1和NO.4號燃燒器下部各布置一臺等離子點火燃燒器,稱為NO.13和NO.14號燃燒器,用于鍋爐點火和穩(wěn)燃。1、2號制粉系統(tǒng)共用1號煤粉倉,3、4號制粉系統(tǒng)共用2號煤粉倉,其中1號制粉系統(tǒng)對應(yīng)上層NO.7、NO.9、NO.11號燃燒器,4號制粉系統(tǒng)對應(yīng)上層NO.8、NO.10、NO.12號燃燒器,2號制粉系統(tǒng)對應(yīng)下層NO.1、NO.3、NO.5、NO.13號燃燒器,3號制粉系統(tǒng)對應(yīng)下層NO.2、NO.4、NO.6、NO.14號燃燒器。2015年7月10號爐首次改造是將鍋爐原12只直流水平濃淡燃燒器改為直流低NOx濃淡燃燒器,并在距最上層一次風(fēng)燃燒器中心線3750mm 處兩側(cè)墻各布置2組SOFA 燃燒器,原鍋爐燃燒器布置參見圖1,2015年燃燒器改造前后對比圖見圖2。10號爐燃燒器改造投產(chǎn)后,SCR 入口煙氣NOx濃度達不到設(shè)計值450mg/Nm3,SCR 入口NOx濃度超過原設(shè)計值450 mg/Nm3的時段較多,實際運行SCR 入口濃度基本可控制在700 mg/Nm3以內(nèi)。經(jīng)分析,SCR 入口煙氣NOx濃度超過設(shè)計值的情況主要原因為鍋爐燃燒器低氮改造效果不佳所致。因SCR 入口NOx濃度基數(shù)較高,為響應(yīng)國家“節(jié)能減排”號召,吉熱廠決定對10 號爐進行低NOx 燃燒系統(tǒng)二次改造,為后續(xù)進行煙氣超低排放改造創(chuàng)造條件。

圖1 原鍋爐燃燒器平面布置圖

1 吉熱廠10號爐燃燒器二次改造整體布置說明

本次改造更換原燃燒器一次風(fēng)、二次風(fēng)和燃燼風(fēng)組件,改造后的直流煤粉低氮燃燒器采用均等配風(fēng)型式,一次風(fēng)噴口采用上下濃淡組合方式,一次風(fēng)率與原設(shè)計參數(shù)基本一致,對二次風(fēng)噴口面積進行縮減,每個角二次風(fēng)聯(lián)箱采用兩端同時供風(fēng)設(shè)計。

1.1 燃燒器平面布置 在水平斷面上,AA 二次風(fēng)、一次風(fēng)、BB二次風(fēng)射流在爐內(nèi)形成φ800的順時針切圓,AB 二次風(fēng)射流與一次風(fēng)射流偏置4°,具有防結(jié)渣及降低煙氣NOx 排放功能。改造后鍋爐燃燒器平面布置參見圖3。

1.2 燃燒器縱向布置 主燃燒器由下至上依次為AA 層二次風(fēng)、A層一次風(fēng)、AB層二次風(fēng)、B層一次風(fēng)、BB 層二次風(fēng)(加裝貼壁風(fēng)),并將A層NO.1和NO.4燃燒器更換為等離子點火燃燒器,取消原NO.1和NO.4燃燒器下部的NO.13和NO.14號等離子燃燒器,在粉倉內(nèi)部對NO.13、NO.14號小粉斗進行封堵；A 層一次風(fēng)標(biāo)高不變,B 層一次風(fēng)標(biāo)高下移1150 mm；一次風(fēng)采用濃淡形式的射流形式,一次風(fēng)噴口加裝周界風(fēng)和波紋形穩(wěn)燃頓體,波紋形穩(wěn)燃頓體后縮10mm,加大煙氣回流量；在主燃燒器上部四角、距B層一次風(fēng)標(biāo)高4649mm 處加裝三層燃燼風(fēng),燃燼風(fēng)噴口采取垂直水平擺動形式,垂直擺動采取遠端控制形式,水平擺動為就地手動。主燃燒器布置在前后墻及側(cè)墻,燃燼風(fēng)均布置角區(qū),2017年燃燒器改造前后對比圖見圖4。

圖2 燃燒器改造前后縱向?qū)Ρ葓D

圖3 改造后鍋爐燃燒器平面布置圖

圖4 燃燒器改造前后縱向?qū)Ρ葓D

1.3 改造后的10號爐燃燒器布置分析 A 層一次風(fēng)標(biāo)高不變、B層一次風(fēng)標(biāo)高下移1150 mm、在主燃燒器上部四角并距上一次風(fēng)標(biāo)高4649mm 處加裝三層燃燼風(fēng)、均等配風(fēng)的二次風(fēng)噴口面積進行縮減、假想切圓縮減至800mm、一次風(fēng)噴口周圍設(shè)置周界風(fēng)的燃燒器改造設(shè)計,即構(gòu)建出高度和截面空間尺度優(yōu)化,又使煤粉在改造后主燃燒區(qū)處于低氧燃燒狀態(tài),同時也構(gòu)建出足夠高度的NOx還原空間和煤粉燃燼空間,完成了煤粉燃燒過程尺度優(yōu)化,符合雙尺度低氮燃燒器技術(shù)理念。

2 吉熱廠10號爐燃燒器采用雙尺度低氮技術(shù)改造優(yōu)點分析

2.1 煙氣NOx濃度降低明顯 雙尺度燃燒器構(gòu)建改造目的之一是降低煙氣NOx濃度,改造后實測煙氣NOx 濃度數(shù)據(jù)見表1,可知煙氣NOx濃度降低明顯,達到了改造預(yù)期目標(biāo)。

表1 10號爐改造后實測煙氣NOx濃度

2.2 改造后鍋爐燃燒穩(wěn)定性增強

2.2.1 A 層一次風(fēng)噴口標(biāo)高不變,B 層一次風(fēng)噴口標(biāo)高下移1150 mm,一次風(fēng)噴口布置集中,煤粉著火集中,增強了鍋爐燃燒穩(wěn)定性；

2.2.2 本次改造將一次風(fēng)管和燃燒器噴口設(shè)計為無變徑的一個噴口,改變了原燃燒器一個一次風(fēng)管在燃燒器噴口前變徑分成上下兩個噴口而造成的一次風(fēng)沿程阻力大、使給粉機落粉管與一次風(fēng)管接口處處于微正壓狀態(tài)、給粉機落粉阻力增加、導(dǎo)致給粉機下粉不暢、鍋爐燃燒穩(wěn)定性不強、主汽壓力變化頻繁的缺點,使改造后的燃燒器一次風(fēng)沿程阻力減小,在給粉機落粉管與一次風(fēng)管接口處形成負壓狀態(tài),促進給粉機下粉順暢,鍋爐燃燒穩(wěn)定性得到了很好的改變；

2.2.3 一次風(fēng)噴口加裝周界風(fēng)和波紋形穩(wěn)燃頓體,波紋形穩(wěn)燃頓體后縮10mm,加大煙氣回流量,高溫?zé)煔饣亓鞔龠M一次風(fēng)攜帶的煤粉升高到著火溫度時間縮短,強化了煤粉燃燒過程。

2.3 鍋爐受熱面結(jié)焦風(fēng)險降低 改造后雙尺度低氮燃燒器主燃燒區(qū)煤粉低氧不完全燃燒,使?fàn)t膛整體溫度相應(yīng)降低,間接促進了受熱面結(jié)焦風(fēng)險的降低,爐膛溫度實測見表2；在主燃燒器BB層二次風(fēng)布置貼壁風(fēng)噴口,缺氧燃燒時向水冷壁表面補充適量的空氣,也具有防結(jié)渣防腐蝕功能。

表2 10號爐改造后實測爐膛溫度

3 吉熱廠10號爐燃燒器采用雙尺度低氮技術(shù)改造存在的問題分析及改進建議

3.1 鍋爐采用等離子點火升溫升壓難度增加。本次10號爐燃燒器改造后首次點火(鍋爐點火前已投入蒸汽推動11小時,汽包壁溫已加熱到110℃左右)至達到汽機沖轉(zhuǎn)條件歷時6小時,比本次燃燒器改造前多3小時左右,分析主要原因如下:

原NO.13和NO.14號等離子點火燃燒器布置在NO.1和NO.4號燃燒器下部,由2、3號排粉機帶出,用NO.13、NO.14號等離子點火燃燒器點火升溫1.5小時后即可順利將NO.1或NO.4號燃燒器煤粉引燃,然后利用NO.13和NO.1號燃燒器引燃NO.6號燃燒器煤粉,用NO.14和NO.4號燃燒器引燃NO.3號燃燒器煤粉,相當(dāng)于用2個燃燒器去引燃相鄰燃燒器煤粉,易實現(xiàn)且安全性較高。而本次10號爐燃燒器改造為構(gòu)建出雙尺度高度空間,取消了原NO.13和NO.14號等離子點火燃燒器,在NO.1和NO.4號燃燒器安裝等離子點火器,在點火升溫1.5--4小時多次嘗試用NO.1號和NO.4等離子點火燃燒器分別引燃NO.6號和NO.3號燃燒器煤粉均未成功,最后嘗試啟動4號排粉機,用NO.4號等離子點火燃燒器引燃NO.10號燃燒器煤粉成功,但鍋爐燃燒穩(wěn)定性變差(因點火初期進入爐內(nèi)冷風(fēng)增多),未燃燼煤粉增多,鍋爐爆燃或尾部受熱面再燃燒風(fēng)險增加。建議將NO.2和NO.5號燃燒器改造成等離子點火燃燒器,這樣一臺爐有四臺等離子點火燃燒器,即可實現(xiàn)鍋爐冷態(tài)點火順利升溫、升壓,同時也能提高鍋爐冷態(tài)點火安全性。

3.2 煤粉未完全燃燒損失增大1.5%左右。分析原因之一為雙尺度低氮燃燒器設(shè)計理念為主燃區(qū)低氧燃燒、煤粉燃燒過程延長、整體爐溫降低等為其主要技術(shù)特點,而這些特點均不利于煤粉完全燃燒,導(dǎo)致飛灰可燃物含量增大；原因之二為設(shè)計人員過于強化降低煤粉燃燒過程生成NOx量,將二次風(fēng)噴口面積縮減稍多、主燃區(qū)供氧不足所致。解決措施是進行煤粉細度校核對比試驗,適當(dāng)降低煤粉細度,并做好制粉系統(tǒng)爆破風(fēng)險和受熱面結(jié)焦風(fēng)險評估,選取安全經(jīng)濟煤粉細度。煤粉細度降低利于煤粉燃燼,降低不完全燃燒損失,提升鍋爐效率。

3.3 主汽溫度降低10--15℃。分析原因為A 層一次風(fēng)噴口標(biāo)高不變,B層一次風(fēng)噴口標(biāo)高下移1150 mm,一次風(fēng)噴口布置集中,煤粉著火集中,鍋爐燃燒穩(wěn)定性增強等綜合因素使?fàn)t膛火焰中心降低所致。建議嘗試在鍋爐燃燒穩(wěn)定的條件下做進一步降低主燃燒區(qū)氧量試驗,目的是推遲煤粉燃燒、提升火焰中心和主汽溫度,同時綜合對比觀察鍋爐燃燒穩(wěn)定性、主汽溫度升高幅度、飛灰可燃物變化和受熱面結(jié)焦情況。

3.4 相同負荷和爐膛出口氧量相近時送風(fēng)機電耗增大0.30k W.h/t左右。分析原因為設(shè)計人員為強化降低煤粉燃燒過程生成NOx量,將二次風(fēng)噴口面積縮減稍多；同時二次風(fēng)聯(lián)箱采用兩端同時供風(fēng)設(shè)計,導(dǎo)致送風(fēng)流通風(fēng)阻增大所致。建議在后續(xù)改造中優(yōu)化二次風(fēng)噴口面積縮減量與降低煙氣NOx濃度關(guān)系,二次風(fēng)聯(lián)箱采用單側(cè)供風(fēng)設(shè)計,將有利于減低送風(fēng)機電耗。

4 結(jié)束語

綜上,通過對國電吉林熱電廠10號爐燃燒器采用雙尺度低氮技術(shù)改造存在的優(yōu)缺點進行分析,得出該型號500t/h鍋爐還存在繼續(xù)優(yōu)化改造可行性,希望能為該型號的500t/h鍋爐繼續(xù)優(yōu)化改進提供技術(shù)改進方向。