300 MW鍋爐低NOx燃燒器改造后燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗研究

宋 揚，趙 陽，關(guān)風(fēng)一

(1.國家電投集團東北電力有限公司撫順熱電分公司，遼寧 撫順 113005；2.遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

某電廠2×300 MW機組鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計制造的HG-1025/17. 5-HM35型亞臨界參數(shù)自然循環(huán)鍋爐。為響應(yīng)國家對火電廠污染物排放的環(huán)保要求，對1號鍋爐進行了低NOx燃燒器改造。改造完成后鍋爐運行中出現(xiàn)了一次風(fēng)管堵塞、兩側(cè)汽溫及煙溫偏差較大、低負荷下再熱汽溫偏低、灰渣可燃物含量偏高等問題，同時為了降低運營成本，大比例燃用劣質(zhì)煙煤，該煤種灰分高、熱值低，導(dǎo)致問題更加突出。

本文采用燃燒調(diào)整手段對運行參數(shù)進行優(yōu)化試驗研究，以緩解低NOx燃燒器改造后運行中出現(xiàn)的一系列問題，保證機組穩(wěn)定經(jīng)濟運行。

1 實際燃用煤種情況

目前鍋爐主要燃用煤種有內(nèi)蒙古褐煤、劣質(zhì)煙煤以及少量當(dāng)?shù)責(zé)熋?。為了降低運行成本，電廠大比例摻燒劣質(zhì)煙煤，其低位發(fā)熱量一般在13～14 MJ/kg，略低于內(nèi)蒙古褐煤，但原煤水分在13%～15%，遠低于內(nèi)蒙古褐煤全水分(一般在30%以上)。

鍋爐實際運行中在65%以下額定負荷時，一般維持3臺磨煤機運行，為保證再熱汽溫等參數(shù)，一般最上層E磨配內(nèi)蒙古褐煤，B/C/D磨配劣質(zhì)煙煤；或者D/E磨配內(nèi)蒙古褐煤，B/C磨配劣質(zhì)煙煤。當(dāng)前實際燃用煤種情況見表1。

表1 當(dāng)前實際燃用煤種情況

2 鍋爐摸底試驗

為了解低NOx燃燒器改造后鍋爐實際運行情況，首先進行了鍋爐性能摸底試驗。試驗負荷為160 MW，磨煤機投運組合為C/D/E，試驗結(jié)果見表2。

表2 鍋爐摸底試驗結(jié)果

由表2可知，低NOx改造后鍋爐主要存在以下問題。

a.在試驗負荷下實測鍋爐熱效率為92.50%，爐渣可燃物含量相對偏高，飛灰可燃物含量基本在正常范圍內(nèi)。

b.過熱蒸汽溫度基本接近設(shè)計值，當(dāng)燃燒器上擺到最大時，再熱汽溫仍低于額定值15～20 ℃。

c.左右兩側(cè)煙溫偏差較大，最高達到70 ℃以上；兩側(cè)汽溫偏差較大，達到40 ℃以上。

d.低負荷下全燒劣質(zhì)煙煤的磨煤機一次風(fēng)量偏低，管道風(fēng)速有時接近18 m/s，一次風(fēng)管道經(jīng)常發(fā)生堵管現(xiàn)象，且磨煤機出口溫度偏高(最高在80～85 ℃)且難于控制，影響設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

針對當(dāng)前鍋爐存在的主要問題，一般在60%以下額定負荷時較為常見，因此本文主要在低負荷段下進行了燃燒調(diào)整試驗[1-3]。

3 制粉系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 一次風(fēng)速調(diào)平

針對制粉系統(tǒng)，首先對A/B/C/D/E磨煤機逐一進行了一次風(fēng)速測量及調(diào)平，試驗結(jié)果見表3。

表3 一次風(fēng)速調(diào)平結(jié)果

由表3可知，5臺磨煤機出口一次風(fēng)速偏差較大，最大達24%，一般均為1、4號角風(fēng)速偏高，通過反復(fù)調(diào)節(jié)一次風(fēng)管道上的可調(diào)縮孔基本將一次風(fēng)速調(diào)平。經(jīng)運行觀察后發(fā)現(xiàn)，堵管現(xiàn)象有所減少。

調(diào)節(jié)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一次風(fēng)速調(diào)平后，兩側(cè)汽溫及煙溫偏差有增大的趨勢。從理論和實踐經(jīng)驗上分析，當(dāng)一次風(fēng)速調(diào)平后，爐內(nèi)動力場應(yīng)更趨于穩(wěn)定均勻，爐內(nèi)溫度場分布更加合理，兩側(cè)煙溫偏差將會縮小，但實際未達到預(yù)想效果。

試驗期間發(fā)現(xiàn)，前墻一次風(fēng)噴口風(fēng)速適度提高后，兩側(cè)煙溫及汽溫偏差逐漸縮小。其中3號角燃燒器安裝角度存在一定偏差，通過不對稱調(diào)整后，取得較好效果，也說明了燃燒器本身可能存在安裝問題，因此出現(xiàn)了一次風(fēng)速調(diào)平后兩側(cè)煙溫偏差反而增大的問題。

3.2 煤粉細度優(yōu)化調(diào)整

在一次風(fēng)調(diào)平完成的基礎(chǔ)上，對5臺磨煤機進行了煤粉細度測定及調(diào)整試驗，試驗結(jié)果見表4。

表4 煤粉細度優(yōu)化結(jié)果

由表4可知，A/B/C磨常燒劣質(zhì)煙煤，煤粉細度經(jīng)過調(diào)整后基本控制在24%～29%較為合理，飛灰和爐渣可燃物含量不大。D/E磨經(jīng)常配內(nèi)蒙古褐煤，煤粉細度保持在30%左右，調(diào)整后飛灰可燃物含量在0.4%左右，爐渣可燃物含量在5.0%左右，均較調(diào)整前有所降低。因此維持調(diào)整后煤粉細度保持不變。

4 存在問題及解決措施

4.1 再熱汽溫偏低

當(dāng)前設(shè)備條件下，當(dāng)機組負荷低于180 MW時，再熱汽溫不能夠達到額定設(shè)計值，再熱汽溫在500～520 ℃，低于設(shè)計值20～30 ℃，且當(dāng)機組負荷越低時再熱汽溫下降越明顯，影響機組經(jīng)濟穩(wěn)定運行。結(jié)合現(xiàn)場實際從以下方面進行了燃燒調(diào)整試驗。

4.1.1 二次風(fēng)配比調(diào)整

本次試驗在165 MW負荷下進行，運行氧量維持在4.0%～4.2%，B/D/E磨運行，燃燒器擺角開度均為10%，試驗結(jié)果見表5。

表5 二次風(fēng)配風(fēng)方式調(diào)整試驗

由表5可知，試驗期間保持運行氧量不變時，當(dāng)主燃燒器二次風(fēng)門開啟同時關(guān)小SOFA風(fēng)門后，再熱汽溫呈現(xiàn)下降的趨勢。若只將最下層AA二次風(fēng)門由50%關(guān)至10%，其他二次風(fēng)門開度不變，左右汽溫偏差有增大趨勢，再熱汽溫變化不大。

4.1.2 煤粉細度調(diào)整

根據(jù)電廠要求，5臺磨煤機煤粉細度R90控制在24%～30%?？紤]到下層磨煤機配燒劣質(zhì)煙煤，上層磨煤機配燒內(nèi)蒙古褐煤，將D/E磨煤粉細度適當(dāng)增大，使煤粉著火點后移，燃燒段加長，有利于提高再熱汽溫，但同時灰渣可燃物含量將會升高。結(jié)合各工況試驗結(jié)果，飛灰可燃物含量在0.4%～0.5%，爐渣可燃物含量在5%左右，總體變化幅度不大。

4.1.3 運行氧量控制

運行氧量對再熱汽溫有一定影響，但增大氧量后，過量空氣系數(shù)增加，NOx生成量增大，脫硝系統(tǒng)噴氨量增大，環(huán)保指標難以保證。在保證環(huán)保要求的前提下，通過試驗研究各個負荷下氧量控制值見表6。

表6 不同負荷下運行氧量推薦值

此外，進行了鍋爐在低負荷段不同磨煤機投運組合試驗。結(jié)合試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)保持上層磨煤機運行且不斷層連續(xù)投入運行時，再熱汽溫最高達525 ℃。

結(jié)合本節(jié)各項試驗結(jié)果，分析造成鍋爐燃燒器改造后再熱汽溫偏低的原因如下。

a.低負荷下爐膛溫度較低，而低NOx燃燒器改造后，爐內(nèi)采用分級送風(fēng)方式，為了控制NOx生成量，爐膛溫度下降較大，輻射換熱量下降明顯，導(dǎo)致低負荷下再熱汽溫難以達到設(shè)計值。

b.燃用煤種發(fā)生重大改變，當(dāng)前劣質(zhì)煙煤摻燒比例達到60%以上，其水分在15%左右，遠低于內(nèi)蒙古褐煤水分(30%以上)，在熱值相差不大情況下，相同燃料量下劣質(zhì)煙煤燃燒生成的煙氣量較設(shè)計煤種下降8%～10%，導(dǎo)致煙氣流速下降，受熱面換熱量不足，因此造成再熱汽溫偏低，特別是低負荷下該問題更加突出。

4.2 兩側(cè)汽溫和煙溫偏差較大

4.2.1 一次風(fēng)速調(diào)整

結(jié)合一次風(fēng)速調(diào)平試驗結(jié)果，將1、4號角一次風(fēng)速適當(dāng)提高，2、3號角一次風(fēng)速降低，兩側(cè)偏差有明顯減小的趨勢。但調(diào)整后同層一次風(fēng)速不均，運行中磨煤機出現(xiàn)一次風(fēng)管堵管問題。通過試驗觀察，一次風(fēng)速控制在調(diào)整后的數(shù)值能基本杜絕煙溫偏差和堵管問題的發(fā)生。

4.2.2 二次風(fēng)不對稱配風(fēng)調(diào)整

依據(jù)一次風(fēng)速的調(diào)整思路，對各級SOFA風(fēng)層進行不對稱調(diào)整，參數(shù)控制見表7。

由表7可知，低負荷下分別改變前后墻和左右墻SOFA風(fēng)門開度后，兩側(cè)煙溫和汽溫偏差有所減小，但并不明顯。

此外，結(jié)合磨煤機投運組合試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低負荷下一次風(fēng)速適度調(diào)整且保持磨煤機不斷層運行時，兩側(cè)煙溫偏差最大20～30 ℃，汽溫偏差也有所減小，已有明顯好轉(zhuǎn)。

結(jié)合各項試驗結(jié)果，分析造成鍋爐燃燒器改造后兩側(cè)煙溫和汽溫偏差原因如下。

表7 SOFA風(fēng)配風(fēng)調(diào)整試驗參數(shù)

a.直流燃燒器四角切圓燃燒鍋爐燃燒產(chǎn)生強烈的煙氣殘余旋轉(zhuǎn)，特別是在低負荷下，兩側(cè)燃燒強度不均，爐內(nèi)溫度場分布及其不均衡導(dǎo)致。

b.3號角燃燒器安裝角度存在偏差，可能造成火焰中心偏斜，導(dǎo)致兩側(cè)煙氣溫度分布不均，尤其是當(dāng)一次風(fēng)速調(diào)平后兩側(cè)煙溫偏差反而增大。

c.低NOx燃燒器改造取消了原設(shè)計消除兩側(cè)煙溫偏差的反切OFA風(fēng)，實際調(diào)節(jié)手段缺失，建議條件允許時恢復(fù)OFA風(fēng)噴口。

4.3 一次風(fēng)管堵管

鍋爐進行低NOx燃燒器改造后運行中出現(xiàn)了一次風(fēng)管堵塞問題，影響鍋爐正常穩(wěn)定運行。當(dāng)前劣質(zhì)煙煤占比較大，水分在15%左右，遠低于設(shè)計煤種(30%以上)，在相同磨煤機出力下造成通風(fēng)量降低，磨煤機出口溫度難以控制，因此一次風(fēng)速控制偏低，實測中發(fā)現(xiàn)個別一次風(fēng)管道風(fēng)速有時達20 m/s，易發(fā)生堵管問題。為了避免發(fā)生一次風(fēng)管堵管或減緩堵管發(fā)生頻率，采取以下措施。

a.保證同層4根一次風(fēng)管道風(fēng)速均勻，避免個別管道風(fēng)速過低，試驗期間已調(diào)整到合適值。

b.200 MW負荷以下，保持3臺磨煤機運行時，配劣質(zhì)煙煤的磨煤機入口風(fēng)壓控制在不低于5.5 kPa，磨煤機出口溫度控制在90 ℃以下。

c.結(jié)合當(dāng)前煤質(zhì)，確定合適的磨煤機風(fēng)煤比曲線，保證能夠投入自動運行。

d.加強運行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常及時切換磨煤機，并對一次風(fēng)管進行逐一吹掃。

5 結(jié)語

針對某電廠300 MW亞臨界參數(shù)鍋爐低NOx燃燒器改造后運行中出現(xiàn)的一次風(fēng)管堵塞、兩側(cè)汽溫及煙溫偏差較大、低負荷下再熱汽溫偏低、灰渣可燃物含量偏高等問題，采用燃燒調(diào)整手段進行了燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗研究。通過一次風(fēng)速調(diào)平、煤粉細度優(yōu)化、運行氧量優(yōu)化、二次風(fēng)配比優(yōu)化等試驗研究，低NOx燃燒器改造后涉及的問題得到良好改善，同時結(jié)合試驗結(jié)果，提出了合理化建議，保證機組經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。