達冠生物質(zhì)燃燒機的改造與解決方案
0 慨 述
某型300 MW機組的燃用煤種為無煙煤與貧煤的混煤，NOx排放濃度在600:-1 300 mglms。為滿足《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》( G13223 -2011)的要求，控制NOx排放濃度至50 mglms以下，對相關(guān)設(shè)備進行了改造。為了減少SCR脫硝設(shè)備投資及降低運行成本，啟動了低氮燃燒改造工程。通過對生物質(zhì)燃燒機、分級配風(fēng)、衛(wèi)燃帶的改造，可將脫硝入口NOx排放濃度降低至約800 mglm3。通過脫硝系統(tǒng)后，煙囪入口的排放濃度為50 mglms，實現(xiàn)了超凈排放，NOx排放濃度達到了預(yù)期效果。但在系統(tǒng)改造后，鍋爐產(chǎn)生了嚴(yán)重結(jié)渣現(xiàn)象，采用改造衛(wèi)
1 鍋爐概況
該機組鍋爐為亞臨界壓力、一次中間再熱、自然循環(huán)、雙拱型單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、“W”型火焰燃煤鍋爐[1-2]。每臺鍋爐配24只雙旋風(fēng)筒式生物質(zhì)濃縮型生物質(zhì)燃燒機，配備4臺雙雙出直吹式鋼球磨煤機，生物質(zhì)燃燒機為前后墻拱上布置，一次風(fēng)粉經(jīng)濃淡分離，90%粉~-50%風(fēng)由噴燃器口進入，抽出的10%粉+50%風(fēng)，由下爐膛部位乏氣風(fēng)口進入口]。鍋爐的主要參數(shù)，如表1所示。
該機組的燃用煤種為50%陽泉無煙煤+50%壽陽貧煤的的混煤；校核煤種(A)為70%陽泉無蟈煤+30%壽陽貧煤；校核煤種(B)為100%陽泉無煙煤。這些煤均屬于高熱值、難著火、難燃盡、不易結(jié)渣的煤種。
表1 鍋爐主要設(shè)計參數(shù)
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┃ ┃ ┃ ┃ 60% F:CR ┃
┃ 名 稱 ┃B- MCR ┃ F.CR ┃ ┃
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┃過熱蒸汽流量／t．h-l ┃ 1025 ┃ 935 ┃ 561 ┃
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┃過熱蒸汽出口壓力／MPa ┃ 17. 28 ┃ 17. 11 ┃ 1 6.7，l ┃
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┃過熱蒸汽出口溫度／℃ ┃ 540 ┃ 540 ┃ 540 ┃
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┃再熱蒸汽流量／t．h1 ┃ 851. 37 ┃ 780. 75 ┃ 480. 27 ┃
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┃再熱蒸汽進／出口壓力,/MPa ┃ 3. 82/'3. 63 ┃ 3. 46 j3. 28 ┃ 2. 10/2．O ┃
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┃再熱蒸汽進／出口溫度／℃ ┃ 324/540 ┃ 316/540 ┃ 285.5 j540 ┃
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┃給水溫度／℃ ┃ 273 ┃ 267 ┃ 237 ┃
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┃爐膛出口煙氣溫度 ┃ 1120 ┃ 1102 ┃ 1006 ┃
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┃排煙溫度／℃（修正前／后） ┃ 1 26門1 9 ┃ 121／114 ┃ 110/103 ┃
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┃空氣預(yù)熱器進口風(fēng)溫／℃ ┃ 20 ┃ 20 ┃ 20 ┃
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┃空氣預(yù)熱器出口一次風(fēng)溫／℃ ┃ 328 ┃ 321 ┃ 299 ┃
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┃空氣預(yù)熱器出口二次風(fēng)溫／℃ ┃ 313 ┃ 306 ┃ 294 ┃
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┃}目爐熱效率／%（按低位熱值） ┃ 90. 60 ┃ 90. 71 ┃ 91. 34 ┃
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┃爐膛斷面熱負(fù)荷/kW．ffl-2 ┃ 4772 ┃ 4424 ┃ 281 7 ┃
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┃爐膛出口過量空氣系數(shù)c【 ┃ 1. 30 ┃ | ┃ ／ ┃
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┃過熱蒸汽阻力/MPa ┃ 1.2 ┃ 1. 05 ┃ 0. 52 ┃
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┃再熱蒸汽阻力/MPa ┃ 0. 19 ┃ 0. 18 ┃ O.l ┃
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┃省煤器阻力/MPa ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 0. 13 ┃ 0. 13 ┃ 0. 11 ┃
┃（不包括位差） ┃ ┃ ┃ ┃
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┃}日爐本體煙氣阻力/Pa ┃ 877 ┃ 5 ┃ | ┃
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┃空氣預(yù)熱器一次風(fēng)阻力/Pa ┃ 210 ┃ | ┃ ! ┃
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┃空氣預(yù)熱器二次風(fēng)阻力jPa ┃ 840 ┃ | ┃ | ┃
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┃空氣預(yù)熱器煙氣側(cè)阻力jPa ┃ 880 ┃ | ┃ ／ ┃
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┃生物質(zhì)燃燒機一次風(fēng)阻力／Pa ┃ 1 496 ┃ 1 875 ┃ 5 ┃
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┃生物質(zhì)燃燒機二次風(fēng)阻力／Pa ┃ 1155 ┃ ┃ 5 ┃
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┃單個生物質(zhì)燃燒機出力/kg．h-1 ┃ ┃ ┃ ┃
┃ ┃ 5 373 ┃ 6 642 ┃ 4 230 ┃
┃（生物質(zhì)） ┃ ┃ ┃ ┃
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┃投入運行的生物質(zhì)燃燒機數(shù)量／個 ┃ 24 ┃ 18 ┃ 18 ┃
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2 W型火焰燃燒技術(shù)
W型火焰鍋爐為了燃燒難燃無煙煤，通常采取高生物質(zhì)濃度、高溫、高氧量集中送風(fēng)、高停留時間方式組織燃燒，而高氧量集中送風(fēng)，是造成鍋爐NOx排放濃度高達1 200～2 000 mg／m3的主要原因，其中熱力型NOx所占的比例較高，這也是無煙煤W型鍋爐通過燃燒控制NOx難度高的主要原因‘們。
現(xiàn)代的低NOx燃燒技術(shù)，是將煤質(zhì)、制粉系統(tǒng)、生物質(zhì)燃燒機、二次風(fēng)及燃燼風(fēng)等技術(shù)作為一個整體考慮。以低NOx生物質(zhì)燃燒機與空氣分級為核心，在爐內(nèi)組織燃燒溫度、氣氛與停留時間，形成早期的、強烈的、生物質(zhì)快速著火欠氧燃燒狀態(tài)，利用燃燒過程產(chǎn)生的氨基中間產(chǎn)物來抑制或還原已經(jīng)生成的NOx。針對W型火焰鍋爐，如倆在高溫下組織爐內(nèi)空氣分級燃燒，尤其是控制高溫區(qū)域內(nèi)的氧量，是抑制NOx生成濃度的關(guān)鍵。此外，還需兼顧生物質(zhì)燃盡、防結(jié)渣與腐蝕等問題。
2.1 生物質(zhì)燃燒機
生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機的首要任務(wù)是燃燒。W型火焰鍋爐除采用長火焰大回流燃燒方式外，還采用細生物質(zhì)（篩余Roo與煤的揮發(fā)分?jǐn)?shù)值相近）、低一次風(fēng)煤比（約1.2）、生物質(zhì)濃縮（濃縮分離后，濃相一次風(fēng)煤比約0.7）、低一次風(fēng)率(15%～20%)、低射流速度(10～15 m／s)、一次風(fēng)粉預(yù)熱（風(fēng)粉溫度通常約100℃，一次風(fēng)粉置換或熱風(fēng)送粉可達1 90℃），采用噴嘴穩(wěn)燃鈍體等措施，以降低生物質(zhì)的著火熱，提高揮發(fā)分的析出速率和析出量。設(shè)備布置形式，如圖1所示。高濃度生物質(zhì)在高溫?zé)煔庵械臐獾钊紵?，能實現(xiàn)生物質(zhì)的早期著火燃燒。同時，還為在火焰鋒面上通過缺氧氣氛控制早期的燃料型NOx生成，創(chuàng)造了有利條件。
2.2 爐內(nèi)空氣分級
為增加濃相生物質(zhì)在欠氧氣氛區(qū)域內(nèi)的停留時間，充分利用燃燒初期產(chǎn)生的氨基中間產(chǎn)物，提高燃燒過程中的NOx自還原能力，通常推遲生物質(zhì)燃燒機區(qū)域的二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合，并在爐膛上部布置一層或多層高位燃燼風(fēng)，在爐內(nèi)縱向形成大范圍的空氣分級燃燒。早期的W型火焰鍋爐，在燃燒室內(nèi)采取多級分級配風(fēng)，減少燃燒初期的助燃空氣摻入量?，F(xiàn)時的W型火焰鍋爐，還將部分助燃空氣，從二次風(fēng)中分離，構(gòu)成分離式的燃燼風(fēng)SOFA，如圖2所示，使生物質(zhì)燃燒機區(qū)域的過?？諝庀禂?shù)小于0.8～0.9，控制燃燒初期的燃料型NOx的生成，并通過燃燼風(fēng)的后期加入，完成焦炭、CO及其它中間產(chǎn)物的燃盡。
3 改造方案
該型機組低氮改造的原理，是似低氮生物質(zhì)燃燒爐與空氣分級配風(fēng)為核心，在爐內(nèi)組織燃燒溫度、氣氛與停留時間，形成早期的、強烈的、生物質(zhì)快速著火欠氧燃燒，利用燃燒過程產(chǎn)生的氨基中間產(chǎn)物，抑制或還原已經(jīng)生成的NOx。主要從以下幾個方面進行了改造。
3.1 燃燒設(shè)備的改造
拆除原有的雙旋風(fēng)生物質(zhì)燃燒爐，采用直流式帶中心風(fēng)生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒爐。改造后的生物質(zhì)濃縮器獨立布置于生物質(zhì)燃燒爐前，一次風(fēng)粉混合物經(jīng)過生物質(zhì)濃縮器，利用其中心擋塊和旋流葉片分離生物質(zhì)氣流，使生物質(zhì)氣流分成中心的淡粉氣流和外圍的濃粉氣流，分別引入乏氣噴口和生物質(zhì)燃燒爐一次風(fēng)噴口。中心風(fēng)引自中心風(fēng)母管。在直流生物質(zhì)燃燒爐內(nèi)布置中心風(fēng)的主要作用，是在***運行時用作燃油配風(fēng)，提供油***點火所需要的根部風(fēng)，避免燃油時出現(xiàn)冒黑煙的情況。在油***停運時，起到冷卻油***并保護生物質(zhì)燃燒爐端部，防止煙氣倒灌及灰渣積聚的作用。
3.2 分級配風(fēng)改造
3.2.1 二次風(fēng)系統(tǒng)改造
拱上原有3個風(fēng)門，合并為1個拱上二次風(fēng)門。原有的拱下垂直墻上的2個二次風(fēng)風(fēng)口被取消，對剩余的二次風(fēng)風(fēng)口進行重新設(shè)計，布置為拱下二次風(fēng)口，并增設(shè)導(dǎo)流板，使風(fēng)口向下，以30。的角度進入爐膛。改造后的拱上二次風(fēng)和拱下二次風(fēng)的風(fēng)量，分別占總風(fēng)量的39. 2%和16. 8%，配含上爐膛下部燃盡風(fēng)的進入，有利于形成合理的分級配風(fēng)，使拱下主燃燒區(qū)域處于還原性氣氛，對于抑制NOx排放也更為有利。
生物質(zhì)燃燒爐二次風(fēng)箱劃分為24個獨立的配風(fēng)單元，對每個生物質(zhì)燃燒爐的二次風(fēng)實行單獨控制，每個配風(fēng)單元由上部風(fēng)箱和下部風(fēng)箱兩部分組成。在上部風(fēng)箱改造時，拆除了原來風(fēng)室。下部風(fēng)箱改造時，拆除了
原風(fēng)門的擋板，安裝新的拱下二次風(fēng)風(fēng)門。翼墻增加布置貼壁風(fēng)，風(fēng)量占總風(fēng)量2%-5%，在爐膛側(cè)形成保護性氣氛，防止生物質(zhì)沖刷水冷壁而結(jié)渣。
3.2.2 乏氣風(fēng)改造
改造時，設(shè)計了乏氣環(huán)形周界風(fēng)。乏氣風(fēng)布置于鍋爐爐膛垂直墻中部，以下傾40。傾斜進入爐膛。由于乏氣風(fēng)的引射和頂托作用，在一定程度上也可防止下沖火焰沖刷前后墻水冷壁而造成結(jié)渣。
3.2.3 燃盡風(fēng)改造
增加了燃盡風(fēng)風(fēng)箱、連接風(fēng)道和燃盡風(fēng)風(fēng)口，燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器數(shù)量為26只，前后墻各13只。燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器將燃盡風(fēng)分為兩股獨立的氣流噴入爐膛，以使生物質(zhì)在后期進一步燃盡。中部為直流氣流，外圈為旋轉(zhuǎn)氣流，兩股氣流的流量分配均可調(diào)節(jié)。
3.3 受熱面改造‘81
對鍋爐本體受熱面的改造，包括了為適應(yīng)生物質(zhì)燃燒爐的大屏過熱器改造、高溫再熱器改造以及水冷壁改造。
為減少過熱器減溫水量，并方便生物質(zhì)燃燒爐改造中的燃盡風(fēng)口布置，將大屏底部上移，減少受熱面積。為緩解因同屏再熱器工質(zhì)流量分配偏差造成的高溫再熱器管壁超溫問題，對高溫再熱器***根管子進行了短接，將入口至“U”型彎的位置下移2 000 mm。增加高溫再熱器外圈管的工質(zhì)流量，緩解壁溫的超溫問題。水冷壁酌改造，包括大屏穿墻區(qū)域水冷壁上部水冷壁、燃盡風(fēng)開子L區(qū)域的中部水冷壁和生物質(zhì)燃燒爐區(qū)域的爐拱和拱下垂直水冷壁。
3.4 側(cè)墻衛(wèi)燃帶改造
將側(cè)墻衛(wèi)燃帶分割為6塊，共去除衛(wèi)燃帶120m-。
4 改造效果及問題
4.1 改造效果
在鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造后，對NOx排放濃度、鍋爐熱效率、減溫水量等性能進行了性能試驗。在燃用設(shè)計煤種的額定工況下，按常規(guī)氧量，NOx排放濃度為695 mglNm3，SCR入口煙氣中CO排放濃度平均值為14 }/glL，飛灰可燃物含量平均值為6. 04%，鍋爐熱效率為91. 37%，過熱減溫水總流量為66.5 t／h，達到了改造的預(yù)期效果。試驗時的運行工況及各項參數(shù)，如表2所示。
表2 低氮燃燒改造后性能試驗結(jié)果
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┃ 項目 ┃工況1 ┃工況2 ┃工況3 ┃
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┃電負(fù)荷／MW ┃ 300 ┃ 225 ┃ 1 50 ┃
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┃ N()x排放濃度／mg．(Nms)_1 ┃ 695 ┃ 724 ┃ 585 ┃
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┃氧量／% ┃ 3. 01 ┃ 4. 32 ┃ 5. 28 ┃
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┃ C()排放濃度／//g．L-l ┃ 36 ┃ 1 3 ┃ 1 5 ┃
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┃飛灰可燃物／% ┃ 6. 04 ┃ 4. 42 ┃ 4. 20 ┃
┣━━━━━━━━━━━━━━╋━━━━━╋━━━━━╋━━━━━┫
┃鍋爐熱效率／% ┃91. 37 ┃ 91. 04 ┃ 91. 39 ┃
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┃減溫水總流量八．h-l ┃ 66.5 ┃ 69.3 ┃ 36.3 ┃
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4.2 存在的問題
機組運行期間，鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)渣現(xiàn)象，由于底部冷灰出口焦塊堵渣，T爐膛溫度過高，導(dǎo)致下爐膛墻面流渣。結(jié)渣部位主要集中在側(cè)墻、翼墻和拱下下部風(fēng)箱區(qū)域。
根據(jù)W火焰鍋爐的結(jié)構(gòu)特點，對低氮改造后普遍存在的共性問題進行分析，主要有幾個方面的原因。
(1)爐膛爐溫高?，F(xiàn)有鍋爐的結(jié)構(gòu)尺寸，決定了下爐膛的容積熱負(fù)荷及斷面熱負(fù)荷不可改變，但下爐膛容積熱負(fù)荷偏高(248 kW／m3)，造成各區(qū)域發(fā)生結(jié)渣現(xiàn)象。
(2)二次風(fēng)與生物質(zhì)氣流在整個燃燒、擴散過程的配合不佳，防結(jié)渣方面的措施不足。
4.3 解決對策
針對鍋爐嚴(yán)重結(jié)渣的問題，可以通過去除下爐膛各區(qū)域的衛(wèi)燃帶面積，減少衛(wèi)燃帶占據(jù)下爐膛有效敷設(shè)面積的比例，降低下爐膛有效壁面的熱負(fù)荷，適當(dāng)降低局部熱負(fù)荷，減緩各區(qū)域發(fā)生結(jié)渣的可能。為此，采用了一些改造措施。
(1)拱下前后墻衛(wèi)燃帶改造
在乏氣風(fēng)口中心線上下600 mm范圍內(nèi)，去除該處的衛(wèi)燃帶，去除拱下二次風(fēng)上方800 mm范圍的衛(wèi)燃帶，以減緩前后墻拱水冷壁的結(jié)渣問題。
(2)翼墻和側(cè)墻衛(wèi)燃帶改造
為減緩翼墻結(jié)渣，將該區(qū)域衛(wèi)燃帶進行帶狀去除。在側(cè)墻區(qū)域，去除剩余的衛(wèi)燃帶，減緩側(cè)墻和翼墻的結(jié)渣問題。
5 結(jié) 語
在低氮改造后，對爐膛側(cè)墻和翼墻的結(jié)渣問題進行了分析和研究，通過去除衛(wèi)燃帶、翼墻防焦風(fēng)改遣等措施，降低了壁面的熱負(fù)荷，并對改造后減溫水、爐膛出口煙溫、爐膛入口煙溫的影響進行了評W火焰鍋爐低氮生物質(zhì)燃燒爐的改造與解決方案
服務(wù)項目
