燃煤鍋爐低NOx燃燒系統(tǒng)改造

杜承德，陳 龍

(華電國(guó)際鄒縣發(fā)電廠，山東 鄒城 273522)

0 引言

我國(guó)煤炭產(chǎn)量高居世界首位，燃煤火力發(fā)電也是我國(guó)的主要發(fā)電形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)火力發(fā)電約占全國(guó)發(fā)電量的80%以上。研究發(fā)現(xiàn)每燃燒1 t煤就產(chǎn)生8～9 kg氮氧化物，所以燃煤鍋爐是我國(guó)氮氧化物污染的主要污染源之一［1］。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定快速發(fā)展和電力工業(yè)燃煤量的增加，NOx的排放量越來越大。我國(guó)逐步加大對(duì)火力發(fā)電鍋爐NOx排放的控制和治理力度，1996年8月開始實(shí)施電站鍋爐NOx排放濃度不大于650 mg/Nm3的排放指標(biāo)規(guī)定，2003年重新修訂后的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分時(shí)段控制，對(duì)氮氧化物排放又提出了更嚴(yán)格的要求［2］。

電廠3號(hào)機(jī)組鍋爐于1988年投產(chǎn)，其NOx排放量始終維持在600 mg/Nm3以上，出于社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益考慮，2011年上半年對(duì)3號(hào)鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒系統(tǒng)改造以降低NOx排放。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

鄒縣發(fā)電廠3號(hào)機(jī)組鍋爐為東方鍋爐廠生產(chǎn)的亞臨界、自然循環(huán)、汽包爐，型號(hào)為DG1000/170-Ⅰ。制粉系統(tǒng)采用中間儲(chǔ)倉(cāng)式乏氣送粉，燃燒方式為四角切圓。燃燒器分上、下兩組，每組下層為油燃燒器噴口，其上依次為二次風(fēng)口、一次風(fēng)口，每角共有6個(gè)一次風(fēng)口，8個(gè)二次風(fēng)口，上、下組燃燒器的全部一、二次風(fēng)可同步上下擺動(dòng)25°。燃用煤種為當(dāng)?shù)責(zé)熋骸ｅ仩t主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 低氮燃燒系統(tǒng)改造

2.1 燃燒器改造

針對(duì)鍋爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，此次改造采用水平濃淡+偏置周界風(fēng)+SOFA燃盡風(fēng)技術(shù)。改造的具體方案為將上組燃燒器整體下移1 m，增加燃盡高度，上5層煤粉燃燒器采用水平濃淡燃燒器，原最下層微油點(diǎn)火燃燒器不做改動(dòng)。在主燃燒器上方5 m左右增設(shè)4層SOFA燃盡風(fēng)噴口，風(fēng)率為20%～25%。SOFA燃燒器采用大風(fēng)道式連接結(jié)構(gòu)，對(duì)燃盡風(fēng)噴口進(jìn)行供風(fēng)，布置位置及旋轉(zhuǎn)方向同原煤粉燃燒器保持不變，同時(shí)SOFA燃燒器噴口可進(jìn)行手動(dòng)水平擺動(dòng)，用來消除主燃燒器殘余旋轉(zhuǎn)，減少水平煙道左右側(cè)煙溫偏差，控制合理的減溫水量。改造前后布置對(duì)比如圖1所示。

圖1 改造方案示意圖

2.2 相關(guān)系統(tǒng)改造和優(yōu)化

鍋爐燃燒器改造后，由于增加了燃燼風(fēng)SOFA系統(tǒng)，容易造成爐內(nèi)火焰中心上移，爐膛出口煙溫升高等負(fù)面問題，為此對(duì)省煤器、空氣預(yù)熱器、制粉系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行了改造和優(yōu)化。

2.2.1 增加省煤器受熱面積

改造方案。保留省煤器三個(gè)管組中的上、中兩個(gè)管組不動(dòng)，全部更換下管組，省煤器進(jìn)口集箱相應(yīng)下移1120 mm。 將省煤器原有7個(gè)管圈增加到9個(gè)管圈，新增受熱面積全部安裝在下管組。經(jīng)過計(jì)算省煤器傳熱面積增加1 732 m2，占原設(shè)計(jì)面積的27.03%。

方案的可行性。原有省煤器、低過總載荷1 400 t，延伸后省煤器增加(含水)重量90 t，總載荷為1 490 t，比原總載荷增加6.43%。 省煤器的承載元件為懸吊管，計(jì)算壁溫為320℃，使用鋼材為20 G，懸吊管未測(cè)到壁厚減薄，金相組織經(jīng)確認(rèn)未發(fā)生降級(jí)，因此承載力衰減系數(shù)取0.8足夠安全。懸吊管的原始承載力為3 000 t，按金相組織保守檢驗(yàn)計(jì)算，使用衰減后目前尚有承載能力2 000 t，因此省煤器增加重量后的載荷是安全的。

省煤器吸熱量增加后，經(jīng)核算，省煤器出口煙氣溫度約降低15℃，省煤器出口水溫升高約4℃，達(dá)到295℃，仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飽和溫度(飽和溫度約為355℃)。為了防止省煤器沸騰，一般要求省煤器出口欠熱必須大于20℃。省煤器受熱面增加后的出口欠熱完全能夠滿足省煤器安全運(yùn)行的要求。

省煤器吸熱量增加部分與爐膛加上省煤器總的吸熱量相比所占比例非常小，對(duì)爐膛吸熱的影響微乎其微，更不會(huì)影響過、再熱汽溫。

經(jīng)過上述論證，省煤器增加受熱面的方案是可行的。

2.2.2 空氣預(yù)熱器改造

蓄熱元件優(yōu)化改造。設(shè)備改造前，在額定負(fù)荷時(shí)，空預(yù)器入口煙溫350℃，低于設(shè)計(jì)值約5℃，而排煙溫度為154℃，高出設(shè)計(jì)值約20℃，說明空預(yù)器蓄熱元件換熱能力較差。此次改造，將蓄熱元件由原來的4段布置改為3段，各段高度分別為300 mm、900 mm、1 000 mm，總高度不變，新蓄熱元件的波形在原來的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，提高蓄熱元件的換熱效率。

吹灰器改造。在空預(yù)器冷端加裝兩臺(tái)蒸汽吹灰器及相應(yīng)的汽源管道和閥門，采用蒸汽吹灰代替原來的激波吹灰器，增強(qiáng)吹灰效果。

2.2.3 一次風(fēng)管道改造

原一次風(fēng)管道與彎頭采用卡子連接，受熱脹冷縮的影響，接頭處容易漏粉，且隨著近幾年煤粉管道磨損加劇，漏粉點(diǎn)不斷增加，為方便漏粉點(diǎn)的處理，一次風(fēng)管道一直未做保溫處理，使得排粉機(jī)出口至噴燃器入口一次風(fēng)粉氣流沿程溫度降低，尤其是冬季，溫度降低的更多，對(duì)爐內(nèi)燃燒影響較大。為此，進(jìn)行以下改造：(1)將一次風(fēng)管道與彎頭連接方式改為焊接，解決原卡子連接接頭處容易漏粉的問題；(2)對(duì)管道磨損情況進(jìn)行測(cè)厚，更換磨損減薄超過原壁厚1/3的直管段；(3)對(duì)一次風(fēng)管道進(jìn)行保溫，保證一次風(fēng)粉氣流的溫度入爐前不降低，從而縮短火焰長(zhǎng)度，降低排煙溫度。

2.2.4 治理制粉系統(tǒng)漏風(fēng)

設(shè)備改造前，給煤機(jī)、木塊分離器、細(xì)粉分離器筒體、粗細(xì)粉分離器連通管和回粉管等多處均存在漏風(fēng)點(diǎn)；排粉機(jī)出口的翻板式圓風(fēng)門因結(jié)構(gòu)原因，關(guān)閉后也存在內(nèi)漏。制粉系統(tǒng)的大量漏風(fēng)，使得鍋爐在總風(fēng)量不變的情況下，經(jīng)過空氣空預(yù)器的空氣量減小，排煙溫度升高，鍋爐熱效率下降，同時(shí)也影響燃燒的穩(wěn)定性，為此，對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行以下優(yōu)化改造。

(1)風(fēng)、煤、粉管道漏點(diǎn)治理。

對(duì)給煤機(jī)殼體漏風(fēng)進(jìn)行治理，更換檢修孔門密封，將原壓緊把手改為螺栓壓接，在檢修孔門上部加裝檢查孔，運(yùn)行中將各檢修孔門關(guān)閉嚴(yán)密，防止檢修孔門關(guān)閉不嚴(yán)導(dǎo)致大量漏風(fēng)。

更換磨煤機(jī)入口落煤管和出口直管段磨損嚴(yán)重部位，新更換的磨煤機(jī)出口直管段迎風(fēng)側(cè)為內(nèi)襯8 mm厚的耐磨鋼板，并內(nèi)襯鑄石板。更換粗粉分離器回粉管，壁厚由原來的10 mm增加至12 mm，材質(zhì)由A3鋼升級(jí)為16 Mn。對(duì)粗、細(xì)粉分離器及連通管磨損嚴(yán)重部位進(jìn)行挖補(bǔ)后貼耐磨陶瓷。

對(duì)原DG1600型重錘木塊分離器進(jìn)行改造，安裝4臺(tái)半自動(dòng)木塊分離器，各孔門安裝壓緊把手，消除木塊分離器漏風(fēng)。

(2)排粉機(jī)出口風(fēng)門改造。將排粉機(jī)出口原翻板式圓風(fēng)門改造為氣動(dòng)插板門，制粉系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)，該門自動(dòng)關(guān)閉嚴(yán)密，解決停運(yùn)的制粉系統(tǒng)向爐內(nèi)漏風(fēng)的問題。

3 結(jié)語(yǔ)

通過此次改造，在額定負(fù)荷下，NOx的排放量由600 mg/Nm3(6%O2)降低到241.61 mg/Nm3(6%O2)，同時(shí)鍋爐熱效率增加了約1%，達(dá)到了電廠預(yù)定的節(jié)能減排效果。