關于低氮燃燒器摻燒不同煤質的改造

張俊友

(國電重慶恒泰發電有限公司，重慶400805)

0 概述

國電重慶恒泰發電有限公司熱電廠2#鍋爐為東鍋生產的DG1025/18.2-Ⅱ4型直流燃煤鍋爐，采用鋼球磨中間倉儲式制粉系統，熱風送粉。燃燒器為水平濃淡式，四角切圓布置，每個角的燃燒區域共有15層噴口，并分為上、下兩組，上組每個角各有8層噴口，其中包括2層煤粉燃燒器、3層二次風、2層三次風燃燒器和1層燃盡風，下組每角各有7層噴口，包括3層煤粉燃燒器和4層二次風。

2#鍋爐設計燃用煤質為本地煙煤，由于近年煤炭市場發生較大的變化，機組燃用煤質隨之變化較大，目前主要燃用劣質煙煤和貧煤。煤質的變化，嚴重影響了鍋爐機組運行的經濟性和安全性。由四川電力調試所在大修前對2#機組的鍋爐效率測試得出，2#鍋爐改造前的鍋爐效率僅為89.74%，較設計值92.5%低2.76%。表1所示為設計煤種及校核煤種煤質，表2所示模底試驗期間的實際煤種煤質。

表1 設計煤種及校核煤種煤質

表2 摸底試驗期間的實際煤種煤質

1 改造方案

1.1 改造前的摸底試驗

筆者在2#鍋爐燃燒器改造之前，參與并協助煙臺龍源技術人員完成了大量針對2#鍋爐燃燒器綜合改造的摸底試驗，現將所作的主要試驗的內容及結論整理如下:

1)一次風速的標定。試驗期間燃用混煤，機組滿負荷，4臺制粉系統全部正常運行的情況下，各一次風速的范圍在22m/s～29m/s，平均為26 m/s。各一次風之間風速偏差不大，風速略微偏高。

2)三次風速的標定。三次風道分為X、Y兩層，測量其范圍在48m/s～61m/s，平均為54 m/s，接近設計值(設計值為53 m/s)。

3)空預器漏風率測量。鍋爐在機組160MW、210MW、300MW負荷下空預器的漏風率如表3所示。由表3可知，空預器A側漏風率較大，B側漏風率較小。

表3 不同負荷下A、B側空預器的漏風率

4)煤粉細度測量。對A、B、C、D四臺球磨機的煤粉細度進行測定，R90測試結果見表4。

表4 A、B、C、D 磨煤機的 R90值

四臺球磨機的煤粉細度總的平均值為R90=14.7%，接近設計值(設計值為14%)。

5)主、再熱氣溫變化情況。在運行習慣性工況的情況下，160MW、210MW、300MW各工況的主、再熱氣溫如表5所示。

表5 不同負荷下的主、再熱汽溫度

由表5數據可以看出，在低負荷時，再熱氣溫偏低(設計值為540℃)。

6)鍋爐效率。在運行習慣性工況的情況下，鍋爐在160MW、210MW、300MW負荷時的效率見表6(僅修正排煙溫度)。

表6 不同負荷下的鍋爐效率

因燃用煤質與設計煤質偏差較大，因此對煤質進行修正(將目前摻燒的煤質修正到設計工況下的煤質)后，鍋爐在各個工況下的效率如表7所示。

表7 不同負荷下，對煤質修訂后的鍋爐效率

經煤質修正后，各個工況下鍋爐的效率均為89%左右，與修正前的鍋爐效率有較大變化，造成這種變化的主要原因為所摻燒煤碳的煤質和設計煤種煤質偏差較大。

1.2 改造前的燃燒調整試驗

1.2.1 三次風對爐內燃燒狀況的影響

1)球磨機和排粉機全停工況下的對比試驗

在300MW負荷下進行了4臺球磨機和4臺排粉機全停工況試驗，該實驗的主要目的是考察三次風對鍋爐效率的影響，保持試驗之前測試300MW的基礎工況，停磨停排前、后配風方式保持不變，其它運行設備不進行大幅操作。

①停磨停排前后鍋爐飛灰及大渣中的可燃物含量、空預器(只有一個溫度)后排煙溫度及煙氣中含氧量的變化情況如表8所示。

表8 停磨停排前、后各項指標對比

由表8可見，停磨停排后飛灰中的可燃物含量、空預器后的排煙溫度及煙氣中的含氧量均大幅降低，大渣中的可燃物含量基本持平。

②停磨停排前、后爐膛內的溫度變化情況。在停磨停排前、后分別對爐膛內的溫度進行測量，經對比發現停磨停排后，爐膛內主燃燒區域的溫度有較大幅度的提高，最高溫度由1235℃提高到1348℃(位于爐膛31m附近區域)，說明了停磨停排后爐內燃燒區域的燃燒更充分。

③停磨停排后鍋爐效率的變化。在停磨停排前后對鍋爐效率進行了測定，結果見表9。

表9 停磨停排前、后各鍋爐效率對比

停磨停排后，鍋爐效率有較大幅度增長，提高了1.9%。

④停磨停排前后主、再熱氣溫的變化。在300MW負荷下對停磨停排前后對鍋爐主、再熱氣溫進行了統計，結果如表10所示。

表10 停磨停排前、后主、再熱汽溫的變化

停磨停排后，主汽溫度及再熱氣溫都有一定程度的降低，表明隨著燃燒區域燃燒的強化，爐膛火焰中心降低，會對主、再熱氣溫造成一定程度的影響。

2)停磨不停排的工況下的對比試驗

在300MW工況下進行停磨煤機不停排粉機的對比試驗，試驗前先進行了300MW的基礎工況測試，試驗過程中將各臺球磨機逐臺停運，直至全停，維持該工況穩定運行1個小時以上，期間維持各臺排粉機的運行狀態不變，然后對該工況進行測試，該實驗的目的是為了考察三次風中所攜帶的煤粉對爐內燃燒所產生的影響。

①停磨不停排工況前、后飛灰、大渣可燃物含量、空預器后排煙溫度、煙氣中含氧量及鍋爐效率的變化，結果如表11所示(鍋爐效率未經過燃料修正)。

表11 停磨不停排前、后各項指標的對比

由表11可見，停磨不停排后，飛灰中的可燃物含量大幅減少，排煙溫度變化不大，鍋爐效率顯著提高，共提高2.02%。

②停磨不停排工況前、后主、再熱氣溫的變化。

表12 停磨不停排前、后主、再熱汽溫的變化

由表12可看出，球磨機停運前后，主、再熱氣溫均降低，再熱氣溫下降幅度尤為明顯。

1.2.2 二次風配風對比試驗

在300MW工況下進行了二次風配風對比試驗，配風方式的主要變化為:將各層一次風的周界風擋板門開度由原來的20%開大到50%，將各層二次風擋板門統一開到70%，同時將燃盡風OFA關小到30%，該配風方式主要加強了燃燒器區域二次風的供給。在此過程中，對兩種工況下的飛灰、大渣可燃物含量、空預器后排煙溫度、煙氣中含氧量及鍋爐效率進行了測試，結果如表13所示(鍋爐效率未經過燃料修正)。

表13 二次風配風調整前、后各項指標的對比

由表13可見，配風后鍋爐效率有較大提高，大渣中可燃物含量大幅降低。

1.2.3 配煤分層燃燒對比試驗

在300MW負荷工況下進行了煙煤和貧煤分層燃燒方式下的鍋爐效率測量，并與混煤燃燒方式下的300MW工況進行對比，以確定鍋爐煤炭摻燒的經濟性。

在配煤分層燃燒方式下，燃燒器下兩層半(10只火嘴)摻燒貧煤，上兩層半(10只火嘴)摻燒煙煤，測得的數據如表14所示(鍋爐效率未經過燃料修正)。

表14 混煤和分層燃燒工況下各項指標的對比

根據表14的數據可看出，分層燃燒有利于鍋爐效率的提高。

1.3 試驗結果分析及方案確定

通過對以上試驗數據及現象的分析，可得到以下結論:

在160MW、210MW、300MW負荷下測試的鍋爐效率分別為89.1%、87.8%、87.0%。鍋爐效率均偏低，從試驗期間煤質情況來看，2#號鍋爐燃用煤質較差，使用現有的燃燒設備不能使煤粉充分的燃盡，使得飛灰和大渣中的含碳量偏高，這是鍋爐實際運行效率低的主要原因。

從三次風下移試驗(通過改變球磨機排粉機運行工況實現)來看，對本鍋爐而言，無論是三次風中煤粉下移還是三次風整體下移到主燃燒區域都能顯著提高鍋爐效率，其中三次風中煤粉的下移對鍋爐效率的影響是主要的，停磨同時停排粉機對比試驗能提高鍋爐效率1.9%;停磨不停排粉機對比試驗能提高鍋爐效率2.02%。由此可見，將三次風中風、煤粉下移到主燃燒區域作為改造的主要思路是可取的，同時應該注意的是，三次風下移過程中會造成主、再熱汽溫下降。

從試驗期間的實際情況來看，在各負荷下運行，過熱汽溫基本在535℃以上，主汽溫能達到運行要求，但再熱汽溫偏低。

一次風噴口風速通過實測和換算平均在26m/s左右，風速略高，各層一次風風速偏差不大。

三次風噴口風速通過實測和換算平均在54m/s左右，各層三次風風速偏差不大。

在鍋爐正常運行中，四臺磨煤機的煤粉細度總的平均值為R90=14.7%，該煤粉細度對于2#爐燃用煤種來說偏粗，應降低煤粉細度至R90=10%。

采用配煤分層燃燒后，鍋爐效率可提升約0.5%左右。

2 改造方向

針對以上結論，我們明確了燃燒器綜合改造的方向，即:

1)針對實際煤質情況及實際熱風溫度對現有的燃燒系統進行改造，即一次風噴口采用寬鈍體大回流式濃淡燃燒器，強化煤粉初期著火性能及穩燃能力。同時，根據分層配煤燃燒需求，考慮上下兩組一次風噴口選用不同設計風速以適應不同煤種的著火需求:AA層二次風噴口適當增大，增加托粉風量，以減小爐底落渣及降低大渣含碳量;下組燃燒器的中二次風噴口適當縮小，減少中二次風風量，使下組燃燒器相鄰一次風形成相對集中入射，以適應較差的煤質狀況，提高鍋爐的燃燒穩定性;同時，其余二次風噴口根據實際熱風溫度做適當調整，保證噴口二次風速，增強二次風剛性和穿透能力。

2)將兩層三次風中Y層三次風下移到兩組燃燒器之間的位置，即24m標高左右，保持X層三次風位置不變。同時X層和Y層三次風的噴口面積根據目前三次風量做適當調整，適當降低三次風風速。

通過三次風的下移能將三次風中攜帶的煤粉送入主燃燒區域的高溫部分，這樣有利于煤粉的燃盡和鍋爐效率的提高。

3)采用分層配煤燃燒方法，下部區域燃用難燃盡的煤質，上部區域燃用易燃盡的煤質，相應調整一次風速，使之與煤種相適應。

4)考慮到強化一次風著火及三次風下移會導致爐內火焰中心的下移，這會使原本就不太充裕的主、再熱汽溫不足的問題更加明顯。因此，需要在下組燃燒區域向火側水冷壁面適量布置衛燃帶，提高主燃燒區域溫度，強化煤粉著火初期的溫度;同時，在低溫區及燃盡區適當布置衛燃帶，使整個區域熱負荷更均勻分布，優化煤粉的燃盡條件，并保證爐膛出口煙溫合適，主、再蒸汽汽溫正常。

改造方案示意圖如圖1～圖3所示。

圖1 燃燒器改造圖及燃燒器布置方式

圖2 三次風下移方案(布置標高23.500米)

3 改造效果

2#爐節能綜合改造后，通過近半年的運行觀察，各項運行指標達到預期要求，鍋爐效率提高了2.52%，達到92.26%;鍋爐發電煤耗降低，改造后發電煤耗為304.9g/kW·h(其中鍋爐降低7g/kW·h，汽機降低6.6g/kW·h)，較大修前的發電煤耗318.5 g/kW·h降低了13.6g/kW·h。

目前2#爐運行狀況良好，各項運行指標達到設計要求，鍋爐效率達到92.26%，接近鍋爐設計效率92.5%。

4 改造效益

鍋爐經過改造后，主要經濟性體現在鍋爐效率的提高和供電煤耗的降低上，并能極大地提高煤種的適應性，發電煤耗按7g/kW·h計，按1臺機組在300MW負荷下一年運行5000小時算，即年發電量15億度:

年節標準煤=7×15×108×10-6=10500噸標準煤;

今年標煤單價593元/噸，節約燃煤成本:10500×593=619.5萬元;

二氧化硫產生量=2×By×3.88% ×0.99=840噸。

上面公式中:By為標煤量，3.88%為全年入爐煤平均硫分，0.99為煙氣脫硫率。

2#爐節能綜合改造后的NOx排放為463.04mg/Nm3，改造前為481.95mg/Nm3，NOx降低了18.91mg/Nm3(其中1058141 Nm3/h為每小時的煙氣量，標況下)。

年減少NOx排放為18.91×1058141×5000×10-9=100噸。

5 存在的問題

本次鍋爐節能綜合改造將A、C制粉系統三次風噴口下移至爐膛C、D層燃燒器之間，同時，為了防止三次風下移后對爐膛燃燒穩定產生影響，在下移后三次風噴口周圍敷設了部分衛燃帶。經過觀察運行發現，在機組低負荷運行時，如果長時間運行A、C制粉，則下移三次風噴口衛燃帶區域結焦嚴重，鍋爐易發生掉大焦而造成燃燒不穩的現象。目前2#爐節能綜合改造后采取的是上層煙煤下層貧煤燃燒方式，當燃煤結構發生改變后，下層燃用貧煤區域揮發份升高時，下層衛燃帶區域結焦較為嚴重。