600MW鍋爐低NOx燃燒器改造后汽溫調整探討

摘要：臺山電廠2號爐率先進行了600MW鍋爐燃燒器的改造，顯著降低了NOx的排放，同時也引發了鍋爐再熱汽溫達不到原設計溫度的嚴峻問題。經過長期的燃燒調整試驗，再熱汽溫得到了顯著的提升，實現了環保與能耗的雙贏。

關鍵詞：600MW鍋爐；低NOx燃燒器；再熱汽溫；改造調整

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）25-0041-03

1 鍋爐設備概述

臺山電廠2號機組600MW亞臨界鍋爐系上海鍋爐廠有限公司設計制造，配用中速磨煤機正壓直吹式制粉系統，單爐膛Π型露天布置，全鋼懸吊結構，采用四角切向燃燒方式，出渣設備為機械除渣。

鍋爐燃燒器采用四角布置，共24只切向燃燒擺動式，分6層布置，每層設置4只燃燒器。在頂部燃燒器上方各設一層燃盡風和輔助風噴口。煤粉噴口、二次風噴口、燃盡風噴口均可上下擺動，用以調節再熱汽溫。一組燃燒器共有14個噴嘴，其中6個煤粉噴嘴和7個二次風噴嘴間隔布置，最上面有1個燃盡風噴嘴作為控制NOx生成的主要措施。為了更好地組織燃燒和保護煤粉噴嘴，二次風中的一部分作為煤粉噴嘴的周界風，其余由各二次風噴口送入爐膛。燃燒器自下而上布置依次為：FF、F、EF、E、DE、D、CD、C、BC、B、AB、A、AA、OFA。

2 改造后燃燒器概述

廠家采用高級復合式空氣分級低NOx燃燒技術的改造方案。

保持原制粉系統與煤粉管道布置不變，現有的4個主燃燒器（含水冷套）進行整體更換。主風箱設有6層WR煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風。在每相鄰2層煤粉噴嘴之間布置有3層輔助風噴嘴，其中包括上下2只偏置的輔助風噴嘴（CFS）和1只直吹風噴嘴。在主風箱頂端設有2層緊湊燃盡風噴嘴（COFA），在主風箱底端設有2層二次風噴嘴。在主風箱上部布置有兩級高位燃盡風（SOFA）燃燒器，每級包括3層可水平擺動的高位燃盡風（SOFA）噴嘴。

3 改造后產生的問題

燃燒器改造后，2號爐存在再熱汽溫明顯偏低的問題，尤其是在變負荷過程中再熱汽溫下降較快。原設計ECR工況下再熱蒸汽出口溫度可達541℃（改造前能夠達到設計值）。改造后，ECR工況下，高側再熱蒸汽出口溫度僅525℃，低側不到510℃。不但左右兩側形成了更加明顯的偏差，而且嚴重影響了機組的綜合效率。

4 燃燒調整試驗

4.1 試驗調整手段

在通過燃燒器擺角調整，找出擺角與汽溫的特性關系；在吹灰頻率減少時，觀察爐膛沾污系數變化對再熱汽溫的影響；在吹灰頻率減少時，觀察爐膛沾污系數變化對排煙溫度的影響；不同磨煤機組合方式運行對再熱汽溫的影響；氧量與再熱汽溫的關系；通過對改造的CFS、COFA、SOFA二次風門調整，找出輔助風與汽溫的特性關系。

考慮到運行人員的實際操作盡可能多地投自動，其中燃燒器擺角、優化吹灰作為改善再熱汽溫的

主要手段，磨組合方式與氧量作為次要手段備用。

另外，針對再熱汽溫偏差的情況，通過改變爐內煙氣的啟旋和消旋進行各級受熱面左右側吸熱特性的定性分析，得到再熱汽溫左右側偏差調整的

規律。

4.2 試驗工況

根據運行負荷情況主要進行了600MW、500MW、450MW、400MW、330MW、300MW一些工況的試驗。（試驗數據龐大，故省去。）

4.3 試驗結論

在鍋爐改造后，因為燃燒器采取了一些防結渣措施，水冷壁相對比較干凈，需要通過減少吹灰來滿足鍋爐水冷壁沾污達到設計以滿足各段受熱面吸熱對爐膛出口煙溫的要求。總之，燃燒器的改造提高了鍋爐的防結渣能力，提高了煤種適應性能，擴大了爐膛沾污系數的可調范圍。通過調整燃燒器擺角和調整吹灰控制爐膛沾污系數，就能使2號鍋爐再熱汽溫在不同煤種下各負荷段均能達到設計要求，但是需要運行過程中根據煤種的結渣特性變化趨勢進行相應的吹灰調整和運行調整。

爐膛火焰中心高度和爐膛沾污系數對鍋爐的再熱汽溫影響非常大，以下簡述再熱汽溫影響因素的幾個結論：

4.3.1 爐膛火焰中心高度對再熱汽溫的影響較大。在燃燒器上擺過程中，從水平上擺至15°時，再熱器溫升較小，在從15°上擺至30°的過程中，再熱器溫升較大，效果更好（見圖1所示）：

圖1 擺角與再熱器溫升

4.3.2 爐膛沾污系數變化對再熱汽溫影響較大。總體來說，爐膛沾污系數變化對再熱汽溫的影響可達到20℃以上，減少吹灰頻率，低負荷時統計的再熱汽溫較之前提高11℃，中負荷提高8℃，滿負荷提高4℃，總體效果明顯。

4.3.3 爐膛沾污系數變化對排煙溫度的影響較小。在通過減少吹灰頻率來提高再熱汽溫的過程中，在各種負荷時，排煙溫度相對正常吹灰時提高了約2℃～3℃，其對鍋爐效率的影響約為0.1%～0.15%，基本可忽略不計。

4.3.4 不同磨組合方式，投運上層磨對再熱汽溫肯定有利，由于試驗條件限制，未進行不同負荷磨投運方式的變化，只是根據600MW負荷時磨的運行層的變化，初步判斷投運A磨時較不投運時汽溫約高5℃～10℃。

4.3.5 氧量的變化對再熱汽溫的影響因初步判斷通過燃燒器擺動和控制吹灰頻率就可以滿足再熱汽溫的要求，暫沒有進行相關試驗，避免影響鍋爐的效率。

4.3.6 改造后的輔助風噴嘴CFS主要起強化燃燒、穩定燃燒的作用，在二次風箱與爐膛差壓＞400kPa前提下，300～600MW負荷區間內，只要對應層CFS開度≮30%，是能夠實現穩定燃燒的，如果在30%基礎上繼續開大、深度強化燃燒，則會使煤粉提前燃盡，從而影響再熱器的吸熱，但影響程度不大。燃盡風噴嘴COFA對NOx濃度有非常大的影響，但就對再熱汽溫而言，其影響程度不及頂層的高位燃盡風SOFA。400MW以上負荷時，SOFA開大對再熱汽溫的提升效果非常明顯。COFA與SOFA對再熱汽溫的影響見圖2和圖3所示：

圖2 COFA對再熱汽溫的影響

圖3 SOFA對再熱汽溫的影響

4.3.7 關于后屏出口汽溫的限制：在降負荷過程中，由于吸熱分配上的變化，后屏出口溫度會逐漸升高，見圖4所示，設計上，在300MW負荷時，后屏出口溫度為535℃，而實際運行時，運行人員一般不會讓后屏出口溫度超過530℃，限制了低負荷時燃燒器的上擺，不利于再熱汽溫的提高。

圖4 后屏出口溫度的控制

4.3.8 關于再熱汽溫的偏差問題：在順時針切圓的鍋爐上，爐膛出口輻射受熱面吸熱呈右高左低的趨勢，水平煙道對流受熱面呈左高右低的趨勢，并且偏差量不同。通過SOFA風的消旋，可有效減少再熱器吸熱上的偏差。SOFA風量的控制原則上根據負荷來控制，偏差的調整可通過SOFA風量的微調來控制，觀察末級再熱器的吸熱量，450MW負荷以上時末級再熱器溫升右側較左側高10℃左右，330MW以下時末級再熱器溫升右側較左側高20℃左右，450～330MW之間，末級再熱器溫升隨負荷降低右側較左側高的溫度逐漸由10℃提高到20℃

左右。

4.3.9 關于負荷變化中再熱汽溫下降較快：主要是與滑壓運行方式和煤量超調有關。亞臨界600MW機組在滑壓運行時，主汽壓力越高，高排溫度越低；主汽壓力提高2MPa，高排溫度降低約6℃，相應的主汽流量大9噸，再熱汽流量大約3噸；考慮到溫度變化與吸熱量變化基本為正比關系，流量變大約影響1℃再熱汽溫，那么因為滑壓曲線變化造成的高排溫度低6℃則影響再熱汽溫約5℃。總之，改造后高排溫度較改造前低10℃～15℃，則再熱汽溫相應影響約9℃～14℃。在降負荷過程中，煤量超調嚴重，如某日負荷變化50MW，煤量超調約18t，對應負荷約40MW，嚴重影響再熱汽溫，如負荷變化更多，超調更嚴重。因此需對機組的滑壓運行方式和協調控制進行優化。

5 結語

通過試驗結果分析，可得出以下結論：鍋爐的再熱汽溫可以滿足設計要求，燃燒器系統的改造主要改變了水冷壁區域的結渣特性和吸熱特性，通過優化吹灰能夠滿足各段受熱面的吸熱需求，從而保證過熱汽溫和再熱汽溫。

參考文獻

[1] 廣東國華粵電臺山發電有限公司．600MW機組集控運行規程[S]．2011．

[2] 上海鍋爐廠有限公司．廣東臺山電廠2號鍋爐低NOx改造項目煤粉燃燒設備說明書[S]．2011．

作者簡介：陳邦煥（1981-），男，浙江人，廣東國華粵電臺山發電有限公司助理工程師，研究方向：火電廠集控運行。

（責任編輯：周加轉）