M-PM燃燒器在600MW超超臨界機組的改造

深能合和電力（河源）有限公司 宋 海

M-PM燃燒器在600MW超超臨界機組的改造

深能合和電力（河源）有限公司 宋 海

M-PM燃燒器為哈鍋新引進新型燃燒技術，具有更加寬泛及有效的著火區域，煤粉分布呈現出中心濃，外圍淡的整體趨勢，降氮效果更佳。河源電廠#2爐采用M-PM燃燒器改造后，進過相關性能調整試驗，鍋爐出口NOx排放進一步降低，以滿足總NOx排放低于50 mg/Nm3的環保要求。

燃煤鍋爐；低氮燃燒器改造；M-PM燃燒器

1.前言

隨著世界范圍內環保壓力的與日劇增，燃煤電廠的NOx排放越來越受到重視。在降低NOx排放方面，低NOx燃燒器是一個重要選擇，國內外已經開發出了多種型式的低NOx燃燒器，其性能各有優劣[1-2]。

2.設備概況

2.1 鍋爐概況

河源電廠600MW超超臨界機組為哈爾濱鍋爐廠有限公司設計，鍋爐型號為HG-1795/26.15-YM1。鍋爐采用П型布置、單爐膛、改進型低 NOx 分級送風燃燒系統、墻式切園燃燒方式，爐膛采用內螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環泵的啟動系統、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風、露天布置、固態排渣、全鋼構架、全懸吊結構，設計煤種為淮南煙煤，校核煤種1為山西保德煙煤，校核煤種2為晉北煙煤，過熱/再熱氣溫為605℃/603℃。目前鍋爐NOx排放在300 mg/Nm3至500 mg/Nm3之間，為進一步降低鍋爐NOx排放，河源電廠2015年年底#2鍋爐A級檢修期間完成了#2機組低氮燃燒器改造。

2.2 改造前機組運行狀況

鍋爐整體運行情況良好，鍋爐效率高于設計值，主、再熱汽溫可以達到設計值，機組運行中，由于燃燒調整或升降負荷等原因，鍋爐存在偏燒現象，部分三過、四過、末再管屏有超溫現象，尤其是主再熱汽溫在596℃（設計是600℃）以上時，超溫管屏大大增加；考慮到噴水對氧化皮的影響，減溫水基本不投，調節汽溫主要靠風門擋板；由于一次風速的不均，引起的偏燒也只能通過風門調整，故氮氧化物未能達到同類型機組的260 mg/Nm3左右。

2.3 水冷壁現狀

目前鍋爐水冷壁管存在高溫腐蝕和橫向裂紋問題，主要集中在四墻標高48m左右中間混合集箱進口管下部1～2m以及燃燒器附近區域。四墻均有不同程度橫向裂紋，再加上長期交變應力、焊縫折扣等因素的共同作用下，已經發生多次水冷壁泄漏事件。機組運行期間，在負荷快速升降或切換磨煤機，尤其是低負荷下三層磨運行時，存在水冷壁超溫問題。雖然水冷壁部分節流孔圈已經擴孔改造，超溫情況有所改善，但是超溫問題仍然存在。

3.低氮燃燒器改造方案

原燃燒設備采用墻式切圓燃燒大風箱結構，采用低NOX PM（PollutionMinimum）全擺動式直流燃燒器。燃燒器共 4 組，布置于水冷壁四面墻上，形成一個大切圓。燃燒器共 6 層煤粉噴口，每層與 1 臺磨煤機相配。在主燃燒器的上方布置 OFA 噴嘴，在距上層煤粉噴嘴上方約 5386mm 處有四層附加燃盡風 A-A（Additional Air）噴嘴，采用角式布置。

改造后，主燃燒器由原來的濃煤粉燃燒器改為M-PM燃燒器，淡煤粉風室更改為空氣風室，將原濃煤粉風倉與上下方的空氣風倉合并為一個風倉，維持原來的燃燒器風箱框架不變，按照改造后風量分配將原OFA噴口及、AUX-1噴口以及AUX-3噴口重新設計更換；將原AUX-2風室拆除更換為DUMMY風室進行封堵；原淡煤粉風室改為AUX-4噴口；同時，原來的三層油風室及A層等離子點火裝置進行利舊，不作改動。在距上層煤粉噴嘴上方約5.0m處有四層附加燃燼風A-A（Additional Air）噴嘴，角式布置，在原有基礎上更換A-A風風室噴口，以滿足燃盡風風量增大的需求。

4.M-PM燃燒器特點及改造中存在的問題

4.1 主要特點

新型M-PM燃燒器出口氣流設計為中心濃淡，在一次風噴口出口處加裝十字花形擴散器，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對煤粉穩燃、提前著火有積極作用。同時十字花形鈍體能保證噴口處著火面均勻，使得噴口整體處于一個較均勻的溫度場內，有效延長噴口使用壽命。

圖1 M-PM燃燒器著火面示意圖

M-PM燃燒器煤粉分布呈現出中心濃，外圍淡的整體趨勢，濃相煤粉在著火時火焰被整體控制在一個還原性區域內，因此降低了從揮發分及煤焦粒子中析出的NOx。出口中心濃外圍淡的氣流還能有效防止煤粉氣流的離析、貼壁，保護燃燒器區域水冷壁的安全使用。

4.2 改造過程中存在的問題

設計單位在設計時未到現場核實原設備狀況，未考慮金屬三圍補償器出口插板門（含電動執行機構）的重量、管系重量分配設計不盡合理，造成恒力彈簧吊架載荷不足、彈簧下滑嚴重，并攜帶噴嘴體進口段煤粉管道下傾從而煤粉噴嘴上翹造成擺動卡澀。

調整方法：調整整個管系的重量分配，將插板門移至金屬三圍補償器下方，并將彈簧吊架的生根點移至金屬三圍補償器的上方。由于金屬三圍補償器上下兩個波紋管具有伸縮性，將上部分煤粉管道、彎頭等重量與插板門的重量分割開來，使多出的插板門（含電動執行機構）的重量移至下方的剛性吊架上，從而減輕彈簧吊架的負擔，從而使管系重量合理分配，解決了噴口上翹卡澀的問題。

5.性能試驗結果

5.1 試驗結果

#2爐燃燒器改造后進經過燃燒調整試驗，目前調試成果如下：

1）燃用平混7、石炭2煤種時，全負荷段的飛灰含碳量可保證在1.3%以內，100%負荷、75%負荷、50%負荷下的脫硝前NOx水平可達到220 mg/Nm3、240 mg/Nm3、260mg/Nm3以內，達到性能保證要求；特別是中低負荷NOx排放，新燃燒器的性能明顯優于舊燃燒器；2）全負荷段CO排放值在20ppm以內，遠低于保證值100ppm；3）主、再熱汽溫均可達到額定值；

4）受熱面金屬壁溫無超溫現象，升降負荷過程中水冷壁超溫現象得到明顯改善；

5）在燃用接近設計煤種或校核煤種時，各項參數均可達到保證要求。

5.2 各參數與氮氧化物的影響關系

通過試驗得出：各項參數變化對氮氧化物的影響關系比較明確。1）運行氧量增大0.5%會使氮氧化物增加20mg左右。

2）AA風門開度從95%降低至70%，氮氧化物升高約30mg左右；3）輔助風門及油輔助風風門開大20%提高氮氧化物約10mg左右；4）周界風開度由20%開至50%提高氮氧化物10～20mg左右；5）AA風擺角由85%上擺至15%降低氮氧化物約40mg左右；6）燃燒器擺角由水平至下擺75%降低氮氧化物約10mg左右。以上影響量可能會因負荷級煤質等因素有所差異但趨勢類似。實際運行中風門開度及氧量實行自動控制，燃燒器擺角參與調整汽溫及壁溫，因此AA風擺角可作為實時調整NOx的有效措施且對其他參數影響較小。比如可在燃用較好煤質時，可適當增大周界風開度至30%或40%，若NOx上升可通過上擺AA風使其降低。

6.結論

河源電廠#2爐低氮燃燒器改造后各項性能指標均達到了預期指標。改造后在燃用接近設計煤種或校核煤種時，100%負荷下NOx排放能降到220 mg/Nm3以內，飛灰含碳量等各項參數均可達到比較理想的狀態。水冷壁壁溫超溫的情況已經有所減少，且升負荷過程中超溫情況有較大改善。改造后1年多，鍋爐能夠穩定、經濟、環保運行，為河源電廠#1鍋爐燃燒器改造提供了參考。

[1]吳碧君,劉曉勤.燃煤鍋爐低氮燃燒器的類型及其發展[J].電力環境保護,2004,20(3):24-27.

[2]周俊虎,趙玉曉,劉建忠,等.低NOx燃燒器技術的研究進展與前景展望[J].熱力發電,2005(8):1-7.