600 MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒器研究與應(yīng)用

楊小林，郭 慶，任蓓蓓

(1.晉城電力集團(tuán)熱電有限公司，山西 晉城 048000；

2.國(guó)網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030013)

0 引言

山西某電廠鍋爐型號(hào)為B&WB-2090/25.4-M，超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、前后墻對(duì)沖燃燒方式、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對(duì)沖燃燒方式，配置B&W公司雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及NOx噴口。鍋爐尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣調(diào)溫?fù)醢逭{(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。電廠燃煤含硫質(zhì)量比約2.4%，屬高硫煤，根據(jù)近年來(lái)同類型低氮燃燒器運(yùn)行情況看，容易在燃燒器上方水冷壁區(qū)域出現(xiàn)高溫腐蝕。因此，鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)重點(diǎn)解決3個(gè)問(wèn)題，即控制NOx排放量，同時(shí)保證鍋爐水冷壁不發(fā)生高溫腐蝕[1]，保證鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性不降低。

1 同層燃燒器均等配風(fēng)

對(duì)于前后墻對(duì)沖旋流燃燒系統(tǒng)，前后墻分別布置大風(fēng)箱，二次風(fēng)由兩側(cè)風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)箱，在風(fēng)箱兩端存在流速，風(fēng)箱和爐膛差壓必然是中間大兩端小，即中間燃燒器二次風(fēng)流速高，兩端燃燒器流速低[2-3]。冷態(tài)測(cè)試各燃燒器噴口內(nèi)、外二次風(fēng)流速，如圖1所示。

圖1 同層6只燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)速分布

為實(shí)現(xiàn)同層燃燒器均等配風(fēng)，將同層6只燃燒器二次風(fēng)擋板預(yù)置開度分別為6%、4%、0%、0%、4%、6%。同樣工況下，測(cè)試同層6只燃燒器噴口內(nèi)、外二次風(fēng)流速，結(jié)果如圖2所示。達(dá)到了各燃燒器均等配風(fēng)目的。

圖2 調(diào)整后同層6只燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)速

2 合理配置噴燃器二次風(fēng)旋流葉片

燃燒器分內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，少量的內(nèi)層二次風(fēng)引燃煤粉，大量的外層二次風(fēng)補(bǔ)充已燃燒煤粉后續(xù)燃燼所需的空氣。內(nèi)、外層二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向相同，改變旋流角度可使煤粉著火點(diǎn)提前或推遲，進(jìn)而影響燃燒器噴口能否安全運(yùn)行、鍋爐燃燒穩(wěn)定效果、飛灰含碳量及NOx的生成量。內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)范圍20～60 mm，外二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)范圍40～80 mm。

經(jīng)過(guò)旋流葉片試驗(yàn)確定，當(dāng)燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)旋流葉片開度分別為35 mm、45 mm，爐膛出口氧量為3%時(shí)，燃燒器區(qū)域水冷壁附近氧量為1.5%左右，水冷壁不會(huì)出現(xiàn)高溫腐蝕。

表1 試驗(yàn)后各層燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)門開度mm

3 燃燼風(fēng)量對(duì)NOx排放量及鍋爐效率影響

低氮燃燒器進(jìn)行深度空氣分級(jí)燃燒，增大高位燃燼風(fēng)份額，主燃燒區(qū)配風(fēng)份額相應(yīng)減少，能大幅降低NOx排放量。燃盡風(fēng)量對(duì)NOx排放量及鍋爐效率的影響程度如圖3、圖4所示。

試驗(yàn)條件：機(jī)組負(fù)荷600 MW、ABCDEF磨煤機(jī)運(yùn)行，6臺(tái)磨煤機(jī)均等出力、爐膛出口氧量3.5%、燃燼風(fēng)門開度分別為30%、40%、50%、60%、70%。試驗(yàn)結(jié)果可見，隨燃燼風(fēng)量增加，鍋爐效率降低，NOx排放量減少。結(jié)合風(fēng)門特性，燃燼風(fēng)門開度一般在65%左右。

3.1 選擇合理的爐膛出口氧量

低氮燃燒器的基本機(jī)理就是低氧燃燒，降低過(guò)量空氣系數(shù)和氧濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；但是氧量過(guò)低，加之燃用高硫煤，鍋爐主燃燒區(qū)域處于強(qiáng)還原性氣氛，容易造成水冷壁高溫腐蝕；低氧燃燒會(huì)造成飛灰含碳量升高，導(dǎo)致鍋爐效率下降。因此，通過(guò)優(yōu)化試驗(yàn)選擇一個(gè)最佳運(yùn)行氧量，使三方面都能達(dá)到最佳效果。

圖4 鍋爐效率隨燃燼風(fēng)門開度變化趨勢(shì)

試驗(yàn)條件：機(jī)組負(fù)荷600 MW、ABCDEF磨煤機(jī)運(yùn)行，6臺(tái)磨煤機(jī)均等出力、燃燼風(fēng)門開度60%，風(fēng)量380 t/h，約占總風(fēng)量20%。

圖5 鍋爐氧量與鍋爐效率的關(guān)系曲線

圖6 鍋爐氧量與氮氧化物排放量關(guān)系曲線

試驗(yàn)結(jié)論表明，鍋爐效率隨爐膛出口氧量增加而增加，當(dāng)氧量達(dá)3.5%時(shí)，鍋爐效率最高，隨后鍋爐效率隨氧量增加而下降。NOx排放量與氧量成正比關(guān)系，氧量3.5%時(shí)，NOx排放量為470 mg/m3；爐膛出口氧量為2%時(shí)，燃燒器區(qū)域水冷壁附近氧量小于1%；爐膛出口氧量為3%時(shí)，這一區(qū)域氧量約1.5%。因此，600 MW負(fù)荷時(shí)，建議爐膛氧量維持在3%～3.5%之間。

4 磨煤機(jī)組合對(duì)NOx排放量及鍋爐效率的影響

磨煤機(jī)組合方式對(duì)NOx排放有很大影響，下5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行比6臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行的NOx排放低，主要原因是火焰中心下移、NOx還原區(qū)加長(zhǎng)，NOx排放明顯降低。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。試驗(yàn)條件：機(jī)組負(fù)荷600 MW、爐膛出口氧量為3.5%、燃燼風(fēng)門開度60%。

表2 磨煤機(jī)組合方式下NOx排放量及鍋爐效率情況

5 結(jié)論

a）經(jīng)過(guò)預(yù)置二次風(fēng)門開度，抵消了風(fēng)箱沿寬度方向上的靜壓差，使同層6只噴燃器內(nèi)、外二次風(fēng)速基本一致。

b）選擇合理的爐膛出口氧量、燃燼風(fēng)量及合理配置噴燃器二次風(fēng)旋流葉片，在爐膛燃燒區(qū)域形成“風(fēng)包粉”。水冷壁附近區(qū)域?yàn)檠趸詺夥眨苊飧邷責(zé)煔鉀_刷水冷壁，防止水冷壁高溫腐蝕。爐膛中部為還原性氣氛，減少NOx的生成量。

c）相同負(fù)荷下，減少磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，增大下層磨煤機(jī)出力，可有效降低爐膛NOx生成量。

d）通過(guò)燃燒優(yōu)化，最終將NOx排放量降到319 mg/m3，低于350 mg/m3保證值；同時(shí)鍋爐效率達(dá)到了93.92%，高于鍋爐效率保證值93.43%。