某對沖旋流燃燒器200MW 鍋爐節能減排改造探析

胡雙南 龍志云 高 雷 商雨薇

（1、高效清潔燃煤電站鍋爐國家重點實驗室、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司、宋寶軍煤粉鍋爐創新工作室，黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

該電廠是非洲某國國家最大的火力發電廠二期鍋爐，為2 臺220MW亞臨界機組，鍋爐投產于1986 年，運行至今已超過30 年，自投產以來一直達不到設計出力要求（試運時最高負荷為210MW）。根據現場反饋信息、調研結果及評估分析，鍋爐目前運行狀態非常差，鍋爐本體設備已經超期服役，設備嚴重老化，頻繁發生爆管事故，影響機組穩定運行。目前兩臺機組僅在170MW或更低負荷運行。而且在運行中各設備不斷地出現各種故障，導致機組無法連續正常運行，同時也限制了機組的出力能力。

1 項目概況

1.1 鍋爐概況。鍋爐原采用英國知名公司鍋爐產品。鍋爐為超高壓參數、一次再熱、采用背靠背型式、單爐膛、尾部單煙道，平衡通風，全鋼構架，配兩臺雙進雙出鋼球磨，二分倉回轉式預熱器。鍋爐以最大連續負荷(即BMCR 工況)為設計參數，鍋爐的設計最大連續蒸發量為714t/h。該電廠鍋爐爐內主要受熱面依次為：水冷壁、屏式過熱器、末級過熱器、再熱器、低溫過熱器和省煤器。燃燒系統采用一次風正壓系統，配老式旋流燃燒器。

1.2 根據現場勘查發現鍋爐現有問題如下：（1）給煤裝置露天布置，很難保證雨季煤質干燥。（2）燃燒系統外部采用的燃燒器并非現在常用的旋流燃燒器，燃燒器沒有切向角度，無旋流。（3）鍋爐整體受壓元件外部參觀，并通過觀察孔觀察受熱面情況。爐內灰分較大。（4）現場運行負荷較低，該項目鍋爐自投產從達到鍋爐設計出力要求（試運時最高負荷為210MW），目前兩臺機組運行在170MW或更低負荷。（5）鍋爐存在水冷壁受熱面結焦的情況且水冷壁局部區域有橫向裂紋，同時過熱器管外壁積灰結渣，內壁不光滑存在腐蝕。另外屏式過熱器屏底有結焦現象。以上條件都將會導致爐膛水冷壁、過熱器的傳熱減弱，主再熱蒸汽參數降低，排煙溫度升高。同時鍋爐爐內受熱面頻繁爆管的問題，爆管主要出現在水冷壁、屏式過熱器、末級再熱器，低溫過熱器和省煤器等主要受壓元件部件中，目前受壓元件設備老化，已不能滿足穩定運行的要求。（6）空氣預熱器冷端平均壁溫低，是造成低溫腐蝕堵灰原因之一。空氣預熱器有嚴重積灰現象，漏風嚴重，煙氣側阻力較大。空預器阻力與設計值相比已經偏高。（7）爐膛主燃燒區域結焦嚴重，現場運行低于105MW就必須投油支持燃燒。根據現場觀察情況，大渣呈黑色與煙囪排煙也為黑煙，判斷未燃盡損失過大，整體燃燒狀況非常惡劣。從鍋爐運行參數看，運行氧量偏低、飛灰爐渣含碳量較高、爐膛結焦、排煙溫度較高，總體上爐內燃燒情況較差。（8）鍋爐本體汽水系統閥門經常性漏水，執行機構老化，閥門年久失修。現場熱工檢測設備老化或缺失嚴重。原鍋爐為配置爐膛內有吹灰器且現場部分吹灰器執行結構卡塞，影響使用功能。（9）煙道風道有漏風現場，現場膨脹節部分采用臨時性非金屬膨脹節。

2 鍋爐本體改造方案

經過整理統計和初步擬合計算，初步計算出鍋爐主要特征指數，由于主要性能考核報告中并未有BMCR 工況考核情況分析數據，僅有92%BMCR 和92.7%BMCR 工況考核數據報告，報告中解釋原因為機側問題不能做到BMCR 工況所以通過92%BMCR 和92.7%BMCR 工況考核數據報告反推鍋爐BMCR 工況即鍋爐最大連續出力工況下來的相關特征指數。

2.1 燃燒系統的改造。（1）原設備情況。該電廠燃燒系統采用十二只燃燒器，采用前后墻對沖布置，前墻兩層，后墻一層，每層四只燃燒器前8 后4，每只燃燒器均配有助燃油槍。原始設計最低穩燃負荷保證值為45%BMCR 工況。該電廠燃燒器設備資料見下表。（2）燃燒系統改造方案說明。鍋爐燃料的燃燒特性是鍋爐燃燒設備與爐膛設計的基本依據，通過燃燒器和爐膛設計的合理配置來實現降低NOx生成量、防止結焦、低負荷穩定燃燒、提高燃燒效率是電站鍋爐制造廠優先考慮的因素。燃燒系統設計方案應具有如下優勢：a. 低NOx旋流煤粉燃燒器在空氣動力特性上具有良好的燃燒穩定性。b.低NOx旋流煤粉燃燒器在運行中不需要調節，高度可靠。c.低NOx旋流煤粉燃燒器采用雙調風裝置降低NOx生成。d.采用燃盡風（OFA）控制燃燒反應當量，進一步降低NOx。

制造商 Babcock Product Engineering Limited 型式 前后墻對沖燃燒器 數量 12 喉部直徑 1016mm 噴口直徑 445mm 燃燒器最大燃料量 630kg/h

針對本工程鍋爐現有的設計條件，考慮到現有工程的結焦情況，理論上適當拉大燃燒器間距，有利于緩解鍋爐水冷壁的結焦。但是本鍋爐燃盡高度相對較小，同時鍋爐水冷壁及屏底已經出現了較為嚴重的結焦現象，為了避免屏底煙溫的繼續升高，燃燒器間距無法拉開，故本次改造暫按燃燒器間距不動調整。本工程對原有的12 只燃燒器進行更換，更換為新型的旋流煤粉燃燒器。對于結焦方面，通過增設爐膛及出口受熱面吹灰器的方式來緩解鍋爐的結焦情況。

2.2 受壓元件系統的改造。鍋爐爐內受熱面頻繁爆管的問題，爆管主要出現在水冷壁、屏式過熱器、末級再熱器，低溫過熱器和省煤器等主要受壓元件部件中，從提高運行可靠性方面考慮，需要大范圍更換爐內受熱面。

2.3 空氣預熱器改造方案。原鍋爐鋼結構不進行改造，拆除現有的兩臺DAVIDSON ROTARY REGENERATIVE AIR PREHEATERS, 更換為全新的二臺兩分倉回轉式空氣預熱器。更換后的空氣預熱器型號為24-VI（B）-1500-QMR，主軸垂直布置，轉子有效內直徑6600mm，換熱元件總高度1500mm。

單臺空氣預熱器采用24 分倉結構，雙密封技術。傳熱元件為模塊式，采用從預熱器上方抽出的方式安裝，便于更換。傳熱元件分兩層布置，高溫段元件材質選用SPCC，低溫段元件材質為CRLS。

空預器軸承采用油浴潤滑，導向軸承采用循環水冷卻，支撐軸承自然冷卻。單臺空氣預熱器冷熱端各配一只蒸汽吹灰器。并配有消防水和固定清洗水管。

空氣預熱器采用圍帶傳動。單臺空預器配一臺主電機和一臺輔電機，當主電機發生故障停轉時，輔電機自動投運。并配有停轉報警及著火探測裝置，信號傳至鍋爐DCS。

2.4 吹灰器改造。因為燃用煤質灰分較大，含cl 成分、S成分較高，并且爐膛并未設置吹灰器，為滿足鍋爐各受熱面換熱能力，保證鍋爐各級受熱面進出口工質溫度及煙氣溫度，在各受熱面適當位置增設一定數量的吹灰器，滿足各受熱面的吹灰需求，減少飛灰的沉積，防止煙道堵塞。改造中增設爐膛墻式吹灰器，并對關鍵部件區域增設長伸縮式吹灰器。

3 鍋爐本體改造預期效果

本次改造主要依據原有鍋爐設計方案進行元件的更換并配以增設必要的監控、調節措施，在改造后必須要改進現有的鍋爐運行方式。須按鍋爐正常運行要求，不能非故障停運高加、低加、給水加熱器等部件，應盡可能保證鍋爐給水溫度至設計值。避免給水溫度過低造成對鍋爐相關設備（如空氣預熱器）、鍋爐性能指標（鍋爐出力）的影響。改善鍋爐給水品質，滿足相關標準規定，避免因水質不合格而導致對鍋爐受熱面管子產生結垢、腐蝕和破壞。不推薦在高負荷運行時采用8 只燃燒器運行的運行方式。避免燃燒器熱負荷過高，燃燒器區域壁面熱負荷過高而導致爐膛結焦并且建議鍋爐改造后進行整體酸洗。

3.1 受壓元件。本次改造依據原有鍋爐設計進行受壓元件的更換，不影響受壓元件原有的性能設計能力，整體更換的除包墻系統外的全部爐內受壓元件，恢復受壓元件應有的吸熱能力及傳熱能力。同時增設爐管泄露、壁溫測點等熱工設備，監控爐內運行狀態，提前預警，避免二次破壞。

3.2 燃燒系統。通過本次燃燒系統的統一改造，降低現運行中燃油量過大的問題。提高整體燃燒效率，有效降低燃燒損失，降低最低穩燃負荷至40%BMCR，同時推薦采用微油點火系統，相比較于大油槍系統，節油效果顯著，減少油耗量。

3.3 吹灰系統改造。通過增設爐膛墻式吹灰器，加強爐膛內部燃燒系統的吹灰能力，緩解燃燒區域結焦。在屏式過熱器屏底增設長伸縮式吹灰器不僅可以滿足受熱面吹灰需要，減輕屏式過熱器屏底結焦情況。在各受熱面適當位置增設一定數量的吹灰器，滿足鍋爐各受熱面換熱能力，保證鍋爐各級受熱面進出口工質溫度及煙氣溫度，滿足各受熱面的吹灰需求，減少飛灰的沉積，防止煙道堵塞，可有效提升鍋爐長期安全穩定運行。

3.4 空氣預熱器改造。本次改造依據原有空氣預熱器設計進行更換并優化傳熱元件，通過本次改造，改善預熱器工作環境，控制煙風阻力，改善預熱器堵灰和低溫腐蝕問題。