某超超臨界煤粉鍋爐燃燒器系統(tǒng)改造及特性研究

康曉光

（古交西山發(fā)電有限公司，山西古交030206）

0 引言

隨著火電機組裝機容量的不斷增加，節(jié)能降耗、提高機組效率、保證機組運行的安全性和經(jīng)濟性成為一項重要課題。燃燒器是燃煤鍋爐機組關(guān)鍵部件之一，其性能設(shè)計優(yōu)劣直接決定了爐內(nèi)燃燒的合理性和燃料的利用率，從而影響鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性[1-2]。目前國內(nèi)采用四角切圓燃燒方式的鍋爐約占總機組容量的80%[3-4]，但由于燃料條件、機組設(shè)備、運行水平等客觀因素的限制，燃燒狀態(tài)往往與設(shè)計工況產(chǎn)生偏差，影響鍋爐運行的經(jīng)濟性，嚴(yán)重者甚至造成安全事故[5]。因此，燃燒器的優(yōu)化和改造是鍋爐運行過程中不可缺失的工作。

1 燃燒器存在的問題

某超超臨界煤粉鍋爐燃燒器為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)制造的采用四角布置切向式MPM煤粉燃燒器，煤粉燃燒器A、B層采用微油燃燒器，C、D、E、F層采用MPM燃燒器。燃燒出口射流中心線和水冷壁中心線的夾角分別為41.5°和45.5°，煤粉射流在爐膛中心形成逆時針旋向的2個直徑稍有不同的假想切圓。在距上層煤粉噴嘴上方約7 489 mm處布置有6層分離式燼風(fēng)噴嘴，可做向上向下各20°、向左向右各10°的擺動，以補充燃料后期燃燒所需要的空氣。鍋爐運行情況顯示，由于切圓旋轉(zhuǎn)方向與設(shè)計相反，再加上燃燒器結(jié)構(gòu)等方面的問題，致使煤粉在爐膛內(nèi)燃燒不充分，且存在不同程度的火焰偏斜、刷墻，進而導(dǎo)致鍋爐水冷壁發(fā)生高溫腐蝕和結(jié)焦現(xiàn)象。同時，主蒸汽溫度受屏式過熱器及末級過熱器受熱面壁溫的限制達不到設(shè)計值，且A側(cè)和B側(cè)煙氣量分配不均，偏差較大，最終導(dǎo)致主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度兩側(cè)偏差較大，嚴(yán)重影響機組的安全運行。

2 燃燒器改造方案

基于煤粉濃度對燃燒特性有顯著影響的情況，為了解決上述問題，本文將C、D、E、F層原有的MPM燃燒器更換為水平濃淡燃燒器。

水平濃淡分離燃燒器是在一次風(fēng)管道上安裝百葉窗式煤粉濃縮器，百葉窗式煤粉濃縮器能使一次風(fēng)煤粉氣流分成2股氣流：一股為煤粉濃度相對較高的氣流，含一次風(fēng)煤粉氣流中的大部分煤粉；另一股為煤粉濃度相對較低的氣流，其煤粉濃度很低。這2股煤粉氣流在水平方向上噴入爐膛，濃氣流在向火側(cè)，淡氣流在背火側(cè)，形成”風(fēng)包粉”，使燃燒器在穩(wěn)燃、降低NOx排放、降低水冷壁高溫腐蝕方面有著極大的優(yōu)越性。本次改造工作主要包括針對原有哈爾濱鍋爐廠所配套MPM燃燒器的拆除，以及對具有低阻力、高效濃淡分離、低速度差的水平濃淡分離燃燒器的更換工作。

3 燃燒器改造結(jié)果分析

燃燒器改造前后的一次風(fēng)對比如表1所示。改造前，C、D、E、F磨煤機一次風(fēng)平均速度分別為28.9 m/s、29.4 m/s、29.8 m/s和29.7 m/s，改造后濃側(cè)C、D、E、F磨煤機一次風(fēng)平均速度分別為33 m/s、28 m/s、29 m/s和29 m/s，淡側(cè)C、D、E、F磨煤機一次風(fēng)平均速度分別為21 m/s、18 m/s、19 m/s和19 m/s，C、D、E、F磨煤機燃燒器一次風(fēng)速濃淡比分別為1.5、1.5、1.6和1.6，完全滿足四角切圓燃燒的要求。根據(jù)燃燒理論，改造后這些參數(shù)均可以滿足燃料對著火熱的要求。

表1 燃燒器改造前后一次風(fēng)對比表m/s

圖2 改造前后末級過熱器壁溫的變化特性圖

圖3 改造前后屏式過熱器壁溫的變化特性圖

圖4 改造前后水冷壁壁溫的變化特性圖

燃燒器改造前后機組運行參數(shù)如圖1—圖5所示。運鍋爐行結(jié)果表明，燃燒器改造后，煤粉氣流被分成煤粉濃度相差很大的濃煤粉氣流和淡煤粉氣流，形成風(fēng)包粉的狀態(tài)進行燃燒，優(yōu)化了切圓燃燒的總體著火條件，強化了一次風(fēng)粉與高溫?zé)煔獾耐牧骰旌希ＷC了燃燒的穩(wěn)定性，為機組穩(wěn)定運行提供了較為有利的條件。負荷為330 MW時，主蒸汽溫度由570℃提高到585℃，左右偏差由10℃減小為0℃；再熱蒸汽溫度由562℃提高到578℃，左右偏差由3℃增加到5℃；末級過熱器壁面最高溫度下降了5℃，保證了過熱器運行的安全性。另外，由于燃料在爐內(nèi)燃燒充分，飛灰可燃物的質(zhì)量分數(shù)由3.2%下降至2.1%；同時在500 MW及660 MW負荷條件下，飛灰可燃物的質(zhì)量分數(shù)均由2.9%、2.8%下降至1.5%、1.3%；q4（固體未完全燃燒熱損失）由1.082%下降至0.841%。相關(guān)研究表明，q4每下降0.24%，則對供電煤耗產(chǎn)生0.8 g/（kW·h）的影響,主蒸汽溫度每提升15℃供電煤耗可下降1.4 g/（kW·h），再熱汽溫每提升16℃供電煤耗可下降1.3 g/（kW·h）。

圖1 改造前后飛灰可燃物的質(zhì)量分數(shù)、NO x的質(zhì)量濃度隨負荷的變化特性圖

圖5 改造前后主蒸汽及再熱蒸汽的變化特性

4 結(jié)論

a）采用水平濃淡燃燒器后，C、D、E和F磨煤機燃燒器一次風(fēng)速濃淡比分別為1.5、1.5、1.6和1.6，可以滿足燃料對著火的要求。

b）燃燒器改造后，負荷為330 MW時，主蒸汽溫度由570℃提高到585℃，再熱蒸汽溫度由562℃提高到578℃，主蒸汽溫度左右偏差由10℃減小為0℃，末級過熱器壁面最高溫度下降了5℃。

c）負荷330 MW時，飛灰可燃物的質(zhì)量分數(shù)由3.2%下降為2.1%；在500 MW及660 MW負荷條件下，飛灰可燃物的質(zhì)量分數(shù)則分別由2.9%、2.8%下降至1.5%、1.3%。

d）在不同負荷下，NOx濃度均比改造前下降，尤其在50%額定負荷下降較為明顯。

e）燃燒器改造后，鍋爐能夠滿足40%額定負荷條件下的穩(wěn)燃要求，節(jié)能效果明顯。