淺談600MW“W”型火焰鍋爐燃燒系統優化改造

大唐陽城發電有限責任公司 武 強 王劭剛

1 概述

某電廠裝機容量為2×600MW“W”型火焰鍋爐，亞臨界參數，一次中間再熱，雙拱形，單爐膛，平衡通風，固態排渣，露天布置，汽包型燃煤鍋爐，型號為DG2060/17.6-II3。燃燒器布置于鍋爐的前、后拱上，尾部雙煙道結構，采用擋板調節鍋爐再熱汽溫。燃燒器采用雙旋風煤粉燃燒器。

圖1 鍋爐結構示意圖

2 鍋爐本體及燃燒系統

爐膛采用膜式水冷壁，從而保證爐膛嚴密性。爐膛由水冷壁的前后墻、兩側墻及頂棚過熱器組成；前墻和后墻在鍋爐的下部組成冷灰斗。前墻、后墻水冷壁在爐膛沿高度方向的中部區域向內彎曲，形成雙拱形結構，拱以上的爐膛稱為上爐膛，拱以下的爐膛稱為下爐膛；燃燒器布置在前后墻拱上，煤粉氣流向下噴射，火焰受前、后墻二次風托舉作用從而呈“W”形。

雙旋風燃燒器錯列布置在爐膛前、后拱上，前、后拱各18只。雙旋風煤粉燃燒器由煤粉管、均分器、雙旋風筒、煤粉主噴口、乏氣管及噴口、乏氣調節蝶閥等組成。每臺鍋爐共有36只煤粉燃燒器，二次風箱也相應地劃分為36個獨立的配風室，對每個燃燒器的二次風量大小進行單獨控制，煤粉燃燒器調節機構示意圖如圖2所示。每個配風單元由上部及下部兩部分組成。

圖2 煤粉燃燒器調節機構示意圖

磨煤機與燃燒器的對應關系如下。

后墻

衛燃帶布置。

圖3 衛燃帶布置示意圖

SNCR+SCR 脫硝系統。為滿足國家超低排放環保政策要求，2017年進行了超低排放改造。SCR 更換兩層板式催化劑；新裝SNCR 脫硝系統主要由尿素溶液及稀釋水儲存系統、混合分配模塊、噴射裝置及空氣吹掃系統組成，以尿素溶液作為還原劑。

3 鍋爐改造前存在的主要問題及改造目的

3.1 NOx 排放值高

鍋爐在燃用原設計煤種時，鍋爐燃燒不穩定，飛灰、大渣含碳量高，鍋爐效率低，鍋爐出口NOx排放濃度高達1800mg/Nm3。為提高鍋爐效率、降低NOx 排放濃度，采取了調整煤粉細度、燃燒氧量，進行動力場試驗、一次風調平等常規燃燒調整及試驗手段后，效果不明顯。

2017年，脫硝系統采用SCR+SNCR 方式運行時，在配煤摻燒時NOx 排放尚可滿足排放要求，但在燃用設計煤種（無煙煤）條件下，超低排放要求無法滿足。

3.2 過熱器減溫水量偏大

改造前鍋爐配煤摻燒投運，屏過受熱面無超溫現象，過熱器減溫水約170t/h（高出設計值70t/h）；爐膛結焦程度屬可接受范圍。

3.3 本次燃燒設備改造的目標

通過本次燃燒系統優化改造，在燃用本次改造煤種時，降低爐膛NOX排放量，并且不因改造引起結焦加劇，提高機組運行的安全性。

4 燃燒系統優化升級改造方案簡介

4.1 燃料特性

設計煤質分析資料。本次改造設計煤質是為寺河礦、高硫高熱和潮隆低硫低熱煤按2:4:4的比例摻配成，改造的校核煤種為寺河礦、潮隆低硫低熱煤、高硫高熱無煙煤、高硫高熱煙煤按照1:4:2:3比例摻配成。

表1 煤質及灰成分分析表

本次改造煤質具有易結渣、極難著火、極難燃盡的特性。

4.2 燃燒系統優化升級改造方案簡介

采用雙拱爐膛、內外濃淡燃燒、分級配風組織火焰燃燒，通過爐內空氣分級燃燒技術，以保證在燃用改造設計煤及試驗煤的條件下，煤粉氣流及時著火、燃燒穩定且完全，降低NOX生成，并控制爐膛出口煙氣溫度、流量分配均勻。同時，采取多種有效措施防止爐膛結渣。

圖4 改造后燃燒器布置示意圖

改造后全爐前、后拱上共布置36個煤粉燃燒器，對應36個煤粉噴嘴，為直流形式，每個燃燒器對應一個煤粉噴嘴，前、后拱上各布置18個噴嘴。前、后拱上燃燒器分別單排順列布置，燃燒器水平間距1428.8/1619mm，最外側燃燒器到側墻的距離3573.9mm，最外側燃燒器遠離側墻水冷壁，可有效避免翼墻和側墻結焦。

改造后在爐膛拱部喉口上方布置一層燃盡風調風器，共40只，前、后墻各布置20只，燃盡風調風器單層水平布置。

燃盡風筒體為內外圈設計，調風器將兩股獨立的氣流噴入爐膛，從而使煤粉在燃燒后期能夠燃盡。中部為直流氣流，通過速度高、剛性大特點穿透上升煙氣進入爐膛中心；外圈為旋轉氣流，向四周擴散，用于和靠近爐膛水冷壁附近的上升煙氣進行混合。通過手動調節直流風量和旋流風量，可以強化爐膛中的煙氣混合。

圖5 燃盡風、側燃盡風布置示意圖

二次風向采取分級配風，拱上送入的二次風一部分用于噴口冷卻和燃燒的需要，另一部分滿足向下引射煤粉氣流。為了保證煤粉的著火和初期的燃燒穩定，二次風與煤粉在拱上分別送入。煤粉著火后，在拱下逐級送入所需的二次風，避免影響煤粉氣流著火穩定和控制NOX的需要。而在煤粉氣流著火后，提供燃燒所需的空氣，增強燃燒后期風粉的混合，使煤粉充分的燃盡。

圖6 配風示意圖

本次改造設置有36只煤粉燃燒器，二次風箱劃分為36個獨立對應的配風室，每一個配風單元對應兩個風門組件，單獨控制燃燒器所需的風量，每個配風室分別由上部風箱和下部風箱組成。

衛燃帶優化的目的是防止前、后墻及翼墻形成大尺寸的焦塊，避免跨焦時引起爐膛負壓波動、鍋爐滅火等危及鍋爐的安全正常運行事件發生。由于上爐膛增加了燃盡風，爐內低氮燃燒會產生的還原性氣氛，使得在燃盡風區域水冷壁易產生高溫腐蝕，因此本次改造將在燃盡風口以下區域易產生高溫腐蝕水冷壁進行防腐噴涂，噴涂材料采用鉻鎳防腐合金絲。

圖7 改造后衛燃帶敷設、防高溫腐蝕噴涂示意圖

4.3 燃燒器的數值模擬和試燒試驗（圖8）

圖8

4.4 冷態試驗結論

一是燃燒器安裝角度，各拱上風、拱下風噴口安裝情況符合要求，各風門和燃盡風擋板開度指示一致性、準確性及靈活性符合要求，風箱各風室之間的嚴密性在冷態試驗符合要求；二是A、B、E、F 磨調平能達到各一次風管的風速偏差在±5%以內的要求；三是前墻和后墻燃盡風不論是直流風還是旋流風，沿寬度方向風速分布均較均勻，偏差較小；四是前墻和后墻的拱上二次風A 風、B 風、C 風、D 風、F 風、乏氣周界風風速沿寬度方向分布較均勻。

4.5 熱態調試及性能試驗結論

一是經過優化調整試驗，基本調平了各磨煤機各粉管的風量，摸清了燃燒系統各擋板對鍋爐燃燒及運行參數的影響規律，增強了鍋爐燃燒的穩定性；二是繼續優化制粉系統，進而提升煤粉細度和均勻性，灰渣可燃物將進一步降低，鍋爐效率也將進一步提高。

5 經濟效益

燃燒系統優化改造后，SNCR 系統已徹底停運，脫硝反應器入口NOX量≤750mg/Nm3，氨逃逸率整體優于改造前。結合SNCR 系統運行尿素年耗量3780t，除鹽水年耗量71680t，尿素水泵、稀釋水泵、吹掃風機電耗442330kWh，燃燒系統優化改造后，每年節約SNCR 運行成本約1107萬元。

6 結語

通過燃燒系統優化改造，配合SCR 脫硝技術相結合的手段，實現了“W”型火焰鍋爐燃燒設計煤種時氮氧化物也能夠達到超低排放。解決了同類型機組采用低氮燃燒技術帶來的飛灰含碳量上升、減溫水量增大、受熱面超溫、高溫腐蝕等問題。該項技術在國內600MW“W”型亞臨界火焰鍋爐低氮燃燒改造屬于先進水平，為同類型鍋爐摸索出了新的解決問題途徑。

目前，無煙煤與煙煤出礦價格逐步趨于一致，到廠價格的差別主要體現在運費上，由于煙煤距離遠，綜合到廠價必然要高于無煙煤；晉城地區無煙煤市場整體產量充足，完全滿足改造后燃煤的需求量。隨著環保要求的進一步加大、化工行業生產工藝的改進、國家“公轉鐵”政策的實施、清潔能源的高速發展，無煙煤市場將會相對平穩。因此，從長遠看，燃用無煙煤的經濟優勢明顯、保供能力強，燃用無煙煤符合市場變化要求，是必然趨勢。