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300MW超临界机组锅炉燃烧设备 及其运行性能 Com bustion Equipm ent of 300MW Supercritical Pressure Boiler and Its Operating Per ance 电力工业部热工研究院 许云松 毕玉森 西安 710032 收稿日期 1997203227 【摘要】 介绍了我国首次引进原苏联生产的 300 MW超临界机组锅炉燃烧设备的概况及运行性 能。并对其设计及运行特性作了概要的分析。 【关键词】 超临界压力机组 燃烧优化 NOx排 放量 Abstract This paper mainly introduces the combus2 tion equipment status and its operating perance of the first imported 300MW supercriticalpressure boiler made by the er Soviet Russia. A brief analysis on its design and operating characteristics is made and the relevant conclusion and propsals are put forward as well . Key words supercritical pressure boiler combus2 tion opti m ization NOx em issions 华能南京电厂2台300MW机组锅炉是我国 首次引进原苏联塔干罗格红色锅炉制造厂生产的 П П 210002252545545К Г 型超临界压力、 一次中间再 热、 燃煤固态排渣直流锅炉。分别于1994年3月及 9月正式投入商业运行,并由电力工业部热工研究 院进行燃烧优化调整后,分别于1995年1月和11 月完成了性能考核试验,各项性能指标均达到或超 过了合同规定的保证值,锅炉运行工况稳定,实测锅 炉热效率平均值达93148。本文就其结构特点和 运行性能作一粗浅分析。 1 设备概述 П П 210002252545545К Г型超临界压力锅炉采 用矩形截面单炉膛 “П ” 型布置结构。每台锅炉尾部 设有直径为1012m的容克式回转空气预热器2台, 设计漏风率为15。 整个锅炉布置各类吹灰器共96 只炉膛受热面水力吹灰器18只,水平烟道对流受 热面蒸汽吹灰器40只,尾部烟道再热器蒸汽吹灰器 20只,省煤器蒸汽吹灰器16只,回转式空气预热器 蒸汽吹灰器2只。 同时,空气预热器还设有水冲洗装 置。 111 燃烧系统 炉膛装设16只煤粉旋流燃烧器,在前后墙分上 下两排对冲布置,燃烧器为旋流螺旋叶轮式。 蒸汽机械雾化油枪用作主燃料或煤粉燃烧时的 稳燃。油枪累计出力保障30额定负荷。中间储仓 式热风送粉制粉系统,每炉配2台钢球磨煤机,推荐 的煤粉细度为R90 8～10。 在上排燃烧器上方215 m处分前后墙对冲布 置了8只乏气燃烧器,乏气燃烧器出口部分是由两 条同轴风道组成,其风道的轴线向下倾斜15 角。 二分仓转子回转式空气预热器、 轴流式送、 引风 机,构成甲乙两侧双烟风系统,呈负压平衡通风运行 方式。 112 汽水系统 汽水系统由两个流程组成,各流程可独立调节 给水量和蒸汽温度,两流程相对锅炉轴线对称布置。 在炉膛出口烟温1 150℃ ～950℃的区域顺流布置 了前屏及后屏过热器,沿烟气流程分别布置有高温 过热器、 高温再热器、 低温再热器和省煤器。 过热蒸汽温度用保持 “燃料2水” 的比例作为粗 调节,两级喷水作为细调节。再热汽温通过汽2汽热 交换器进行调节,并设有一级事故喷水。 113 风烟系统 烟气自对流烟井分两路进入回转式空气预热 器,随后进入电气除尘器。 电气除尘器后两侧烟道间 连接一条常开联络管,以确保一台引风机在低负荷 时锅炉的运行。 在空气预热器前设有暖风器。 乏气燃烧器设有热风管道,以便在制粉系统停 运时冷却乏气燃烧器。 热一次风机出口设置了一只挡板,挡板出口设 置了一条分配热风的联络管,以使锅炉可在一台热 82 1997年第8期 中 国 电 力 第30卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 一次风机下运行。 送入炉膛的全部空气,由装设在相应管路中的 流量测量装置测量。 2 锅炉燃烧优化与性能考核 211 运行概况 该厂2台机组在投产运行当年就完成发电量 1514亿kW h, 比国家计划超发314亿kW h, 自 投运后至今运行状况良好。原设计燃用煤种是山西 长治贫煤,由于种种原因,无法保证燃用设计煤种。 因此,自投产以来一直是在燃用山西潞安和安徽浏 桥煤,其Var皆为915～111 5 长治贫煤为Var 14191 ,低位发热量比设计煤种高近1 000 kJ kg,但燃烧工况仍非常稳定, 锅炉热效率高,超发及 低负荷不投油稳燃性能好。 在运行过程中,也曾出现过一些问题 1 在1、 2号炉运行中,都曾几度出现炉膛负压突然大幅度 波动,经分析,这主要是由于长期以来顶棚受 热面无法吹灰,大量聚积灰渣突然下落所致 ; 2 高温再热器金属管壁超温,再热器减温水投入过多; 3运行氧量偏低,已接近于将大量出现CO的最 低点。 通过几次消除缺陷及燃烧调整试验后,这些问 题已基本解决。 212 燃烧优化调整及性能考核试验 表1 1号, 2号锅炉最佳工况试验结果 炉 号1号锅炉2号锅炉 项 目T221T201T210T214 电 负 荷MW225300225300 氧量表盘 51031241422182 一次风压kPa4111319741123172 投运制粉系统套1212 粗粉分离器挡板开度甲侧格315315217217 粗粉分离器挡板开度乙侧格318318310310 投运燃烧器只数只14161416 二次风旋流叶片开度格410410315315 q4 0122014301140142 q2 5132515741985155 Γ 94126931819416893184 1、2号锅炉调整试验主要在300 MW和225 MW负荷下进行。1、2号炉试验用煤分别为山西潞 安煤及安徽浏桥煤。 试验的主要内容是入炉总风量 变化,二次风量变化,二次风旋流叶片开度变化,中 心冷却风变化等。试验结果如表3所示。 300MW时,最佳运行氧量为315左右,此时 锅炉热效率为9317 ,这是最低允许氧量,否则炉 内将会出现局部高CO浓度区,导致水冷壁管的高 温腐蚀。另外,由于空气预热器漏风较大,引风机出 力相对不足,加之高温再热器金属超温,因此,在当 时也是最高运行氧量。 二次风旋流叶片开度是调节二次风旋流强度的 主要手段,合理的二次风旋流强度应视燃烧器的结 构特点、 实际燃用的煤质条件来确定。 该炉旋流叶片 角度对经济性的影响如表2所示。 表2 旋流叶片角度对经济性的影响 项 目T21T24T25 叶片开度初始状况5030 空预器入口氧量 314312311 Cth 118911701110 q4 014301420132 q2 515151475146 Γ 931879319194102 在当前燃用煤质条件下,旋流叶片开度在适当 范围内减小,旋流强度增强, q4损失降低比较明显, 从转向室开始至空气预热器入口,烟温也均有程度 不等的降低,从电厂运行记录看,高温再热器金属壁 温普遍降低了近10℃。 这对目前炉内吹灰器不能正 常投入,高温再热器金属壁温普遍超温及再热器减 温水投入过多的状况,均有显著改善,同时,适当增 加中心冷却风风量, q4也略有降低。因此,对于此型 旋流燃烧器来讲,在当前燃用煤质条件下,适当关小 旋 流叶片开度 10 ～20 , 旋流强度增加,使一次风 煤粉气流着火良好,混合强化,燃烧稳定;适当增加 中心冷却风风量,有利于煤粉的燃烬及防止燃烧器 烧损。 燃烧器保持适当的一、 二、 三次风出口速度是建 立正常的炉内空气动力场和稳定燃烧所必须的,一 次风速过高会推迟着火,过低则易烧损燃烧器,并造 成一次风管内的煤粉沉积。 通常认为,合理的一次风 量应能满足挥发分完全燃烧的需要。 试验结果表明, 按 照预定的一次风管风压范围 3 15 kPa～415 kPa , 一次风率的变化幅度仅为3左右,飞灰可燃 物含量及固体不完全燃烧热损失q4变化甚微,即 对于蜗壳式燃烧器,一次风率在不太大的范围内变 动不会影响燃烧的稳定性和经济性。 因此,运行中将 一次风管风压控制在410 kPa～ 至415 kPa之间是 较为适宜的。 性能考核试验结果如表3所示。 1、2号锅炉性能考核试验煤质与设计煤质比较 如表4所示。 92 第30卷 300 MW超临界机组锅炉燃烧设备及其运行性能 1997年第8期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 表3 112号锅炉性能考核试验结果 项 目 未燃碳 损失 排烟热 损失 锅炉热 效率 AH漏风率AL q4 q2 Γ 甲侧乙侧 设计值210511719115251515 1号炉考核值01415190931682211024169 2号炉考核值01176103931591919822175 表4 1号、2号锅炉性能考核试验的煤与设计煤质比较 名 称 最大值最小值平均值 1号炉2号炉1号炉2号炉1号炉2号炉 设计值 灰份 19198 17135 25175 21160 22187 19148 21150 水份 5140517951005143512051617100 挥发份 919610185 10119 10172 10108 10179 14191 固定碳 70180 70108 65116 65161 67198 67185 64109 低位发热量 kJ kg 26530 26160 24500 24620 25515 25390 24389 3 结构特点与运行性能分析 311 炉膛 该炉炉膛容积为8 190 m 3, 额定负荷时的炉膛 容积热负荷为96118 kWm 3, 断面热负荷为3158 MWm 2, 上排燃烧器距离炉膛出口烟窗26 m ,相应 的火焰行程长度大约为26 m ,燃料在炉内的停留时 间较长约为4 s。对于炉膛的容积热负荷qv来讲, 一般的推荐值在100 kWm 3 ～175 kWm 3 之间,该 炉膛容积热负荷较低,即炉膛容积设计偏大,该炉的 炉膛截面热负荷qF为3158 MWm 2, 是比较适中 的,若对于贫煤其取值应较高,有利于燃煤的着火。 目前,多数认为用燃烧区域热负荷qa来考核燃烧稳 定性的方法较为合理,本炉的燃烧区域热负荷为 11011MWm 2, 推荐值为114～211 MWm 2, 对于 贫煤来讲,这一取值偏小。 在出口烟窗前悬挂了前屏和后屏过热器,后墙 的折焰角能改善火焰的充满程度,并使烟气的混合 程度增强,从而使沿烟窗高度和宽度方向的烟气分 布变得均匀。 从结构上看,延长了水平烟道的相对长 度,适应大容量高参数锅炉过热器受热面布置较多 的要求,同时,该炉的折焰角较通常设计略多伸出 015 m左右,这样的设计可以避免炉内高温火焰对 后屏受热面的直接辐射,也使得高温烟气对前屏的 对流冲刷成分增加,亦有利于前屏的传热。 312 燃烧器 燃烧器的设计主要受到以下几方面因素的影 响 1燃烧器热功率过大会使受热面局部热负荷 过高; 2为了减少烟气中的NOx生成量,要求降低 燃烧中心温度,燃烧器的热功率也不宜过大; 3采用数量较多、 热功率较小的燃烧器对防 止结渣 有利; 4若单只燃烧器热功率过大,则一、 二次风气 流变厚,影响风粉混合; 5在低负荷或锅炉启停时,需要切换或启停 一些燃烧器,若单只热功率过大,对防止炉膛火焰偏 斜有不利的影响; 6若单只热功率过小,势必会导致燃烧器数 量大大增加,使风粉管道系统复杂,不便于运行调 整。 如果各燃烧器之间的煤粉和空气分配不均匀,将 使燃烧过程恶化,锅炉效率降低。 该炉燃烧器单只出力为7128 t h, 从前苏联燃 烧设计特点上讲,一般单只蜗壳旋流式燃烧器出力 在5～10 th之间,相应的热功率在37～76MW之 间。 例如,前苏联 Т Л Л 210型930 th锅炉采用24只 燃烧器,每只出力 5 t h, Т Л Л 2 210A型950 th锅炉 采用12只燃烧器,每只出力10 t h, 该炉的燃烧器 设计介于二者之间。 同时,也与现在我国运行的进口 机组锅炉的燃烧器热功率相近。 与燃烧器前墙布置相比,前后墙对冲布置时,炉 内火焰充满情况较好,火焰在炉膛中部对冲,有利于 增强扰动,弥补了旋流燃烧器风粉气流后期混合弱 的不足。 燃烧器前后墙对冲布置和四角切圆布置相比, 其主要优点是沿炉膛高度方向上的烟气温度和速度 分布比较均匀,使过热蒸汽温度偏差较小,并可降 低整个过热器和再热器的金属最高温度。 此外,由于 燃烧器均匀布置于前后墙,输入炉膛的热量分配也 均匀,从而减少了因炉膛中部温度偏高而造成局部 结渣的可能性。 通过调整试验和运行中所得的大量数据及观 察、 分析表明,该炉在最大出力 1 000 t h至最低不 投油稳定燃烧负荷 650 t h下均可稳定运行,对煤 种适应能力强,且燃烧工况良好,两侧过热蒸汽及再 热蒸汽的温度偏差小 5 ℃ , 飞灰可燃物低平均 015～210 ,无结渣现象。 313 磨煤机 该炉配置了2台 М ШБ У 23785型钢球磨煤 机,滚筒直径3 700 mm ,长度8 500 mm ,滚筒容积 9114 m 3, 在锅炉负荷为100且燃用保证值燃料 时,设计的通风量为114105m 3 h, 其对应的滚筒 内折算通风速度Wm约为315 m s; 在设计工况下 03 1997年第8期 中 国 电 力 第30卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 燃用保证值煤质时,单台磨煤机的出力为661 8 t h, 此时制粉的出力储备系数为1115;磨煤机的设计钢 球装载量为871 3 t 和100 t最大钢球装载量 , 对应 的充球系数 Υg分别为01195和012 233。 通过对磨煤机和制粉系统的试验及调整得出结 论,在当前燃用的煤种,保证R90≤10的条件下, 磨煤机的出力余量较大。但粗粉分离器及细粉分离 器的阻力较大。 314 制粉系统 根据设计煤质的特性,该炉采用制粉系统为钢 球磨煤机中间储仓式热风送粉,其最大优点是对煤 种的适应性强,这对目前我国电厂燃煤种类变化较 大的现状是比较合适的,系统可靠性好,由于设计煤 种为贫煤,挥发份12～18 ,故采用热风送粉,并 配有专用送粉的热一次风机。乏气由排粉机送到三 次风喷口进入炉内燃烧,当制粉系统停运时,可将部 分热空气作为冷却风送到相应的三次风喷口;另外, 为了协调磨煤风量、 干燥风量和一次风量之间的矛 盾,设计有乏气再循环管,在额定负荷保证值燃料的 计算工况下,乏气再循环份额设计为011,一次风率 为0116,二次风率为01852,三次风率为0122,较低 的一次风率和较高的风粉浓度,显然对着火有利。 由以上分析可见,该厂的2台 П П 210002252 545545К Г型锅炉其炉膛、 燃烧器、 磨煤机、 制粉系 统设计都是较为成功的,适合我国现有实际状况。 315 运行性能 31511 与同类容量锅炉相比较,该炉燃用低挥发份 贫煤时,燃烧工况相当稳定,飞灰可燃物含量低,锅 炉热效率高,经济性好。 31512 若对现有空气预热器及引风机作适当改进, 降低空气预热器漏风率,提高引风机出力,吹灰器能 正常投运,则该炉运行性能将更好,并有可能实现超 额定负荷运行。 31513 该炉在300MW和225MW负荷下的排烟 中NOx含量随运行氧量的变化如附图所示。 在 300MW时,NOx含量已高达1 150 mg m 3, 若运行 氧量提高时,NOx排放预计将超过1 200mgm 3。 在 225 MW时,NOx排放量是比较高的,宜进行适当 的低NOx燃烧器改造。 附图 NOx排放量与锅炉负荷、 运行氧量的关系 4 结论 通过试验与分析,可以得出以下结论 411 П П 210002252545545К Г 型锅炉燃烧设备设计 合理,煤种适应性好,燃用低挥发份贫煤时,燃烧稳 定,炉膛水冷壁无结渣,飞灰可燃物低,热效率高达 9315。 412 该炉因炉膛设计得较大,燃烧器的选型与设 计、 布置比较合理,如对空气预热器及引风机等辅机 进行适当改造,可望实现超负荷运行。 413 该炉因磨煤机设计较大,同时粗粉分离器及细 粉分离器阻力较高,导致制粉电耗偏高,在条件允许 时,宜对粗粉分离器及细粉分离器进行改造,进一步 提高机组的整体效率。 414 锅炉运行中排烟NOx含量高,宜在适当时机 进行燃烧器的低NOx改造,以降低NOx的排放,保 护大气环境。 415 由于炉膛设计偏大,锅炉钢材总重量达8 039 t, 相当于300MW亚临界控制循环锅炉。 责任编辑 李秀平 上接第19页 层进行拓扑,建立邻接矩阵。 系统采用D ijkstra算法 计算,从输电工区到图中各结点的加权最短路径;邻 接矩阵采用两结点之间的公路长度除以汽车在该等 级路面上行进的速度,即汽车在该路面上行进的时 间为权值,这样计算出的最短路径,即为汽车行进到 图中各结点的最佳路径。从中选出输电工区到故障 杆塔的最佳线路,并在电子地图上用红线标出。 6 参考文献 1 中国电力百科全书ν 输电与配电卷 1 中国电力出版社, 1995 2 严蔚敏,吴伟民 1 数据结构 1 清华大学出版社, 1987 3 扬启和.地图投影原理与方法.解放军出版社, 1989 4 唐荣锡,汪嘉业,彭群生等 1 计算机图形学教程 1 科学出版社, 1990 责任编辑 余 地 13 第30卷 300 MW超临界机组锅炉燃烧设备及其运行性能 1997年第8期 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载