600MW四角切圆燃烧锅炉低NOx燃烧器改造.pdf

第 4 3 卷第 3期 2 0 1 2年 5月 锅 炉 技术 BOI LER TECHN0L0GY Vo 1 ． 4 3，No ． 3 Ma y ．，2 0 1 2 6 0 0 MW 四角切 圆燃烧锅炉低 N O 燃烧器改造 徐 良，徐 昶 ，徐仲雄 ，楼红原 国电浙江北仑第一发电有限公司 ，浙江 宁波 3 1 5 8 0 0 摘 要 根据 国家减排政策要求 ， 北仑第一发电有限公司选择通过 炉内脱硝方式对 1 号锅炉燃烧器进行 了低 氮改造 ， 达到预期的效果 ； 为将锅炉低 N 燃烧技术改造可能产生 的负面影响减至最小程度 ， 采取了磨煤机动态 分离器改造 、 受热面调整等配套措施 ； 改造后锅炉总体性能 良好 ， 为四角切圆燃烧锅炉低氮改造提供 了借鉴。 关键词 6 0 0 Mw 机组 ；四角切 圆燃烧 ；低 N0 燃烧 ；空气分级 中图 分 类 号 TK2 3 3 ． 2 3 文 献 标 识 码 B 文章 编 号 1 6 7 2 4 7 6 3 2 0 1 2 0 3 - 0 0 6 3 0 4 0 前 言 火 电厂大气 污 染物 排 放控 制 问题 ， 已越来 越 受 到世 界各 国政 府 的关 注 和重 视 。我 国在 “ 十二 五” 期 间将 推行新 的更加 严格 的火 电厂 NO 排放 标准 ， 目前北 仑第 一发 电有 限公 司 1号锅 炉 NO 排 放浓 度 过高 ， 正 常运 行通 常 达 6 5 0 mg ／ Nm。 左 右 ， 如 果直 接 采 用 炉 外 脱 硝 ， 存 在 设 备 初 始 投 资 过高 、 运行成 本 高昂等 问题 。 如采用先进的低 N 燃烧技术进行锅炉燃烧 系统的改造， 不仅可大幅度降低锅炉的 N 排放 量 ， 节 省巨额 的氮氧化 物 排污 费用 ， 也可 为将 来更 高的 N 减排要求而必须增设 S C R装置时， 大幅 度 降低设 备初投资及运行 费用 ， 有效地提 高机组运 行 的经济性 ， 增强企业竞争 力 ， 是实 现锅炉 N 减 排 的首选方 案 ， 同时 ， 也符合 国家节 能减排 中“ 鼓 励 高效低氮燃烧技术 的开发 和应用” 的技术指导思 想 。北仑第 一发 电有 限公 司 1 号 锅炉 于 2 0 1 0年 9 月2 0 1 0 年 1 1月机 组 大修 期 间 实施 并 完成 了锅 炉低 N 技术 改造 。改造 后 锅 炉总 体 性 能 良好 ， N 排 放质量浓度小 于 3 6 0 mg ／ N m3 氧量折算 到 6 以下 ， 比改造前 降低 了 5 O 左 右 。 1 设备概 况 北 仑第一 发 电有 限 公 司 1号 锅 炉 ， 由原 美 国 燃 烧工 程公 司 C E公 司 设 计 制造 ， 于 1 9 9 1 年 投 入 运行 。1号锅 炉 为 6 0 0 Mw 亚 临界 压 力 、 控 制 循 环 、 一次 中间再 热 、 单 炉膛 平 衡 通 风 、 固态连 续 排渣 、 全钢 构架 、 半紧 身封 闭的 Ⅱ 型 汽包 炉 ， 设 计 煤种 为晋 北 烟 煤 。并 配 置有 切 向 燃 烧 摆 动 式 直 流煤粉 燃烧 器 ， 锅 炉 尾部 烟 道 布置 2台三分 仓 容 克式空气预热器 。 1 号锅 炉炉 膛 宽 为 1 9 5 5 8 m m， 深 为 1 6 4 3 2 ． 5 r n l T l ， 宽深 比为 1 ． 1 9 1 ， 长 方 形 炉膛 截 面 。炉膛 总 容 积 为 1 5 4 9 3 ． 5 m。 ， 有 效 辐 射 受 热 面 热 负 荷 为 2 2 0 8 2 0 w／ m ， 断面 热负 荷 为 5 3 6 3 0 0 0 w／ m ， 燃烧 器 区域 热 负荷 为 1 4 9 8 4 3 0 W／ m 。 由于 设 计 原 因 ， 上层 燃烧 器 与 屏 底 距 离仅 为 1 6 ． 8 m， 炉 膛高度 比一般 的锅炉炉膛高度要低4 ～5 m， 日常 运行 中锅 炉对 配 风 比较 敏感 ， 高 温 部 件经 常 容 易 超 温 ， 壁 温 分 布 在 沿 炉 膛 宽 度 方 向 的偏 差 较 大 ， 再 热器有 1 0 2 0 t ／ h的减 温水 。 锅炉 燃 烧 器 采 用 四 角 布置 ， 共 2 4只切 向 燃 烧摆动式直流煤粉喷嘴， 每只煤粉喷嘴最大 出力 为 1 3 ． 5 t ／ h ， 分 6层 布 置 ， 每 层 设 置 4只煤 粉 喷 嘴。在顶部煤粉喷嘴上方各设一层燃烬风 和辅 助风 喷 口。煤 粉 喷 嘴 、 二 次 风 喷 嘴 、 燃 烬 风 喷 嘴 均可 上下 摆动 ， 用 以调节再 热汽 温 。 2 改造方案 北仑第一发 电有 限公司原设计煤种 为结 渣 性 严 重 的晋 北烟 煤 ， 燃 烧器 改 造 的设 计 煤 种 为 电 厂 日常运 行 用 煤 种 。针 对 北 仑 第 一 发 电有 限公 司锅 炉 的炉 型 和煤 种 ， 本项 目采用 上 海 锅 炉 厂有 收稿 日期 2 0 1 1 0 6～1 O ； 修回 日期 2 0 1 1 1 00 9 作者简介 徐良 1 9 7 6一 ， 男 ， 本科 ， 现在主要从事 电厂设备管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 4 锅 炉 技术 第 4 3 卷 限公 司 开发 的复合 式 空 气 分 级低 NO 燃 烧 技术 的改 造方 案 。该 系 统包 括 制粉 系统 、 煤 粉 喷 嘴 以 及 多层 辅 助 风 C F S ， C C OF A 和 S OF A 的优 化 设计 。 煤粉燃烧设备改造方案如下 1 保 持 原制粉 系统 与煤 粉管道 布 置不变 ； 2 增 加 4层 S OF A 喷 嘴 和 相 应 的 S OF A 燃烧器 ； 3 对 原 二次 风 喷 嘴 的 流通 面积 、 偏 转 角 度 进行修 改 ； 4 一次风系统保持不变， 但更换一次风喷嘴。 主风箱设 有 6层 宽调 节 比 WR 煤 粉 喷 嘴 ， 在煤粉喷嘴四周布置有燃料风 周界风 。在每 图 1 改造 后北 仑 1号炉燃烧器平 面布置 图 图 2 改造后北仑 1号炉燃烧 器立面布置图 相邻 2层煤粉喷嘴之间布置有 1 层辅助风喷嘴， 均可 通过 气 动 调 节 机 构 同 步上 下 摆 动 。在 主 风 箱上 部设 有 2层 紧 凑 燃 尽 风 喷 嘴 ， 可 手 动 作 上 、 下摆 动 ， 同 时 可 通 过 一 个 调 节 机 构 作 水 平 方 向 1 5 。 的调节 ， 在 主风 箱 下 部设 有 1层 二 次 风 喷 嘴 。 在主 风 箱 上 部 布 置 有 高 位 燃 尽 风 S OF A 燃 烧 器 ， 包 括 4层 可 水 平 摆 动 的高 位 燃 尽 风 S oF A 喷嘴。燃烧器布置参见图 1 、 图 2 。 3 燃烧器改造可能产生的负面影响及对策 3 ． 1可 能产 生的 负面影 响 锅 炉低 NO 。 技 术改 造是 一项 系统工 程 ， 不 仅 涉 及燃烧 系统 本 身 ， 还 必 须 对改 造 后 可 能产 生 的 负面影 响进行 全 面系 统 地分 析 评估 ， 并采 取 相 应 的对 策进 行设 计优化 。 根据复合式空气分级低 NO 燃烧技术特点 及 1 号炉本身结构特点， 低氮燃烧可能产生 的负 面影 响有 1 由于 主燃 烧 区缺 氧燃 烧 ， 煤 粉 无 法 燃尽 ， 飞灰含碳 量上 升 l_ 】 ； 2 主 燃 烧 区 的氧 量 减 少 ， 产生还 原 性 气 氛 ， 导 致 炉 膛 水 冷 壁 结 焦 及 高 温腐 蚀 l 2 ； 3 由于 分 级 燃 烧 ， 火 焰 中心 上 移 ， 锅 炉 减 温水 量增 加 [ 3 ； 4 低 负荷 时 NO 排放 量 反 弹 ； 5 火 焰 中心上 移 ， 末 级再 热 器 管壁 超 温 问 题 加 剧 。 3 ． 2 相应 的对 策 3 ． 2 ． 1磨 煤机 动态分 离器 改造 燃 烧 器 改 造 采 用 空 气 分 级 低 NO 燃 烧 技 术 ， 煤 粉 燃 烧 初 期 处 于 缺 氧 燃 烧 状 态 ， 着 火 和 燃 尽 时 间 推 迟 、 着 火 时 间 缩 短 ， 导 致 飞 灰 可 燃 物 的增 加 。通过 提 高煤 粉细 度 和均 匀 性 特别 是 减 少 大 颗 粒 煤 粉 的 比例 ， 可 有 效 提 高 煤 粉 的 燃 尽 程 度 ， 缓 解 因着 火 推 迟 引起 的 飞 灰 含 碳 量 的上 升 。 1号 炉 磨 煤 机 设 计 煤 粉 细 度 R ， 筛 余 为 3 0 ， 煤 粉均 匀 性 系 数 为 1 ． 2 。安 装 动 态 分 离 器 后各台磨煤机煤粉细度 R 、 R 。 达到 2 5 、 5 ， 煤 粉均匀 性 系数大 于 1 ． 2 。煤 粉细 度 的可 调 范 围 和调节性能较改造前大大改善 。 3 ． 2 ． 2预置水平偏角的辅助风喷嘴 C F S 本燃烧器改造方 案在在每相邻 2层煤粉喷 嘴之 间布置有 1 层 辅 助 风 喷嘴 ， 包 括 部 分 预置 水 平偏角的辅助风喷嘴 C F S 。 如前所述 ， 降低 NO 的基本 原则之 一是 在分 段 燃烧 的最初 阶段 ， 局 部 地 把一 定 量 的助 燃 空气 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 徐 良， 等 6 0 0 MW 四角切 圆燃烧锅炉低 NO 燃烧器改造 与燃 料气 流 隔离开 来 。就 本 燃 烧 系统 而 言 ， 局 部 性 分段燃 烧 是 通 过使 部 分 辅 助 空气 射 出 方 向偏 离 燃料气 流方 法得 到 ， 以延 迟燃 料 射 流对 该 空 气 的卷 吸 ， 因而 在 挥 发 分 析 出和 碳 初 始 燃 烧 阶 段 ， 降低燃 烧 化 学 当量 配 比。 空气 射 流 偏 斜 角 度 是 通过 在上 下 摆 动 空 气 喷 嘴 上 预 置 一 个 水 平 方 向 偏角 而形 成 的。同 时 ， 由于 水 冷壁 结 焦 情 况 得 到 控制 ， 炉膛粘污程度降低， 增加 了炉膛的吸热量 ， 可 削弱炉 膛火焰 中心 上移 对减 温水 量 的 影 响 ， 见 图 3 。 图 3空气射流预置偏 斜 3 ． 2 ． 3低温 再热器 割短 i 号 机 组 投 产 后 一 直 存 在 再 热 器 欠 温 的现 象 ， 为此在 1 9 9 4年 首 次 大 修 中， 根 据 美 国 AB B C E公 司方 案对 低温 再热 器 中间 7 2屏 接 长 3 0 5 0 mm， 左 右两 侧 各 2屏 接长 1 5 0 0 mm。低 温再 热 器 接 长改 造 后 ， 再 热 汽 温 偏 低 问题 得 到 了 解 决 ， 但 是 由于炉 膛烟 气 出 口烟 温 的偏 差 ， 导 致 炉 右侧 高温再 热 器 管 壁 超 温 ， 并 且 再 热 器 喷 水 流 量 较 大 ， 低 氮燃 烧 器 改 造 后 ， 由 于 火 焰 中心 的上 移 可 能会 使这种 现象 加剧 ， 因此 在 总结 北 仑 电厂 2号 锅炉 低 NO 燃 烧 改造 的基 础上 ， 通 过 计算 ， 将第 3 ～ 7 4 屏 低温再 热 器高度 减少 1 0 0 0 mm， 以降低 再 热 器喷水 减温 ， 提 高机组 的安全 性及 经济性 。 3 ． 2 ． 4水平 可调 的紧 凑 燃烬 风 C C OF A 和 高位 燃 烬 风 S OF A 针对 四角 切 圆燃 烧 锅 炉 本 身 存 在 的烟 气 偏 差 问题 ， 将 紧 凑 燃 烬 风 C C OF A 和 高 位 燃 烬 风 S o F A 设 计 成 可水 平 摆 动 ， 可通 过 手 动 调 节 机 构作 水平方 向 1 5 。 的调 节 ， 使 锅 炉 汽壁 温 偏 差 情 况得 到缓解 。 4 改造前后性能数据对 比 在 改造前 、 后 进 行 了锅 炉 性 能试 验 。额 定 工 况 下 ， 试 验结 果数 据见 表 1 。 表 1 改造前 后性 能试验 结果 数据 注 本次燃烧器改造 同时 ， 对空气预热器波 纹板进行 了更 换 ， 锅炉整体效率有所提高。 运行 实 际情 况 表 明 1 低 NO 燃烧技术改造后， 锅炉总体性能 良好 ， 在 不 同 负荷 工 况 下 ， 主 蒸 汽 和 再 热 蒸 汽 温 度 均能达 到设 计值 ； 2 NO 排 放 质 量 浓 度 在 3 6 0 mg ／ Nm。以 下 ， 与改 造前 相 比降低 5 O ， 且 在 3 0 0 Mw ～ 6 0 0 Mw 负荷工 况下 NO 排 放 质 量浓 度 波动 幅度 均 不 大 ， 低 氮燃烧 性 能稳定 ； 3 锅 炉无 明显 结渣 情 况 ， 煤 种 适 应 性 与 改 造 前基本 相 同 ； 4 锅 炉效 率 与 改造 前 基 本 持 平 ， 过 热 器 减 温水流量 在 5 5 ～6 3 t ／ h左 右 ， 与 改造 前 的基 准试 验 值基本 接 近 ； 5 再 热器 减温水 量 为 7 ． 2 t ／ h ， 比改 造前 有 所 降低 ； 6 受 热 面壁 温 分 布情 况 较 为 均 匀 ， 末 级 再 热器最 高壁 温下 降近 2 0℃ 。 5 结 语 北 仑第 一发 电有 限公 司 1 号 锅炉 作 为 C E公 司早期 的产 品 ， NO 排 放 浓 度 高 ， 炉 膛 高 度 相 对 矮小 ， 低 氮 燃 烧 器 改 造 风 险 大 。为 达 到 安 全 、 经 济 、 环保 的 目的 ， 项 目实 施 过 程 中 根 据 锅 炉 结 构 特点 、 煤质 、 运 行 情 况 、 现 场 条 件 ， 并 借 鉴 国 内外 同类 型锅 炉低氮 燃 烧器 改 造经 验 ， 对 改 造 方 案进 行设计优化 ， 使负面影 响降到最低 ， 改造后 N O 排放 降低至 3 6 0 mg ／ Nm。 氧量折算 到 6 以 下 ， 各 项性 能 指标 达到 设 计 要 求 。 1号 锅 炉燃 烧 器 的成功 改造 为 国 内其 他 6 0 0 Mw 四 角切 圆燃 烧锅 炉 的低 NO 燃 烧器 改造 提供 了借鉴 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 6 6 锅 炉 技术 第 4 3卷 参 考文献 [ 1 ]朱懿灏 ， 夏杰 ． 1 0 2 5 t ／ h亚 临界一 次中间再热锅 炉低 NO 燃 烧技术改造E J ] ．上海电力 ， 2 0 1 0 ， 2 3 2 1 4 6 1 5 0 ． E 2 3周新雅 ．大型燃 煤电站锅 炉低氮燃烧技 术分析及 应用策 略 E J ] ．华东电力， 2 0 0 3 ， 3 l 1 0 6 ～1 2 ． [ 3 ]孟建 国， 元怀全 ， 卢存河 ， 等 ． 6 0 0 MW 电站锅炉 过热器减 温 水治理 策略 及效 果 [ J ] ．华 北 电力 技术 ， 2 0 0 8 ， 3 3 6 6 3 0 34． Th e Mo di f i c a t i o n of L ow- NO Bu r n er s i n a 6 0 0 MW Ta n ge n t i a l F i r i n g Boi l er xu Li a ng，XU Cha ng，XU Zho ng x i o ng，LOU H o ng y u a n Gu o d i a n Z h e j i a n g B e i l u n No ． 1 P o we r g e n e r a t i o n Co ．L t d ． ，Ni n g b o 3 1 5 8 0 0，Ch i n a Ab s t r a c t Ac c or d i ng t o t he e mi s s i o n r e du c t i o n p ol i c i e s ，t h e l o w NO mod i f i c a t i o ns o f b ur ne r s h a v e b e e n c a r r i e d o u t i n u n i t 1 b o i l e r o f t h e Be i l u n P o we r Pl a n t ，b y t h e wa y o f t h e f u r n a c e d e n i t r i f i c a t i o n，t h e e x p e c t a n t r e s u l t s h a s b e e n a c h i e v e d；F o r t h e p o s s i b l e n e g a t i v e i n f l u e n c e o f t hi s t e c h no l o gy mod i f i c a t i o n wi l l be r e d uc e d t o t he m i n i mum ， we ha v e a do p t e d r o t a r y mi l l c l a s s i f i e r mo d i f i c a t i o n，b o i l e r h e a t i n g s u r f a c e a d j u s t me n t a n d o t h e r s u p p o r t i n g me a s u r e s ． Af t e r t he mod i f i c a t i o n， t h e b o i l e r p e r f o r ma nc e of un i t 1 i s s a t i s f a c t o r y， a n d i t p r ov i d e s a r e f e r e nc e f o r l o w NO mod i f i c a t i o ns i n t he t a ng e n t i a 1 f i r i n g bo i l e r s ． K e y wor ds6 00 M W u ni t s；t a n ge nt i a l f i r i ng；l o w NO c o m b us t i o n； a i r s t a ge d 上接 第 4页 参 考文 献 I- 1 ]刘鑫屏 ， 田亮 ， 赵征 ， 等 ．汽包锅炉蓄热 系数 的定量分析[ J ] ． 动 力 工程 ， 2 0 0 8 ， 2 8 2 2 1 6 2 2 0 ． E 2 ] 殳建 军 ．锅 炉 蓄 热系 数 的理 论 计算 [ J ] ．江 苏 电机 工 程 ， 2 0 0 3， 2 2 6 3 1 3 3 ． [ 3 ]赵征 ， 曾德 良， 刘吉臻 ．汽轮发 电机组动态模 型研究 与应 用 __ J ] ．电力情报， 2 0 0 2 ， 1 8 2 7 1 0 ． [ 4 2田亮 ， 曾德 良， 刘鑫屏 ， 等． 5 0 0 MW 机组简化的非线性动态模 型I- J ] ． 动力工程， 2 0 0 4 ， 2 4 4 5 2 2 5 2 5 ． E s ]翁一武 ， 于达仁 ， 徐 基豫 ．锅炉跟 随控制 的构成 兼论直 接能量平衡 控 制 的动态 特性 E J ] ．动力 工 程， 2 0 0 1 ， 2 1 I 1 0 5 1 1 0 53 ． [ 6 ]田亮 ， 刘鑫屏， 赵征 ， 刘 吉臻． 一种新 的热量信 号构造 方法及 实验研 究[ J ] ． 动力工程 ， 2 0 0 6 ， 2 6 4 4 9 9 5 0 2 ． [ 7 ]F ．P ．D e Me l l o， F e l l o w． B o i l e r Mo d e l s f o r S y s t e m P e r f o r m- a n c e S t u d i e s [ J ] ．I E E E Tr a n s ．o r l P o we r S y s t e m， 1 9 9 1 ， 6 1 ． [ 8 ]C h e r e s ， E ．S ma l l a n d me d i u m s i z e d r u m b o i l e r mo d e l s s u i t a b l e f o r l o n g t e r m d y n a mic r e s p o n s e [ J ] ．E n e r g y C o n v e r s i o n ， I EEE Tr a n s a c t i o n s o n，1 9 9 0， 5 4 6 8 6 6 9 2 ． [ 9 ]罗作桢． 机 炉协 调控制 系统 评述 [ J ] ．自动 化博 览 ， 1 9 9 8 ， 1 6 4 3 7 ． Th e Ca l c ul a t i o n o f Su p er cr i t i c a l Boi l e r He a t St or a g e Co e f f i ci en t GU J u n j i e ， TAN J u n l o n g， S UN Yu j i e ， J I Na i l i a n g S c h o o l o f En e r y a n d P o we r E n g i n e e r i n g ，No r t h Ch i n a El e c t r i c P o we r Un i v e r s i t y ，B a o d i n g 0 7 1 0 0 3 ，C h i n a Ab s t r a c t Bo i l e r h e a t s t o r a g e c o e f f i c i e n t i s a v i t a l p a r a me t e r f o r b o i l e r t u r b i n e c o o r d i n a t e d c on t r ol s y s t e m． Ac c o r d i n g t o e ne r g y e q ui l i br i u m c o ns t a n t p r i nc i pl e a n d t he o r e t i c a l m o d e l i ng a n a l ys i s，d e d uc e d t he t he or y c a l c u l a t i on me t h od o f b o i l e r he a t s t o r a g e c oe f f i c i e n t，t hr o ug h t h e f e a t ur e s o f s u pe r c r i t i c a l f u r na c e a n a l y z e a nd c a l c u l a t e a 1 0 00 M W o nc e t hr o ug h b o i l e r he a t s t or a g e c o e f f i c i e nt ． K e y wor ds s u pe r c r i t i c a l ； onc e t hr ou gh b o i l e r；h e a t s t o r a ge c oe f f i c i e nt ；d i r e c t e ne r g y ba 】 an c e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m