330MW机组锅炉低氮燃烧改造及运行调整

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  摘要:介绍了天津国电津能热电有限公司#1炉低氮燃烧器技术改造前及改造后的运行情况,通过在不同负荷下二次风配风方式优化试验、主燃烧器、SOFA燃尽风摆角试验、空预器漏风测量试验、锅炉效率测定及优化试验等方面对本次技术改造进行综合评定,运行结果证明,本次改造后#1锅炉在165MW至330MW负荷之间运行,NOx排放量大幅降低,锅炉效率较高,炉内无结焦现象,主再热汽温、壁温等参数正常。在165MW至330MW 负荷之间,基本上不投SCR就能达到现行国家排放标准,经济效益显著。
  关键词:330MW级;低氮燃烧器改造;双尺度燃烧;运行调整
  作者简介:薛峰(1973-),男,河北邯郸人,天津国电津能热电有限公司,工程师。(天津?300300)信超(1971-),男,河北石家庄人,国华电力公司检修维护部业务经理,助理工程师。(北京?100025)
  中图分类号:TK227.1?????文献标识码:A?????文章编号:1007-0079(2012)24-0152-02
  火力发电厂大气污染排放控制问题,已经越来越受到世界各国政府的关注和重视,发达国家对污染排放控制标准较高。而处于京津唐区域的天津国电津能热电有限公司从投产之初,就同步投入脱硫、脱硝设备,严格执行国家的排放标准:SO2排放控制在不大于100mg/N3,NOX排放控制在不大于200mg/N3。按照国家环保局要求,京津唐区域即将执行新的排放标准,NOX排放要求控制在不大于100mg/N3,现有的燃烧设备及脱硝系统如不改造很难达到要求,寻求一种高效、经济的脱硝方案迫在眉睫,低氮燃烧器改造很快提上日程。天津国电津能热电有限公司于2012年5-6月利用#1机组大修机会,完成对#1炉燃烧器更换工作。
  一、设备简介
  天津国电津能热电有限公司一期2×330MW锅炉是采用美国燃烧工程公司(CE)技术设计和制造的。锅炉为亚临界参数、一次中间再热、单炉膛、自然循环汽包炉,固态排渣,半露天布置,全钢构架,采用平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式,制粉系统采用中速磨冷一次风机正压直吹式系统。锅炉型号:HG-1102/17.5-YM33,燃用神华煤。锅炉的设计效率93.5%,锅炉的最大连续蒸发量为1101.6t/h;主蒸汽出口温度为541℃,压力为17.5MPa;再热蒸汽出口温度541℃,出口压力3.617MPa,进口温度为329.9℃,进口压力为3.797MPa,再热器流量为909.7t/h。设计的炉膛出口烟温为1011℃以下。锅炉采用四角切向燃烧、直流式摆动燃烧器。
  改造前NOX排放浓度按照国家标准控制在不大于200mg/N3,每日平均耗氨量在2.5吨左右。
  二、改造前#1炉效率及烟气成分数据
  1.#1锅炉低氮燃烧器改造前锅炉效率试验主要数据(见表1)
  表1?改造前锅炉效率试验数据
  项目名称 单位 工况一 工况二 工况三 工况四
  有功功率 MW 330 300 250 200
  主蒸汽压力 MPa 17.29 17.02 16.42 15.62
  主蒸汽温度 ℃ 537 542.1 540.25 538.4
  空预器A入口烟气含氧量 % 2.32 2.42 3.07 3.34
  空预器B入口烟气含氧量 % 2.83 2.71 3.2 3.77
  修正前排烟温度 ℃ 153.49 151.89 153.4 146.09
  修正后排烟温度 ℃ 161.51 158.24 159.54 152.25
  飞灰可燃物含量 % 0.91 0.44 0.28 0.48
  炉渣可燃物含量 % 0.09 0.10 0.10 0.65
  修正前锅炉热效率 % 92.55 92.78 92.34 92.06
  修正后锅炉热效率 % 92.98 93.14 92.72 92.43
  2.#1锅炉低氮燃烧器改造前锅炉烟气成分主要数据(见表2)
  表2?改造前锅炉烟气成分数据
  项目名称 单位 工况一 工况二 工况三 工况四
  有功功率 MW 330 300 280 250
  SCR入口烟气含氧量A % 2.33 1.92 1.58 3..0
  SCR入口烟气含氧量B % 1.87 2.44 2.08 2.58
  SCR入口烟气NOx含量A mg/Nm3 442 392 421 420
  SCR入口烟气NOx含量B mg/Nm3 398 420 419 452
  SCR入口烟气CO含量A Ppm 195 102 45 10
  SCR入口烟气CO含量B ppm 47 55 120 10
  从以上数据可以看出,改造前锅炉效率较高,但是燃用现有煤种超出设计值50t/h,并且为了保证较低的NOx排量而低氧运行,造成了主再热汽温度、减温水量和排烟温度升高,SCR前实测NOx排放值在400mg/Nm3以上,CO在氧量小于2%的情况下急剧升高。
  三、#1锅炉低NOx燃烧器改造措施
  采用双尺度燃烧技术对锅炉燃烧器进行较大规模的改造,更换现有燃烧器组件,对燃烧器进行重新布置:
  第一,改变炉内切圆直径,#1、#3角切圆由原来的864mm增加至1181mm,#2、#4角切圆维持不变。下端部AA二次风、一次风和SOFA燃尽风为逆时针方向旋转,其他二次风改为与一次风6°角偏置,顺时针反向切入,形成横向空气分级。
  第二,四角主燃烧器(包括一二次风组件,风箱风道等)全部更换, 相应风门执行器换新,燃烧器采用新的整体上下摆动机构,一次风喷口±20°摆动范围,二次风喷口±30°摆动范围。
  第三,A、B层一次风喷口标高保持不变,C、D、E层一次风标高下移;C、D、E一次风喷口采用上下浓淡、中间带稳燃钝体的燃烧器。   第四,重新合理分配二次风量,取消部分中间二次风室,采用新的二次风室结构,调整主燃烧器区一二次风喷口面积,使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求,适当减少主燃烧器区域的二次风量,形成纵向空气分级。
  第五,在EE层二次风顶端,新增一层紧凑型燃尽风OFA贴壁风;采用节点功能区技术,在CD层二次风喷口和EE层二次风喷口两侧加装贴壁风。
  第六,将原燃烧器上部两侧墙大风箱上盖打开, 向上延接SOFA燃尽风道, 与原大风箱结构相似,保持较大的流通面积,形成统一的等压大风箱,阻力小,供风量能得到满足。
  第七,拆除原有三层分离型燃尽风,在原主燃区上方约6米处四角水冷壁开孔,重新布置4层椭圆形穿透性强的分离型燃尽风SOFA喷口,该喷口可以垂直±20°范围摆动,左右±15°范围摆动。
  四、改造后的数据及效果
  1.降低NOx、CO效果显著(见表3)
  锅炉燃用现有煤种,在165至330MW负荷间、保证锅炉效率的前提下,NOx排放量可以稳定控制在200mg/Nm3以内,CO排放浓度100ppm以内,较改造前的排放指标大幅度降低。
  表3?改造后NOx、CO数据
  项目名称 单位 工况7 工况8 工况11 工况12 工况10
  有功功率 MW 330 300 250 200 165
  SCR入口烟气含氧量 % 2.68 2.7 2.77 4.5 5.8
  SCR入口烟气NOx含量 mg/Nm3 196 190 193 185 198
  SCR入口烟气CO含量 ppm 75 70 70 32 30
  2.锅炉效率较改造前有所提高(见表4)
  在165至330MW 负荷之间,修正后锅炉效率可以保证在93%以上 ,高于改造前锅炉效率。各项热损失中,排烟损失最大,其次是机械未完全燃烧热损失。
  表4?改造后锅炉效率
  项目名称 单位 工况7 工况8 工况11 工况12 工况10
  有功功率 MW 330 300 250 200 165
  排烟热损失 % 5.872 5.757 5.365 5.889 6.093
  化学未完全燃烧热损失 % 0 0 0 0 0
  机械未完全燃烧热损失 % 0.872 0.719 0.356 0.421 0.545
  散热损失 % 0.433 0.412 0.356 0.312 0.276
  锅炉热效率 % 92.82 93.11 93.56 93.38 93.09
  修正后排烟温度 % 149 147 128 128 118
  修正后排烟损失 % 5.583 5.469 4.982 5.517 5.507
  修正后锅炉热效率 % 93.11 93.4 93.94 93.75 93.67
  3.主燃烧器摆角试验
  主燃烧器摆角试验在260MW负荷下进行,投入主、再热汽温自动调节,将摆角逐渐向下后,减温水流量随之降低,说明主燃烧器摆角对汽温影响较大,调节特性明显;同时随着摆角向下,还原区相对增大,有降低氮氧化物的作用。
  4.SOFA燃尽风摆角试验
  SOFA燃烧器摆角试验在260MW负荷下进行,投入主、再热汽温调节自动,将摆角逐渐向下后,减温水流量随之小幅降低,SOFA燃烧器摆角对汽温的影响没有主燃烧器摆角的影响大;同时随着摆角向下,还原区相对减小,氮氧化物会明显升高。
  5.风门开关试验结果
  (1)开大周界风门可以促进煤粉提前着火,降低火焰高度,减温水量下降明显,NOx轻微下降。
  (2)开大助燃二次风门,由于一、二次风有6°夹角,风粉混合较晚,燃烧反应相应延缓,所以对减温水流量影响较小,而且由于后期混合于较高温度区域,造成NOx略有升高。
  (3)开大SOFA燃尽风,降低了主燃区的氧量,造成火焰上移,减温水量上升明显,降低NOx效果最明显。
  五、运行操作经验总结
  第一,本次低氮燃烧器改造,炉内燃烧特性发生改变,采用试验后确定的低氮配风方式,增氧汽温降低,减氧气温升高,所以要严格控制氧量在规定范围内,任何情况下省煤器出口氧量不要低于2%,氧量过低是造成主、再热汽温及减温水量升高的主要原因。
  第二,升负荷时,应该提前适当增加风量,然后再增加煤量,防止主燃区缺氧燃烧,造成火焰中心上移、汽温快速升高;同样,减负荷时,应该先减煤,然后及时减少风量,防止主燃区氧量增大,汽温快速下降。但是在机组实际运行情况中发现,增加负荷时,风量调节明显滞后于煤量的变化,造成主汽压力和主再热汽温大幅波动,应投入氧量自动,保证风量能够提前、及时跟踪。
  第三,摆角的控制中,高负荷时,减温水量较大情况下,采用主燃烧器摆角控制汽温,SOFA在水平位置为最佳,以保证其射流具有较强穿透性,才能实现全炉膛覆盖,起到调节烟温偏差作用;200MW以下负荷运行时,为保证汽温及NOx的正常,可以适当上摆SOFA。
  第四,优化上煤方式。目前C、E原煤仓上褐煤,考虑改为D、E原煤仓上褐煤,褐煤的挥发份较高,将褐煤布置在最上两层燃烧器有利于降低NOx排放值和飞灰含碳量。
  第五,负荷在165MW~200MW的配风原则:保证A、B、C三台磨煤机运行,最大限度降低磨通风量,相应减少了主燃区的氧量;送风机动叶关至最小,注意干渣机检查门和炉膛看火孔如有漏风处,应进行密闭;为了较好地在炉膛垂直高度上分配二次风量,应将四层SOFA燃尽风全部开到100%,并且燃尽风可以适当上摆,以便在最不利的情况下降低NOX和提高再热汽温。
  第六,负荷在200MW~260MW的配风原则:
  应保证A、B、C、D四台磨煤机运行,在扩大还原区的同时,保证了主燃烧器区域的较高煤粉浓度;在磨煤机出力允许范围内,尽量降低磨入口风量。
  第七,负荷在260MW~330MW的配风原则:五台磨全部运行,严格执行配风操作卡片,SOFA燃烬风门保持在50%(水平位置),用燃烧器摆角调整主再热汽温。   第八,通过二次风门在热态工况下开度试验,确定了NOx与锅炉各项参数指标俱佳的风门开度,以后应按照以下规定执行:
  严格执行配风操作卡规定的氧量;
  周界风门在燃烧器停运后关闭至10%,根据磨煤量增加情况适当开大对应的周界风门,可以缓解压力波动幅度,降低火焰高度,减温水量明显减少;
  原则上,四层SOFA燃尽风在50%以上负荷即可以全部开启,如NOx值较低,可以适当关闭部分SOFA燃尽风;SOFA风门最低保证10%开度,防止高温区火焰烧损喷口;SOFA风门采用第一层开至100%以后,再开启第二层,直至四层全部开启的操作方法,避免四层SOFA风门同时在中间开度的现象。
  第九,针对高负荷时排烟温度较高,造成排烟热损失增大、锅炉效率降低的现象,考虑从以下几点采取措施:
  严格控制锅炉漏风量,对捞渣机、看火孔等不严密处进行封堵,最大限度降低这部分无组织进风对锅炉燃烧的影响;
  不要保持过低的氧量运行,由于缺氧燃烧,火焰中心上移后,炉内换热量的降低造成烟温升高,而且低氧的代价就是保持低风量运行,从而降低了空预器的放热能力,如此恶性循环会使排烟温度越来越高;
  根据空预器出入口差压判断积灰程度,差压升高时应立即进行吹灰;
  脱硝系统的投入,会使空预器沾污情况加重,影响换热效果。改造低氮燃烧器后,脱硝系统可以停止运行,对排烟温度的影响有待观察。
  六、结论
  改造后的锅炉燃用现有煤种,在165至330MW负荷之间,NOx排放量可以稳定控制在200mg/Nm3以内,CO排放浓度100ppm以内,较改造前的排放指标大幅度降低约50%,在165至330MW负荷之间,基本上不用投SCR就能达到当前国家排放标准,经济效益显著。
  锅炉效率基本达到要求。在165至300MW 负荷之间,锅炉效率可以保证在93%以上 ,高于改造前试验锅炉效率。
  通过不同负荷阶段的配风方式,能够控制飞灰含碳量在1.5%左右,是保证锅炉效率不降低的重要因素。
  主燃烧器摆角对汽温影响较大,调节特性明显;同时随着摆角向下,还原距离增加,有降低氮氧化物的作用。
  SOFA燃烧器摆角对汽温影响没有主燃烧器摆角的影响大;同时随着摆角上扬,还原距离增大,也有降低氮氧化物的作用。
  周界风门降低汽温效果明显,运行中汽温较高情况下可以适当开大;二次风门降汽温作用不明显,而且会造成NOx升高,运行中保持最低开度即可;SOFA风门降低NOx的作用最明显,但是在开启过程中应缓慢进行,注意防止造成汽温快速升高。
  通过炉温测量可以表明,整个炉膛温度场、流场均匀,火焰无偏斜,没有结渣迹象。
  参考文献:
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  (责任编辑:刘辉)
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