低氮燃烧-“W”火焰锅炉改造案例

作者: admin123 日期: 2017-11-13 11:02:26 人气: - 评论: 0

项目概况

湖南***发电厂#2锅炉机组是东方锅炉(集团)股份有限公司从美国福斯特·惠勒公司引进的技术设计制造的“W”型火焰锅炉。型号:DG2030/17.6-Ⅱ3,亚临界压力,中间一次再热的自然循环锅炉,双拱形单炉膛,燃烧器布置于下炉膛前后拱上,“W”型火焰燃烧方式,尾部双烟道结构,采用挡板调温再热汽温,固态排渣,全钢结构,全悬吊结构,平衡通风,露天布置。

锅炉主要设计参数

表1-1:锅炉主要参数

项目

单位

BMCR

ECR

过热蒸汽量

t/h

2030

1778.04

过热蒸汽出口压力

Mpa(g)

17.5

17.17

过热蒸汽出口温度

541

541

再热蒸汽量

t/h

1670.02

1476.06

再热蒸汽进/出口压力

Mpa(g)

3.8/3.62

3.35/3.19

再热蒸汽进/出口温度

323.6/541

311.3/541

给水温度

281

272.5

 

锅炉设计、校核煤种

本工程主燃料为娄底地区无烟煤,煤种分析如下表:

表1-2:燃煤特性参数

项目

符号

单位

高计煤种

校核煤种(1)

校核煤种(2)

元素分析

收到基碳

Car

%

53.12

47.55

59

收到基氢

Har

%

1.71

1.5

1.57

收到基氧

Oar

%

1.53

1.4

1.47

收到基氮

Nar

%

0.58

0.98

0.55

收到基硫

Star

%

0.8

0.8

0.6

工业分析

收到基灰分

Aar

%

32.87

38.24

27.81

收到基水分

Mt

%

9.39

9.53

9

空气干燥基水分

Mad

%

1.12

0.86

1.18

干燥无灰基固定碳

Cdaf

%

92

91

93

干燥无灰基挥发份

Vdaf

%

8

9

7

收到基低位发热量

Qnet,ar

Kcal/kg

4674

4158

5070

Kj/kg

19569

17412

21231

可磨系数

HCI

 

84

84

84

Kkm

 

1.47

1.47

1.4


制粉系统

本机组采用6台上海重型机器厂制造的BBD4366型双进双出球磨机,正压直吹式制粉系统。

表1-3  制粉系统主要参数

项目

单位

数值

磨煤机出口温度

120

磨煤机出口风煤比

-

1.68(设计煤种BMCR工况)

煤粉细度

-

90%通过200目筛

原燃烧器设计特点设计参数

锅炉的燃烧设备主要由煤粉燃烧器、风箱、油点火器及风门挡板组成。整台锅炉共配有36个双旋风筒旋风分离式煤粉燃烧器,错列布置在锅炉下炉膛的前后墙炉拱上,前墙18只、后墙18只。

从磨煤机来的一次风和煤粉混合物由煤粉进口管进入煤粉均分器,此时煤粉混合物被均分成两股,每股分别进入相应的旋风筒,煤粉混合物在燃烧器壳体内旋转时,煤粉与一次风离心分离。旋风筒中心部位装有乏气管,可将煤粉分离后的部分一次风(乏气)引出。装在乏气管道上的乏气调节蝶阀可调节引出的乏气量,从而调节煤粉喷口的空气量,即煤粉浓度。煤粉与空气混合物在进入燃烧器时,由于离心分离产生了旋转,为控制其离开喷口时的旋转强度,每个煤粉燃烧器有一个调节装置。它由一个调节杆及由它定位的直叶片组成,升降调节杆的位置使叶片在喷口中的位置改变,即可影响混合物的旋流强度。

燃烧所需要的二次风来自风箱。从空预器来的二次风经锅炉两侧风道送入前后墙风箱,从拱上和拱下的风口进入炉膛。风箱用隔板分隔,彼此独立,使每个燃烧器各为一个单元。可实现单独调节,每一单元内布置6个二次风道及挡板,其中A、B、C挡板控制拱上部分二次风量,D、E、F挡板控制拱下部分的二次风量。挡板A(手动)控制燃烧器乏气喷嘴及主火检孔的冷却风,挡板B(电动)调节燃烧器煤粉喷嘴的周界风量,用于调整煤粉气流的穿透能力及冷却喷口,挡板C(电动)控制点火油枪及油火检的风量

大量的二次风从拱下垂直墙上的风口进入炉膛,共分三层,分别由挡板D、E、F控制,风量呈阶梯型,挡板D、E为手动,挡板F为电动,所有的手动挡板在燃烧调整结束后一般不再作调节,除非燃料或燃烧工况发生了较大的变化。

整个炉膛四周为全焊式膜式水冷壁,炉膛分上、下两部分。下炉膛呈双拱形,冷灰斗倾角55°,炉底开口尺寸为1524mm,与炉底除渣装置相连。本锅炉燃用的是无烟煤,其着火困难,燃尽时间长,针对无烟煤的这种特点,燃烧器布置在拱上,向下喷燃形成"W"型火焰,使火焰行程加长,有利于煤粉燃尽,在下炉膛部分区域敷设了卫燃带保证炉拱区有足够的温度,以利于煤粉的着火及低负荷稳燃。整个炉膛四周由930根¢76X9(SA-210C)水冷壁管组成。

在燃用给定设计煤种和校核煤种并在允许变化范围内时,锅炉能良好运行。当燃用设计煤种,煤粉细度在200目筛孔通过率不低于90%,大气相对湿度为63%,汽轮发电机负荷600MW或锅炉负荷在100%THA时,锅炉保证热效率不低于90.7%(按低位发热值,空预器进风温度为20℃)。

B #2炉存在的主要问题

根据大唐****火力发电分公司#2机组锅炉的运行情况及2011年2月西安热工研究院为该公司#2机组做的空气预热器、风机等性能测试实验报告的结论,2机组锅炉烟气的氮氧化物排放浓度在高负荷时达到了1600mg/Nm3,最高达到1900mg/Nm3。

经详细的研究论证,我们认为目前锅炉运行存在的主要问题在于:

1)原设计没有采用大空间分级燃烧技术,没有大空间NOx还原区的设计,不能满足低NOx的燃烧要求。

2)原设计浓淡分离后,浓、淡喷口紧贴在一起,都从拱顶向下进入炉膛并很快混合,没有起到浓淡燃烧效果,稳燃性能没有充分发挥出来,燃烧初期没有欠氧燃烧,不能有效降低燃烧初期的NOx生成,不能产生用于还原NOx的含氮基元。

3)乏气风挡在了浓一次风的前面,不利于浓一次风卷吸高温烟气,稳燃性能受影响。

4)原锅炉设计的拱顶下方前后墙上的三层二次风采用从水冷壁管的拉稀管间距进入炉膛,导致二次风射流组织性差、经水冷壁管子耗散大、刚性极差,不能较好的满足煤粉与空气的强烈混合射流组织要求;二次风入口速度较低,虽然整体上保证了炉膛氧量控制,但燃烧需要的二次风射流变成了类似保护水冷壁的空气漏风组织形式,不能起到强化燃烧的作用。

5)为了加强燃烧组织,目前通过增大拱顶上的油风室喷嘴射流速度,靠大速差引射强化补氧燃烧,并非按照“三高稳燃理论”实现了稳燃,效果不佳,并更加加大了NOx的生成。

改造方案

根据#2锅炉实际运行情况,充分考虑厂方的实际运行需求,为达到本次低氮燃烧系统改造的性能保证,本次低NOx燃烧系统改造及优化的总体思路如下:

(1)针对锅炉实际运行NOx排放浓度偏高,对本锅炉燃烧系统进行垂直空间分级燃烧系统布置改造:在大风箱适当位置引出燃尽风,占总风量的25%左右,在标高31.4m位置处设置燃尽风喷口,燃尽风喷口与主燃烧器一一对应。并增加配套的电动风门、挡板风箱和燃尽风风道等设备,并进行相应的水冷壁改造。

(2)为降低燃烧初期NOx生成,并强化煤粉卷吸高温烟气能力,保持煤粉高浓度区,提高着火稳燃能力,将乏气燃烧器喷嘴下引至原E风位置处进入炉膛,相比1号炉,降低乏气风喷口进入炉膛的标高,且下倾30度,同时对乏气管道的走向和管径进行重新优化设计,以满足现场施工条件和降低乏气风阻力,真正实现煤粉浓淡分级燃烧的性能要求。

(3)保留D风拉稀管进风形式,将F风改为刚性下倾喷口形式,下倾角度为25°,并相对于#1锅炉下移F风喷嘴的标高,对相应的拉稀管进行改造,降低了二次风射流进入炉膛的耗散性,保证二次风喷嘴射流刚性,既强化煤粉与氧气的混合燃烧特性,又保证煤粉燃烧初期欠氧燃烧的时间,大风箱及相应的风门等不进行改造,仅改善风门的密闭性能。

(4)将A风门进行改造,以保证密闭性能。设计新的A喷口,对A喷口的下倾角度和流通面积进行新的设计。

(5)针对本项目工程施工要求,各燃烧装置单元采用小组件形式供货,既可以方便运输起吊,又可以在现场顺利组装,缩短施工工期,确保锅炉的快速、高效、保质保量的完工。

改造后效果

改造后经西安热工院在高、低负荷和考核煤质下(低位发热量为16.44-17.37MJ/kg,平均空干基挥发份为8.0-9.5%)进行了低氮燃烧调整试验,其得到如下结论:

(1)在试验煤质、满负荷(600MW)条件下,当采用燃烬风关闭、C风门开度很大蝗配风方式下,炉膛出口NOX浓度最高,为1450-1500mg/Nm³(干基,标态,6% O2),但飞灰可燃物低,锅炉效率高,折到设计煤质下的锅炉效率达92.05%

(2)低氮燃烧调整后,在试验煤质、优级化工况下,高负荷(550-600MW)运行时,炉膛出口NOX排放浓度为750-800 mg/Nm³(干基,标态,6% O2),对应锅炉效率为(90.40%±0.2%,折算到设计煤质下的锅炉效率为(91.80%±0.2%.

(3)低氮燃烧调整后,在试验煤质、优级化工况下,低负荷(4400MW)运行时,炉膛出口NOX排放浓度为550-650 mg/Nm³(干基,标态,6%O2),对应锅炉效率为(90.20%±0.2%,折算到设计煤质下的锅炉效率为(91.50%±0.2%.

(4)低氮燃烧调整过程中,在保证不缺氧的前提情况下尽量降低炉膛出口过量空气系数,炉膛出口氧量始终维持在1.8%-2.2%范围内,因此CO浓度维持在较低水平(低于100ppm).高负荷(550-600MW)时,CO平均值为31ppm,峰值为961ppm;低负荷(440MW)时,CO维持在低水平,不足10ppm.

(5)燃烬负开大,下炉膛风量减小后,过热器减温水量明显降低,当燃烬风开大至70%及以上时,减温水量减至0时,民时主。再热汽温难以保证。困此央低氮燃烧调整时,应维持一定的减温水量(30-50t/h),以留出主、再热温调整空间,同时满足煤质变化、负荷波动带来的影响。低氮燃烧过程中,高负荷(550-600MW)时,主汽温均值为553°C,再热汽温均值为532°C;低负荷(440MW)时,主汽温均值为537°C,再热汽温均值为527°C.

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