M-PM燃燒器在600MW超超臨界機(jī)組的改造

深能合和電力（河源）有限公司 宋 海

M-PM燃燒器在600MW超超臨界機(jī)組的改造

深能合和電力（河源）有限公司 宋 海

M-PM燃燒器為哈鍋新引進(jìn)新型燃燒技術(shù)，具有更加寬泛及有效的著火區(qū)域，煤粉分布呈現(xiàn)出中心濃，外圍淡的整體趨勢(shì)，降氮效果更佳。河源電廠(chǎng)#2爐采用M-PM燃燒器改造后，進(jìn)過(guò)相關(guān)性能調(diào)整試驗(yàn)，鍋爐出口NOx排放進(jìn)一步降低，以滿(mǎn)足總NOx排放低于50 mg/Nm3的環(huán)保要求。

燃煤鍋爐；低氮燃燒器改造；M-PM燃燒器

1.前言

隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保壓力的與日劇增，燃煤電廠(chǎng)的NOx排放越來(lái)越受到重視。在降低NOx排放方面，低NOx燃燒器是一個(gè)重要選擇，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了多種型式的低NOx燃燒器，其性能各有優(yōu)劣[1-2]。

2.設(shè)備概況

2.1 鍋爐概況

河源電廠(chǎng)600MW超超臨界機(jī)組為哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限公司設(shè)計(jì)，鍋爐型號(hào)為HG-1795/26.15-YM1。鍋爐采用П型布置、單爐膛、改進(jìn)型低 NOx 分級(jí)送風(fēng)燃燒系統(tǒng)、墻式切園燃燒方式，爐膛采用內(nèi)螺紋管垂直上升膜式水冷壁、帶再循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)、一次中間再熱。鍋爐采用平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)煤種為淮南煙煤，校核煤種1為山西保德煙煤，校核煤種2為晉北煙煤，過(guò)熱/再熱氣溫為605℃/603℃。目前鍋爐NOx排放在300 mg/Nm3至500 mg/Nm3之間，為進(jìn)一步降低鍋爐NOx排放，河源電廠(chǎng)2015年年底#2鍋爐A級(jí)檢修期間完成了#2機(jī)組低氮燃燒器改造。

2.2 改造前機(jī)組運(yùn)行狀況

鍋爐整體運(yùn)行情況良好，鍋爐效率高于設(shè)計(jì)值，主、再熱汽溫可以達(dá)到設(shè)計(jì)值，機(jī)組運(yùn)行中，由于燃燒調(diào)整或升降負(fù)荷等原因，鍋爐存在偏燒現(xiàn)象，部分三過(guò)、四過(guò)、末再管屏有超溫現(xiàn)象，尤其是主再熱汽溫在596℃（設(shè)計(jì)是600℃）以上時(shí)，超溫管屏大大增加；考慮到噴水對(duì)氧化皮的影響，減溫水基本不投，調(diào)節(jié)汽溫主要靠風(fēng)門(mén)擋板；由于一次風(fēng)速的不均，引起的偏燒也只能通過(guò)風(fēng)門(mén)調(diào)整，故氮氧化物未能達(dá)到同類(lèi)型機(jī)組的260 mg/Nm3左右。

2.3 水冷壁現(xiàn)狀

目前鍋爐水冷壁管存在高溫腐蝕和橫向裂紋問(wèn)題，主要集中在四墻標(biāo)高48m左右中間混合集箱進(jìn)口管下部1～2m以及燃燒器附近區(qū)域。四墻均有不同程度橫向裂紋，再加上長(zhǎng)期交變應(yīng)力、焊縫折扣等因素的共同作用下，已經(jīng)發(fā)生多次水冷壁泄漏事件。機(jī)組運(yùn)行期間，在負(fù)荷快速升降或切換磨煤機(jī)，尤其是低負(fù)荷下三層磨運(yùn)行時(shí)，存在水冷壁超溫問(wèn)題。雖然水冷壁部分節(jié)流孔圈已經(jīng)擴(kuò)孔改造，超溫情況有所改善，但是超溫問(wèn)題仍然存在。

3.低氮燃燒器改造方案

原燃燒設(shè)備采用墻式切圓燃燒大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，采用低NOX PM（PollutionMinimum）全擺動(dòng)式直流燃燒器。燃燒器共 4 組，布置于水冷壁四面墻上，形成一個(gè)大切圓。燃燒器共 6 層煤粉噴口，每層與 1 臺(tái)磨煤機(jī)相配。在主燃燒器的上方布置 OFA 噴嘴，在距上層煤粉噴嘴上方約 5386mm 處有四層附加燃盡風(fēng) A-A（Additional Air）噴嘴，采用角式布置。

改造后，主燃燒器由原來(lái)的濃煤粉燃燒器改為M-PM燃燒器，淡煤粉風(fēng)室更改為空氣風(fēng)室，將原濃煤粉風(fēng)倉(cāng)與上下方的空氣風(fēng)倉(cāng)合并為一個(gè)風(fēng)倉(cāng)，維持原來(lái)的燃燒器風(fēng)箱框架不變，按照改造后風(fēng)量分配將原OFA噴口及、AUX-1噴口以及AUX-3噴口重新設(shè)計(jì)更換；將原AUX-2風(fēng)室拆除更換為DUMMY風(fēng)室進(jìn)行封堵；原淡煤粉風(fēng)室改為AUX-4噴口；同時(shí)，原來(lái)的三層油風(fēng)室及A層等離子點(diǎn)火裝置進(jìn)行利舊，不作改動(dòng)。在距上層煤粉噴嘴上方約5.0m處有四層附加燃燼風(fēng)A-A（Additional Air）噴嘴，角式布置，在原有基礎(chǔ)上更換A-A風(fēng)風(fēng)室噴口，以滿(mǎn)足燃盡風(fēng)風(fēng)量增大的需求。

4.M-PM燃燒器特點(diǎn)及改造中存在的問(wèn)題

4.1 主要特點(diǎn)

新型M-PM燃燒器出口氣流設(shè)計(jì)為中心濃淡，在一次風(fēng)噴口出口處加裝十字花形擴(kuò)散器，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對(duì)煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。同時(shí)十字花形鈍體能保證噴口處著火面均勻，使得噴口整體處于一個(gè)較均勻的溫度場(chǎng)內(nèi)，有效延長(zhǎng)噴口使用壽命。

圖1 M-PM燃燒器著火面示意圖

M-PM燃燒器煤粉分布呈現(xiàn)出中心濃，外圍淡的整體趨勢(shì)，濃相煤粉在著火時(shí)火焰被整體控制在一個(gè)還原性區(qū)域內(nèi)，因此降低了從揮發(fā)分及煤焦粒子中析出的NOx。出口中心濃外圍淡的氣流還能有效防止煤粉氣流的離析、貼壁，保護(hù)燃燒器區(qū)域水冷壁的安全使用。

4.2 改造過(guò)程中存在的問(wèn)題

設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)未到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)原設(shè)備狀況，未考慮金屬三圍補(bǔ)償器出口插板門(mén)（含電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的重量、管系重量分配設(shè)計(jì)不盡合理，造成恒力彈簧吊架載荷不足、彈簧下滑嚴(yán)重，并攜帶噴嘴體進(jìn)口段煤粉管道下傾從而煤粉噴嘴上翹造成擺動(dòng)卡澀。

調(diào)整方法：調(diào)整整個(gè)管系的重量分配，將插板門(mén)移至金屬三圍補(bǔ)償器下方，并將彈簧吊架的生根點(diǎn)移至金屬三圍補(bǔ)償器的上方。由于金屬三圍補(bǔ)償器上下兩個(gè)波紋管具有伸縮性，將上部分煤粉管道、彎頭等重量與插板門(mén)的重量分割開(kāi)來(lái)，使多出的插板門(mén)（含電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的重量移至下方的剛性吊架上，從而減輕彈簧吊架的負(fù)擔(dān)，從而使管系重量合理分配，解決了噴口上翹卡澀的問(wèn)題。

5.性能試驗(yàn)結(jié)果

5.1 試驗(yàn)結(jié)果

#2爐燃燒器改造后進(jìn)經(jīng)過(guò)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，目前調(diào)試成果如下：

1）燃用平混7、石炭2煤種時(shí)，全負(fù)荷段的飛灰含碳量可保證在1.3%以?xún)?nèi)，100%負(fù)荷、75%負(fù)荷、50%負(fù)荷下的脫硝前NOx水平可達(dá)到220 mg/Nm3、240 mg/Nm3、260mg/Nm3以?xún)?nèi)，達(dá)到性能保證要求；特別是中低負(fù)荷NOx排放，新燃燒器的性能明顯優(yōu)于舊燃燒器；2）全負(fù)荷段CO排放值在20ppm以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)低于保證值100ppm；3）主、再熱汽溫均可達(dá)到額定值；

4）受熱面金屬壁溫?zé)o超溫現(xiàn)象，升降負(fù)荷過(guò)程中水冷壁超溫現(xiàn)象得到明顯改善；

5）在燃用接近設(shè)計(jì)煤種或校核煤種時(shí)，各項(xiàng)參數(shù)均可達(dá)到保證要求。

5.2 各參數(shù)與氮氧化物的影響關(guān)系

通過(guò)試驗(yàn)得出：各項(xiàng)參數(shù)變化對(duì)氮氧化物的影響關(guān)系比較明確。1）運(yùn)行氧量增大0.5%會(huì)使氮氧化物增加20mg左右。

2）AA風(fēng)門(mén)開(kāi)度從95%降低至70%，氮氧化物升高約30mg左右；3）輔助風(fēng)門(mén)及油輔助風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)大20%提高氮氧化物約10mg左右；4）周界風(fēng)開(kāi)度由20%開(kāi)至50%提高氮氧化物10～20mg左右；5）AA風(fēng)擺角由85%上擺至15%降低氮氧化物約40mg左右；6）燃燒器擺角由水平至下擺75%降低氮氧化物約10mg左右。以上影響量可能會(huì)因負(fù)荷級(jí)煤質(zhì)等因素有所差異但趨勢(shì)類(lèi)似。實(shí)際運(yùn)行中風(fēng)門(mén)開(kāi)度及氧量實(shí)行自動(dòng)控制，燃燒器擺角參與調(diào)整汽溫及壁溫，因此AA風(fēng)擺角可作為實(shí)時(shí)調(diào)整NOx的有效措施且對(duì)其他參數(shù)影響較小。比如可在燃用較好煤質(zhì)時(shí)，可適當(dāng)增大周界風(fēng)開(kāi)度至30%或40%，若NOx上升可通過(guò)上擺AA風(fēng)使其降低。

6.結(jié)論

河源電廠(chǎng)#2爐低氮燃燒器改造后各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)。改造后在燃用接近設(shè)計(jì)煤種或校核煤種時(shí)，100%負(fù)荷下NOx排放能降到220 mg/Nm3以?xún)?nèi)，飛灰含碳量等各項(xiàng)參數(shù)均可達(dá)到比較理想的狀態(tài)。水冷壁壁溫超溫的情況已經(jīng)有所減少，且升負(fù)荷過(guò)程中超溫情況有較大改善。改造后1年多，鍋爐能夠穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行，為河源電廠(chǎng)#1鍋爐燃燒器改造提供了參考。

[1]吳碧君,劉曉勤.燃煤鍋爐低氮燃燒器的類(lèi)型及其發(fā)展[J].電力環(huán)境保護(hù),2004,20(3):24-27.

[2]周俊虎,趙玉曉,劉建忠,等.低NOx燃燒器技術(shù)的研究進(jìn)展與前景展望[J].熱力發(fā)電,2005(8):1-7.