某對(duì)沖旋流燃燒器200MW 鍋爐節(jié)能減排改造探析

胡雙南 龍志云 高 雷 商雨薇

（1、高效清潔燃煤電站鍋爐國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司、宋寶軍煤粉鍋爐創(chuàng)新工作室，黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150000）

該電廠是非洲某國(guó)國(guó)家最大的火力發(fā)電廠二期鍋爐，為2 臺(tái)220MW亞臨界機(jī)組，鍋爐投產(chǎn)于1986 年，運(yùn)行至今已超過30 年，自投產(chǎn)以來一直達(dá)不到設(shè)計(jì)出力要求（試運(yùn)時(shí)最高負(fù)荷為210MW）。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋信息、調(diào)研結(jié)果及評(píng)估分析，鍋爐目前運(yùn)行狀態(tài)非常差，鍋爐本體設(shè)備已經(jīng)超期服役，設(shè)備嚴(yán)重老化，頻繁發(fā)生爆管事故，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。目前兩臺(tái)機(jī)組僅在170MW或更低負(fù)荷運(yùn)行。而且在運(yùn)行中各設(shè)備不斷地出現(xiàn)各種故障，導(dǎo)致機(jī)組無法連續(xù)正常運(yùn)行，同時(shí)也限制了機(jī)組的出力能力。

1 項(xiàng)目概況

1.1 鍋爐概況。鍋爐原采用英國(guó)知名公司鍋爐產(chǎn)品。鍋爐為超高壓參數(shù)、一次再熱、采用背靠背型式、單爐膛、尾部單煙道，平衡通風(fēng)，全鋼構(gòu)架，配兩臺(tái)雙進(jìn)雙出鋼球磨，二分倉回轉(zhuǎn)式預(yù)熱器。鍋爐以最大連續(xù)負(fù)荷(即BMCR 工況)為設(shè)計(jì)參數(shù)，鍋爐的設(shè)計(jì)最大連續(xù)蒸發(fā)量為714t/h。該電廠鍋爐爐內(nèi)主要受熱面依次為：水冷壁、屏式過熱器、末級(jí)過熱器、再熱器、低溫過熱器和省煤器。燃燒系統(tǒng)采用一次風(fēng)正壓系統(tǒng)，配老式旋流燃燒器。

1.2 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查發(fā)現(xiàn)鍋爐現(xiàn)有問題如下：（1）給煤裝置露天布置，很難保證雨季煤質(zhì)干燥。（2）燃燒系統(tǒng)外部采用的燃燒器并非現(xiàn)在常用的旋流燃燒器，燃燒器沒有切向角度，無旋流。（3）鍋爐整體受壓元件外部參觀，并通過觀察孔觀察受熱面情況。爐內(nèi)灰分較大。（4）現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行負(fù)荷較低，該項(xiàng)目鍋爐自投產(chǎn)從達(dá)到鍋爐設(shè)計(jì)出力要求（試運(yùn)時(shí)最高負(fù)荷為210MW），目前兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行在170MW或更低負(fù)荷。（5）鍋爐存在水冷壁受熱面結(jié)焦的情況且水冷壁局部區(qū)域有橫向裂紋，同時(shí)過熱器管外壁積灰結(jié)渣，內(nèi)壁不光滑存在腐蝕。另外屏式過熱器屏底有結(jié)焦現(xiàn)象。以上條件都將會(huì)導(dǎo)致爐膛水冷壁、過熱器的傳熱減弱，主再熱蒸汽參數(shù)降低，排煙溫度升高。同時(shí)鍋爐爐內(nèi)受熱面頻繁爆管的問題，爆管主要出現(xiàn)在水冷壁、屏式過熱器、末級(jí)再熱器，低溫過熱器和省煤器等主要受壓元件部件中，目前受壓元件設(shè)備老化，已不能滿足穩(wěn)定運(yùn)行的要求。（6）空氣預(yù)熱器冷端平均壁溫低，是造成低溫腐蝕堵灰原因之一?？諝忸A(yù)熱器有嚴(yán)重積灰現(xiàn)象，漏風(fēng)嚴(yán)重，煙氣側(cè)阻力較大?？疹A(yù)器阻力與設(shè)計(jì)值相比已經(jīng)偏高。（7）爐膛主燃燒區(qū)域結(jié)焦嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行低于105MW就必須投油支持燃燒。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察情況，大渣呈黑色與煙囪排煙也為黑煙，判斷未燃盡損失過大，整體燃燒狀況非常惡劣。從鍋爐運(yùn)行參數(shù)看，運(yùn)行氧量偏低、飛灰爐渣含碳量較高、爐膛結(jié)焦、排煙溫度較高，總體上爐內(nèi)燃燒情況較差。（8）鍋爐本體汽水系統(tǒng)閥門經(jīng)常性漏水，執(zhí)行機(jī)構(gòu)老化，閥門年久失修?，F(xiàn)場(chǎng)熱工檢測(cè)設(shè)備老化或缺失嚴(yán)重。原鍋爐為配置爐膛內(nèi)有吹灰器且現(xiàn)場(chǎng)部分吹灰器執(zhí)行結(jié)構(gòu)卡塞，影響使用功能。（9）煙道風(fēng)道有漏風(fēng)現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)膨脹節(jié)部分采用臨時(shí)性非金屬膨脹節(jié)。

2 鍋爐本體改造方案

經(jīng)過整理統(tǒng)計(jì)和初步擬合計(jì)算，初步計(jì)算出鍋爐主要特征指數(shù)，由于主要性能考核報(bào)告中并未有BMCR 工況考核情況分析數(shù)據(jù)，僅有92%BMCR 和92.7%BMCR 工況考核數(shù)據(jù)報(bào)告，報(bào)告中解釋原因?yàn)闄C(jī)側(cè)問題不能做到BMCR 工況所以通過92%BMCR 和92.7%BMCR 工況考核數(shù)據(jù)報(bào)告反推鍋爐BMCR 工況即鍋爐最大連續(xù)出力工況下來的相關(guān)特征指數(shù)。

2.1 燃燒系統(tǒng)的改造。（1）原設(shè)備情況。該電廠燃燒系統(tǒng)采用十二只燃燒器，采用前后墻對(duì)沖布置，前墻兩層，后墻一層，每層四只燃燒器前8 后4，每只燃燒器均配有助燃油槍。原始設(shè)計(jì)最低穩(wěn)燃負(fù)荷保證值為45%BMCR 工況。該電廠燃燒器設(shè)備資料見下表。（2）燃燒系統(tǒng)改造方案說明。鍋爐燃料的燃燒特性是鍋爐燃燒設(shè)備與爐膛設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，通過燃燒器和爐膛設(shè)計(jì)的合理配置來實(shí)現(xiàn)降低NOx生成量、防止結(jié)焦、低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒、提高燃燒效率是電站鍋爐制造廠優(yōu)先考慮的因素。燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)具有如下優(yōu)勢(shì)：a. 低NOx旋流煤粉燃燒器在空氣動(dòng)力特性上具有良好的燃燒穩(wěn)定性。b.低NOx旋流煤粉燃燒器在運(yùn)行中不需要調(diào)節(jié)，高度可靠。c.低NOx旋流煤粉燃燒器采用雙調(diào)風(fēng)裝置降低NOx生成。d.采用燃盡風(fēng)（OFA）控制燃燒反應(yīng)當(dāng)量，進(jìn)一步降低NOx。

制造商 Babcock Product Engineering Limited 型式 前后墻對(duì)沖燃燒器 數(shù)量 12 喉部直徑 1016mm 噴口直徑 445mm 燃燒器最大燃料量 630kg/h

針對(duì)本工程鍋爐現(xiàn)有的設(shè)計(jì)條件，考慮到現(xiàn)有工程的結(jié)焦情況，理論上適當(dāng)拉大燃燒器間距，有利于緩解鍋爐水冷壁的結(jié)焦。但是本鍋爐燃盡高度相對(duì)較小，同時(shí)鍋爐水冷壁及屏底已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的結(jié)焦現(xiàn)象，為了避免屏底煙溫的繼續(xù)升高，燃燒器間距無法拉開，故本次改造暫按燃燒器間距不動(dòng)調(diào)整。本工程對(duì)原有的12 只燃燒器進(jìn)行更換，更換為新型的旋流煤粉燃燒器。對(duì)于結(jié)焦方面，通過增設(shè)爐膛及出口受熱面吹灰器的方式來緩解鍋爐的結(jié)焦情況。

2.2 受壓元件系統(tǒng)的改造。鍋爐爐內(nèi)受熱面頻繁爆管的問題，爆管主要出現(xiàn)在水冷壁、屏式過熱器、末級(jí)再熱器，低溫過熱器和省煤器等主要受壓元件部件中，從提高運(yùn)行可靠性方面考慮，需要大范圍更換爐內(nèi)受熱面。

2.3 空氣預(yù)熱器改造方案。原鍋爐鋼結(jié)構(gòu)不進(jìn)行改造，拆除現(xiàn)有的兩臺(tái)DAVIDSON ROTARY REGENERATIVE AIR PREHEATERS, 更換為全新的二臺(tái)兩分倉回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器。更換后的空氣預(yù)熱器型號(hào)為24-VI（B）-1500-QMR，主軸垂直布置，轉(zhuǎn)子有效內(nèi)直徑6600mm，換熱元件總高度1500mm。

單臺(tái)空氣預(yù)熱器采用24 分倉結(jié)構(gòu)，雙密封技術(shù)。傳熱元件為模塊式，采用從預(yù)熱器上方抽出的方式安裝，便于更換。傳熱元件分兩層布置，高溫段元件材質(zhì)選用SPCC，低溫段元件材質(zhì)為CRLS。

空預(yù)器軸承采用油浴潤(rùn)滑，導(dǎo)向軸承采用循環(huán)水冷卻，支撐軸承自然冷卻。單臺(tái)空氣預(yù)熱器冷熱端各配一只蒸汽吹灰器。并配有消防水和固定清洗水管。

空氣預(yù)熱器采用圍帶傳動(dòng)。單臺(tái)空預(yù)器配一臺(tái)主電機(jī)和一臺(tái)輔電機(jī)，當(dāng)主電機(jī)發(fā)生故障停轉(zhuǎn)時(shí)，輔電機(jī)自動(dòng)投運(yùn)。并配有停轉(zhuǎn)報(bào)警及著火探測(cè)裝置，信號(hào)傳至鍋爐DCS。

2.4 吹灰器改造。因?yàn)槿加妹嘿|(zhì)灰分較大，含cl 成分、S成分較高，并且爐膛并未設(shè)置吹灰器，為滿足鍋爐各受熱面換熱能力，保證鍋爐各級(jí)受熱面進(jìn)出口工質(zhì)溫度及煙氣溫度，在各受熱面適當(dāng)位置增設(shè)一定數(shù)量的吹灰器，滿足各受熱面的吹灰需求，減少飛灰的沉積，防止煙道堵塞。改造中增設(shè)爐膛墻式吹灰器，并對(duì)關(guān)鍵部件區(qū)域增設(shè)長(zhǎng)伸縮式吹灰器。

3 鍋爐本體改造預(yù)期效果

本次改造主要依據(jù)原有鍋爐設(shè)計(jì)方案進(jìn)行元件的更換并配以增設(shè)必要的監(jiān)控、調(diào)節(jié)措施，在改造后必須要改進(jìn)現(xiàn)有的鍋爐運(yùn)行方式。須按鍋爐正常運(yùn)行要求，不能非故障停運(yùn)高加、低加、給水加熱器等部件，應(yīng)盡可能保證鍋爐給水溫度至設(shè)計(jì)值。避免給水溫度過低造成對(duì)鍋爐相關(guān)設(shè)備（如空氣預(yù)熱器）、鍋爐性能指標(biāo)（鍋爐出力）的影響。改善鍋爐給水品質(zhì)，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，避免因水質(zhì)不合格而導(dǎo)致對(duì)鍋爐受熱面管子產(chǎn)生結(jié)垢、腐蝕和破壞。不推薦在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)采用8 只燃燒器運(yùn)行的運(yùn)行方式。避免燃燒器熱負(fù)荷過高，燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷過高而導(dǎo)致爐膛結(jié)焦并且建議鍋爐改造后進(jìn)行整體酸洗。

3.1 受壓元件。本次改造依據(jù)原有鍋爐設(shè)計(jì)進(jìn)行受壓元件的更換，不影響受壓元件原有的性能設(shè)計(jì)能力，整體更換的除包墻系統(tǒng)外的全部爐內(nèi)受壓元件，恢復(fù)受壓元件應(yīng)有的吸熱能力及傳熱能力。同時(shí)增設(shè)爐管泄露、壁溫測(cè)點(diǎn)等熱工設(shè)備，監(jiān)控爐內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)警，避免二次破壞。

3.2 燃燒系統(tǒng)。通過本次燃燒系統(tǒng)的統(tǒng)一改造，降低現(xiàn)運(yùn)行中燃油量過大的問題。提高整體燃燒效率，有效降低燃燒損失，降低最低穩(wěn)燃負(fù)荷至40%BMCR，同時(shí)推薦采用微油點(diǎn)火系統(tǒng)，相比較于大油槍系統(tǒng)，節(jié)油效果顯著，減少油耗量。

3.3 吹灰系統(tǒng)改造。通過增設(shè)爐膛墻式吹灰器，加強(qiáng)爐膛內(nèi)部燃燒系統(tǒng)的吹灰能力，緩解燃燒區(qū)域結(jié)焦。在屏式過熱器屏底增設(shè)長(zhǎng)伸縮式吹灰器不僅可以滿足受熱面吹灰需要，減輕屏式過熱器屏底結(jié)焦情況。在各受熱面適當(dāng)位置增設(shè)一定數(shù)量的吹灰器，滿足鍋爐各受熱面換熱能力，保證鍋爐各級(jí)受熱面進(jìn)出口工質(zhì)溫度及煙氣溫度，滿足各受熱面的吹灰需求，減少飛灰的沉積，防止煙道堵塞，可有效提升鍋爐長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 空氣預(yù)熱器改造。本次改造依據(jù)原有空氣預(yù)熱器設(shè)計(jì)進(jìn)行更換并優(yōu)化傳熱元件，通過本次改造，改善預(yù)熱器工作環(huán)境，控制煙風(fēng)阻力，改善預(yù)熱器堵灰和低溫腐蝕問題。