敷設(shè)衛(wèi)燃帶對(duì)機(jī)組運(yùn)行影響評(píng)估

孫君建，關(guān)風(fēng)一，趙春榮，宋文雷，崔 浩

(1.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110181；2.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110006；3.國(guó)家電投集團(tuán)東北電力有限公司大連發(fā)電有限公司，遼寧 大連 116000)

2011年新的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，電廠(chǎng)鍋爐作為氮氧化合物產(chǎn)生的主要源頭，迫切需要改造低氮燃燒器。某電廠(chǎng)1號(hào)鍋爐通過(guò)低氮燃燒器來(lái)降低爐膛出口氮氧化合物，但改造后鍋爐出現(xiàn)再熱蒸汽溫度偏低的問(wèn)題。針對(duì)該問(wèn)題經(jīng)熱力計(jì)算，在燃燒器區(qū)域敷設(shè)20 m2衛(wèi)燃帶，敷設(shè)位置如圖1所示。

近年來(lái)，煤炭市場(chǎng)日益緊張，鍋爐燃煤開(kāi)始進(jìn)行煙煤摻燒，給鍋爐運(yùn)行帶來(lái)一系列問(wèn)題，因此該電廠(chǎng)2號(hào)鍋爐未進(jìn)行敷設(shè)衛(wèi)燃帶改造。本文以該電廠(chǎng)2臺(tái)鍋爐為研究對(duì)象，進(jìn)行對(duì)比分析，綜合評(píng)估敷設(shè)衛(wèi)燃帶對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。

圖1 衛(wèi)燃帶布置

1 設(shè)備概述

某電廠(chǎng)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠(chǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、自然循環(huán)汽包鍋爐，采用平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為褐煤；采用中速磨煤機(jī)直吹式制粉系統(tǒng)，四角切圓均等配風(fēng)直流燃燒器；采用熱一次風(fēng)對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行干燥和輸送，經(jīng)三分倉(cāng)空氣預(yù)熱器加熱進(jìn)入磨煤機(jī)；5臺(tái)MPS-2中速磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)擺動(dòng)式直流燃燒器的5層一次風(fēng)噴口；100%負(fù)荷時(shí)4臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，1臺(tái)備用。為了有效降低氮氧化合物排放，在各角燃燒器的上方，布置2層燃盡風(fēng)口。鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)參數(shù)見(jiàn)表2。

爐膛上部布置墻式輻射再熱器和大節(jié)距的過(guò)熱器分隔屏和后屏以增加再熱器和過(guò)熱器的輻射特性。再熱器布置于上爐膛前墻和兩側(cè)墻，分隔屏沿爐寬方向布置4片，后屏沿爐寬方向布置20片。

再熱蒸汽溫度采用典型擺動(dòng)燃燒器調(diào)節(jié)，通過(guò)燃燒器上下擺動(dòng)調(diào)節(jié)爐膛火焰中心的位置，從而調(diào)節(jié)布置在上爐膛的壁式輻射再熱器及布置在折焰角上部的屏式再熱器的吸熱量，保證再熱蒸汽溫度。低負(fù)荷時(shí)通過(guò)改變爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)調(diào)節(jié)再熱蒸汽溫度；再熱器入口布置事故噴水減溫器，在事故工況時(shí)可以對(duì)再熱器進(jìn)行保護(hù)。

表1 鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

表2 鍋爐設(shè)計(jì)煤質(zhì)參數(shù)

2 衛(wèi)燃帶現(xiàn)狀與研究進(jìn)展

衛(wèi)燃帶在我國(guó)燃用劣質(zhì)煤的電廠(chǎng)應(yīng)用非常廣泛，尤其是“W”型火焰鍋爐。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)衛(wèi)燃帶技術(shù)研究頗多，包括在衛(wèi)燃帶的位置及材料選取等方面。

龔光彩[1]等對(duì)四角切圓鍋爐進(jìn)行數(shù)值模擬，分別對(duì)6種衛(wèi)燃帶布置方式進(jìn)行燃燒工況模擬，得出在爐膛內(nèi)合理布置衛(wèi)燃帶有利于提高煙氣溫度及煤粉顆粒著火；有利于大屏、后屏等過(guò)熱器與煙氣的換熱，特別是在燃燒器區(qū)域布置衛(wèi)燃帶效果更顯著。

陳冬林[2]等提出可調(diào)衛(wèi)燃帶技術(shù)，用衛(wèi)燃帶解決機(jī)組根據(jù)煤種和負(fù)荷變化所帶來(lái)的不適應(yīng)問(wèn)題。通過(guò)及時(shí)調(diào)整衛(wèi)燃帶面積及位置來(lái)改變主蒸汽溫度參數(shù)，衛(wèi)燃帶適應(yīng)性大大提高。

閆順林[3]等針對(duì)300 MW煤粉鍋爐因煤質(zhì)變差引起的過(guò)熱及再熱蒸汽溫度低、燃盡率低等問(wèn)題，提出在下方燃燒區(qū)域布置衛(wèi)燃帶的改造方案。通過(guò)改造前后模擬，分析衛(wèi)燃帶對(duì)鍋爐內(nèi)煙氣溫度分布、結(jié)渣特性、焦炭燃盡率等影響，解決當(dāng)前鍋爐運(yùn)行中存在的問(wèn)題。

馮文會(huì)[4]等針對(duì)已經(jīng)敷設(shè)衛(wèi)燃帶的機(jī)組進(jìn)行拆除的影響研究。鍋爐拆除衛(wèi)燃帶后，爐膛主燃燒區(qū)域溫度大幅下降，特別是上層爐膛溫度下降最為明顯；爐膛熱負(fù)荷降低，可有效治理鍋爐高溫腐蝕、結(jié)焦、爐膛出口氮氧化物質(zhì)量濃度偏高問(wèn)題。對(duì)于因燃燒較高揮發(fā)分混煤而導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)溫度過(guò)高的機(jī)組，拆除衛(wèi)燃帶是有效解決鍋爐結(jié)焦的方法。

通過(guò)以上學(xué)者對(duì)衛(wèi)燃帶相關(guān)方面的研究得出以下結(jié)論。

a.在爐膛水冷壁區(qū)域合理布置衛(wèi)燃帶,可降低工質(zhì)在爐膛內(nèi)的吸熱量，提高爐膛出口煙氣溫度，進(jìn)而提升再熱蒸汽溫度[5-7]。

b.在燃燒區(qū)域布置衛(wèi)燃帶，減少該區(qū)域吸熱量，有利于鍋爐低負(fù)荷的穩(wěn)燃性。

c.當(dāng)燃用灰熔點(diǎn)低、含有堿金屬的煤時(shí)，在衛(wèi)燃帶區(qū)域易于結(jié)焦。

d.不同的煤質(zhì)及不同負(fù)荷變化下，衛(wèi)燃帶的位置及面積應(yīng)及時(shí)改變才能滿(mǎn)足蒸汽參數(shù)要求。

3 衛(wèi)燃帶對(duì)機(jī)組的影響分析

a.敷設(shè)衛(wèi)燃帶前后再熱蒸汽溫度對(duì)比分析

1號(hào)鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶前后的主要運(yùn)行參數(shù)如表3、表4所示。

表3 1號(hào)鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶前鍋爐各負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)

表4 1號(hào)鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶后鍋爐各負(fù)荷運(yùn)行參數(shù)

敷設(shè)衛(wèi)燃帶前，鍋爐燃用霍林河褐煤。在290 MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽溫度為538 ℃，再熱蒸汽溫度為534 ℃；在240 MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽溫度為537 ℃，再熱蒸汽溫度為533 ℃；在195 MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽溫度為538.9 ℃，再熱蒸汽溫度為520 ℃。

敷設(shè)衛(wèi)燃帶后，在300 MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽溫度為537.7 ℃，再熱蒸汽溫度為539.9 ℃；在240 MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽溫度為539.7 ℃，再熱蒸汽溫度為527.5 ℃；在210 MW負(fù)荷時(shí)，主蒸汽溫度為540 ℃，再熱蒸汽溫度為506.8 ℃。

敷設(shè)衛(wèi)燃帶后，再熱蒸汽溫度依舊低于設(shè)計(jì)值，在中低負(fù)荷時(shí)低至510 ℃，說(shuō)明敷設(shè)衛(wèi)燃帶對(duì)再熱蒸汽溫度提升影響較小，再熱蒸汽溫度沒(méi)有明顯提升。

b.2臺(tái)鍋爐再熱蒸汽溫度對(duì)比分析

近年來(lái)，鍋爐煤質(zhì)發(fā)生變化，2臺(tái)鍋爐在衛(wèi)燃帶布置上存在差異，2臺(tái)鍋爐燃用褐煤摻燒煙煤時(shí)的運(yùn)行參數(shù)如表5、表6所示。

表5 1號(hào)鍋爐各負(fù)荷段運(yùn)行參數(shù)

由表5可知，在300 MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽溫度為543.9 ℃；在225 MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽溫度為534.4 ℃；在144 MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽溫度為538.2 ℃。與燃用褐煤對(duì)比，再熱蒸汽溫度明顯提高。

表6 2號(hào)鍋爐各負(fù)荷段運(yùn)行參數(shù)

由表6可知，在300 MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽溫度為547.36 ℃；在225 MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽溫度為533.1 ℃；在150 MW負(fù)荷時(shí)，再熱蒸汽溫度為530.51 ℃。再熱蒸汽溫度呈對(duì)流特性，隨著鍋爐負(fù)荷降低而減低。

當(dāng)鍋爐燃用褐煤摻燒煙煤時(shí)，在50%負(fù)荷時(shí)再熱蒸汽溫度均可達(dá)530 ℃，而且2臺(tái)鍋爐再熱蒸汽溫度偏差較小，說(shuō)明敷設(shè)衛(wèi)燃帶對(duì)再熱蒸汽溫度的影響較小，受煤質(zhì)及燃燒器等因素影響較大。

4 爐膛熱力計(jì)算

以鍋爐原設(shè)計(jì)煤質(zhì)為基準(zhǔn)，對(duì)鍋爐敷設(shè)衛(wèi)燃帶前后進(jìn)行熱力計(jì)算，結(jié)果如表7所示。

表7 各級(jí)受熱面進(jìn)出口煙溫及蒸汽溫度 單位：℃

由表7可知，在敷設(shè)衛(wèi)燃帶后，爐膛出口煙溫提升3.8 ℃，前屏再熱器出口煙溫提升1.6 ℃，在其他邊界條件不變的情況下，敷設(shè)衛(wèi)燃帶對(duì)再熱蒸汽溫度影響很小，該結(jié)論與1號(hào)、2號(hào)鍋爐再熱蒸汽溫度對(duì)比的結(jié)論相符。

5 結(jié)論

a.敷設(shè)衛(wèi)燃帶對(duì)再熱蒸汽溫度的影響較小，再熱蒸汽溫度受煤質(zhì)及燃燒器等因素影響較大。

b.鍋爐在燃用低質(zhì)尤其是含有堿金屬的煤時(shí)不要敷設(shè)衛(wèi)燃帶，已經(jīng)敷設(shè)衛(wèi)燃帶的建議拆除，否則運(yùn)行不當(dāng)會(huì)發(fā)生爐膛水冷壁結(jié)焦、水冷壁高溫腐蝕、氮氧化物生成量增加等問(wèn)題。

c.拆除衛(wèi)燃帶對(duì)再熱蒸汽溫度產(chǎn)生的不利影響，可以采用燃燒器垂直擺角或者煙氣再循環(huán)來(lái)解決[8-9]。