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1、全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 427 华电红雁池公司防结焦低氮燃烧器改造初探 李 鹏 （新疆华电红雁池发电有限责任公司 ） 【摘 要】华电红雁池公司#1、#2 炉采用的是普通直流燃烧器，在运行中发现存在磨损严重，且存在飞灰超 标，易结焦的情况。而且每年华电红雁池为 NOx 的排放交高额的排污费用。为保证锅炉能在安全高效无结渣情况下 实现较低的 NOx 排放，对华电红雁池电厂#1 炉燃烧器结构及燃用煤种进行分析，对燃烧器及二次风箱进行改造，以 达到低结焦、低氮排放的目的。 【关键词】燃烧器 结构 改造 1 前言 华电红雁池电厂#1、#2 炉为武汉锅炉厂制
2、造的 WGZ 670/13.7-10 型超高压锅炉，基本型式为： 自然循环、一次中间再热、倒 U 型布置、中速磨正压直吹式制粉系统、直流燃烧器四角切圆燃烧。 每台锅炉配四台 ZGM-95 型中速正压直吹式磨煤机，每台磨煤机带 6 只喷燃器采用一层半布置。由于 锅炉用煤煤种复杂多变，一般很难固定燃烧设计煤种，长期存在着诸如炉内结渣、飞灰可燃物高等 与煤粉燃烧相关联的问题，而且锅炉自投运至今，燃烧器出口已出现较重磨损。在考虑更换燃烧器 的同时，改善由于煤粉扫墙引起结渣，及氮氧化物排放量过高等问题，在实现锅炉稳燃高效、不结 渣前提下，NOx 排放值达到标准。 2 改造前设备概况 1）燃烧器设计尺寸
3、红雁池电厂#1 锅炉，系武汉锅炉厂生产 WGZ670/13.7-10 型锅炉，配有四台中速磨，每台磨带 6 根煤粉管，2006 年对最下层煤粉管改为微油枪点火燃烧器。其燃烧器设计尺寸如表一： 表一 燃烧器设计数据 风比 % 风温C 风速 M/S 风量 M/h 阻力 Pa 一次风 21 75 31.9 204313 1034 二次风 61.53 310 49.5 928247 1000 周界风 9.6 310 33.7 144827 412 冷却风 3.7 310 15 55818 92 该燃烧器炉内空气动力场，一次风为正转，炉内假想切圆828 mm。 一次风燃烧器设计尺寸如下: 全国火电 30
4、0MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 428 从燃烧器设计上看，这是普通的四角切圆燃烧方式，其结构简单，通风阻力较小，但气流以直 流射流喷入炉膛，扩散角很小，只能从气流外边缘卷吸热烟气，加热面积小，故自身点火条件较差， 且由于切圆直径较大，大量熔融、半熔融煤粉颗粒将直接撞击水冷壁, 形成结渣, 同时磨损水冷壁, 易发生高温腐蚀。 2）煤质分析 由于主要使用神华集团五彩湾煤矿的煤种，其煤质分析如下： 一次风燃烧器 1400 1425 3888 4805 200 39412 49412 48 2905 540 300 2300 一次风燃烧器喷口 12 12 200 39412
5、49412 300 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 429 序号 名称 符号 单位 煤质分析 1 碳 Cr % 50.28 2 氢 Hr % 4.61 3 氧 Or % 9.85 4 氮 Nr % 2.38 5 硫 Sr % 0.81 6 全水分 Wr % 13.25 7 灰分 Ar % 20.1 8 固水分 Wa % 3.56 9 挥发分 Vr % 36.8 10 发热量 Qr kJ/kg 18041 从煤质分析上看燃煤主要为高挥发分、高灰分及较高热值的煤种，此种煤种属于较易结焦煤种。 3 设计改造技术要求 由于该炉燃用的煤种易结渣，要求保证锅炉能在安
6、全高效无结渣情况下实现较低的 NOx 排放。 必须充分重视燃烧器防结渣，实现炉膛内不结渣，长时间不吹灰运行。而且现有的炉膛容积及截面 都偏小，采用低 NOx 燃烧器的同时必须充分考虑到炉膛这个大的边部条件的限制。 燃用的煤质挥发份较高，较适合于采用空气分级降 NOx 技术，但是由于过量空气系数在炉内的 重新分布，还要防止局部区域出现锅炉结渣及高温腐蚀的倾向发生。尊重锅炉现有条件的基础上， 充分挖潜，采用独特的新技术弥补现有锅炉边部条件的限制。 4 改造方案 采用超低 NOx 双尺度燃烧技术对锅炉进行低 NOx 改造，就是在射流空气分布（空间尺度）及燃 烧过程控制实现（过程尺度）上采取措放。现每
7、台磨煤机带 6 支燃烧器，为了达到更好的降氮效果， 采用一台磨煤机带 4 支燃烧器，改造后共四层燃烧器，这样可以加大还原区的空间，从而达到更好 的降氮效果。具体措施如下： 1）横向双区分布 通过对炉内一二次风切圆的调整，并在适当位置布置有贴壁风喷口，在炉膛截面上形成了三场 特性截然不同的中心区与近壁区分布，中心区具有较高的煤粉浓度、较高的温度和相对较高的氧浓 度分布，而近壁区具有较低的温度、较低的颗粒浓度和适宜的氧浓度。贴壁风可以保证壁面有足够 的氧气存在，防止结渣及高温腐蚀，又不改变主射流方向。本次改造采用一次风反切小切圆，二次 风正切布置。一次风反切使一次风气流逆向冲进上游来的高温空气，使
8、煤粉在此区域内迟滞浓缩， 相对缺氧的前提下提早析出挥发份着火燃烧，对稳燃及燃尽相当有利。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 430 燃烧器水平布置图 2）主燃烧器区分两组布置 由于改造后该炉燃用的煤种易结渣，为保证锅炉能在安全高效无结渣情况下实现较低的 NOx 排 放，必须充分重视燃烧器防结渣技术的采用。 将下二层一次风为一组相对集中并适当下移，上二层一次风相对集中并适当上移，这样在两组 之间就留有较大的分隔，有效平衡射流两侧的补气条件，防止射流过度偏斜、贴壁。最下一层一次 风采用上浓下淡分离方式，第二层采用下浓上淡分离方式，第三层采用上浓下淡分离方式，最
9、上层 一次风采用下浓上淡燃烧方式。为补偿上下两组向下和向上移动造成的影响，将最下层一次风设计 成上倾 5 度角，最上层一次风设计成下倾 8 度角。运行时通过风门调试，可实现下组以氧化燃烧为 组，上组以还原燃烧为组。 3）采用低 NOx 燃烧器及区域浓淡技术 一次风采用上下浓淡燃烧器，如下图所示，一次风分为浓淡两股后，形成偏离燃烧，浓淡两侧 生成的 NOx 总量均低于常规燃烧器。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 431 一次风采用逆向射流，一次风气流与上游来的高温烟气相遇，一次风煤粉形成滞止浓缩燃烧， 并相对延长了一次风的火焰长度，同时有利于降低 NOx
10、生成及减少飞灰可燃物。一次风喷口均采用 波形钝体结构，强化煤粉稳燃及着火后碳颗粒的迅速弥散。 两层一次风浓淡分离后形成浓侧相对集中，形成局部浓淡燃烧。两层一次风之间的中间二次风 喷口射流与一次风射流形成适当的小角度偏差射入炉内，一次风逆切圆方向射入炉内，二次风正切 射入炉内。在一次风完成挥发份燃烧、NOx 生成及还原后，与一次风气流混合，保证煤粉火焰内的 低 NOx 燃烧，并强化碳粒子的燃尽。 4）纵向三区分布 燃烧器从下至上大致分为三个区，从下至上依次为氧化燃烧区、还原区及燃尽区。 NOx 生成主要有三种类型，燃料型、热力型及快速型三种，燃料型 NOx 约占总 NOx 的 80-90%， 是
11、各种低 NOx 技术控制的主要对象。其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，也可采用适当 措施加时控制，快速型 NOx 生成量很少。 在主燃烧器区上部布置有高位 OFA 燃尽风，占总风量的约 20%，是降低燃料型及热力型 NOx 的 主要手段。主燃烧器区域内对一二次风喷口进行重新组合及浓淡分布措放，一次风喷口采用空间浓 淡燃烧技术组合分布，下二层一次风组成一组，上二层一次风为一组，通过对纵向过量空气系数分 布控制，从下到上分别为氧化燃烧区、集中还原区、燃尽区，是降低 NOx 及维持高效运行的关键。 燃尽风从原有的炉前 4 个大风箱上引出，通过连接风道向上引进新布置的燃尽风箱内。 5）二次风箱
12、改造 将现有的炉前二次风箱改造为等压风箱，实现运行时精确配风。 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 432 风箱及风道布置图 5）燃尽风布置方案 采用高位燃尽风布置方式，保证足够的还原高度。燃尽风分上下两组，每组两层。燃尽风保证 运行时至少有一层备用，运行时调整手段灵活，通过不同层的搭配组合，以寻求最优燃尽风位置。 下组燃尽风设计为喷口可以左右摆动喷口，用以强化燃尽效果及调节炉膛出口两侧烟温偏差。上组 燃尽风喷口可做上下摆动，运行时可以调整燃尽高度，用以平衡燃尽与效率之间的矛盾，以及调节 炉膛出口烟温的作用。运行时通过喷口摆动以实现燃尽区内合理的空气分布，实
13、现很好的燃尽效果。 燃尽风喷口采用椭圆喷口出口，保证燃尽风气流具有很好的穿透性。 燃尽风喷口布置图 全国火电 300MWe 级机组能效对标及竞赛第三十九届年会论文集 锅炉 433 4 改造后性能 通过对燃烧器及二次风箱的改造，在锅炉燃烧安全稳定的前提下，燃用现有煤质满负荷的情况 下，可以实现以下特点： （1）彻底解决炉膛结渣现象，实现长时间不吹灰； （2）NOx 排放值小于 300mg/Nm 3； （3）锅炉效率达设计值； 参考文献： 1WGZ 670/13.7-10 型超高压锅炉设计图纸及运行规程 2 潘效军 2000 年水平浓淡燃烧器减轻炉内结焦的机理分析 3 双尺度低 NOx 燃烧技术 作者简介： 李鹏 工程师 现在华电红雁池发电有限责任公司任脱硫除灰专工 通信地址：乌鲁木齐市红雁路 97 号华电红雁池发电有限责任公司运行部 邮编： 830047