某电厂350 MW锅炉燃烧试验调整和防结焦试验研究

2017-07-31白洪森郭金城胡桢

综合智慧能源 2017年7期

关键词：混煤喷口结焦

白洪森，郭金城，胡桢

(华中科技大学能源与动力工程学院，武汉 430070)

某电厂350 MW锅炉燃烧试验调整和防结焦试验研究

白洪森，郭金城，胡桢

(华中科技大学能源与动力工程学院，武汉 430070)

为了解决某电厂锅炉结焦和NOx排放超标问题，通过一系列针对性试验，精准掌握了该锅炉的运行状态，找出了锅炉严重结焦的原因。经优化调整，得到了锅炉的最佳运行状态，持续性的锅炉垮焦问题得到解决，NOx排放值也降低到锅炉所能达到的最佳水平，锅炉的燃烧试验调整和防结焦试验达到了预期效果。

燃烧试验；配煤；结焦；效率

某电厂位于湖北省，该厂有多组大型燃煤锅炉，为达到环保部低氮排放的要求，该厂对锅炉进行了低氮改造，改造后锅炉的燃烧器换成了哈尔滨锅炉厂生产的LNASB型低NOx轴向旋流燃烧器。改造后的锅炉出现持续性垮焦问题，且NOx排放不达标，对锅炉的安全运行产生极大影响。为解决上述问题，本文对锅炉进行各种性能试验，以期找到解决问题的办法。

1 设备概况

某电厂机组锅炉为350 MW超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、紧身封闭、全钢悬吊结构型锅炉。改造方案：取消原来的16个燃尽风(OFA)喷口，原下OFA喷口封堵后，在上OFA喷口位置重新开8个OFA喷口，新OFA喷口和原OFA喷口相比略微增大，相当于OFA中心上移了一定距离。对原OFA风箱、风道进行改造，并在OFA风道上布置新的热补偿器和调节风门，改造后OFA风量最大可达总风量30%，将主燃烧器区域内的过量空气系数控制在0.9以下，实现空气深度分级。

锅炉的燃烧器布置如图1所示，前墙布置3层，后墙布置2层。

图1 改造后锅炉纵剖图

锅炉主要设计参数见表1(BMCR为锅炉最大连续蒸发量；TMCR为汽轮机最大连续功率)。

表1 锅炉主要设计参数

锅炉的燃料特性参数见表2。从元素分析可以看出，锅炉的燃料含碳量在49.83%～59.67%之间，挥发分在17.10%～30.66%之间，入炉煤成分复杂，增加了燃烧实验调整的难度。

2 锅炉出现的问题

近年来随着国内煤炭市场变化，电厂主要燃用灰熔点较高(>1 400 ℃)的晋北煤和山煤，其中混有部分灰熔点较低的烟煤。由于配煤不合理、改造后调整试验不尽完善等原因[2-3]，锅炉在运行过程中主要出现了以下问题。

(1)结焦。在高负荷时，锅炉燃用目前煤种时，在前后墙中上层燃烧器喷口周围出现严重结焦，燃烧器区上部和折焰角之间的锅炉水冷壁上也有部分结焦。锅炉结焦较多，渣量较大，经常有大渣块掉落，引起较大的负压波动；不但造成锅炉屏超温和锅炉减温水量偏大，而且需要人工除焦，在渣块严重偏多时还曾出现锅炉掉焦灭火，严重威胁锅炉安全运行。

表2 锅炉燃料特性参数

(2)NOx排放质量浓度高。在低氮燃烧器改造后，锅炉NOx生成质量浓度达500 mg/m3(标态，下同)以上，严重影响了锅炉的排放达标[4]。

(3)炉膛温度高。火焰最高温度在1 500 ℃以上，炉膛温度从燃烧器至锅炉屏式过热器底部的降低梯度不正常，炉膛整体温度偏高。

3 问题分析及研究

结合煤质分析、锅炉设备和现场燃烧优化调整试验结果，分析锅炉结焦严重及其他问题的原因，为运行调整和设备改进提供参考。锅炉内壁的大面积结焦，和锅炉低氮改造后的燃烧调整不合适及锅炉配煤不合理有很大关系。锅炉低氮改造后，锅炉燃烧所使用的煤由于掺烧比例不确定的关系，原先的灰熔点较高的烟煤(平煤、山煤等)掺混了挥发分较高的烟煤，新混煤虽然易于燃烧，利于降低NOx排放，但也更易结焦；锅炉结焦后，炉膛吸热减少，炉膛内温度上升，使得锅炉更易结焦；炉膛整体温度上升极大地影响了NOx的生成，致使热力型NOx生成大量增加，原本应该在还原区被还原的一部分NOx无法还原，还导致选择性非催化还原反应(SNCR)的温度区间和锅炉的合适的温度区间不在最佳范围内，增加了调整难度。试验期间，对因锅炉掉大渣引起炉膛负压波动现象时的吹灰器吹灰情况进行了统计，发现负压波动时并未出现压力先变小后变大的过程，由此推测渣块较小，引起较大负压波动的渣主要分布在OFA与主燃烧器之间区域、OFA上部(上数第1层吹灰器)。为了解决这一系列的问题，有必要进行锅炉制粉系统设备诊断、混煤掺烧试验及运行优化调整试验，以准确掌握该锅炉的运行状态，并通过优化调整措施，减轻锅炉结焦、降低NOx质量浓度，保证机组的安全、经济、环保运行[5]。

根据观察锅炉所发现的问题，本文主要进行了以下试验研究。

(1)燃烧调整试验。调整的主要目标是减轻锅炉炉膛结焦、降低NOx质量浓度、降低炉膛整体温度。

(2)制粉系统试验。在每台磨煤机的风管做风速调平试验和煤粉细度R90调平试验，确保进入锅炉的每层一次风粉速度均匀，颗粒大小合适，以便于下一步试验得到更精确的数据。

(3)锅炉热效率试验。通过燃烧试验调整，尽量保证锅炉的效率不下降。

(4)混煤掺烧试验。对混煤掺烧进行分析，确定锅炉结焦是否和混煤掺烧有较大关系。

4 燃烧调整试验

摸底阶段试验，主要在210 MW和290 MW负荷段对炉膛温度进行测试，测试结果显示2个负荷段下炉膛温度相差不大，最高温度均在1 500 ℃以上，选择性催化还原技术(SCR)装置入口NOx质量浓度在500 mg/m3以上，经锅炉看火孔观察水冷壁结渣情况，除A，E层燃烧器区域锅炉水冷壁外，其余部位均布满一层渣块。摸底结束后，锅炉进行制粉系统试验。

4.1 制粉系统试验

在进行锅炉的燃烧调整试验前，须保证该锅炉的一次风喷口风速均匀，煤粉粗细偏差较小，故对制粉系统进行了磨煤机出口一次风粉管风速调平、R90调整试验。调平结果见表3。

表3 风速调平结果

续表

经过调平试验后，A，E磨煤机各风管风速偏差值均较小，故而可以进行R90调平试验。首先对各磨煤机R90进行了摸底，结果见表4。

表4 R90摸底结果

从表4可以看出，其中，B，D磨煤机R90偏粗，B磨煤机R90达到33.8%，D磨煤机R90达到34.2%，在进一步进行燃烧调整试验前，需要对B，D磨煤机进行R90调整。调整过程及结果如表5、表6。

表5 B磨煤机R90调整结果

调整过程中，D磨通过增加磨煤机加载力，可以将R90降到25%左右，但B磨受限于磨煤机加载力，始终无法将R90降低。尽量将B磨R90调到最佳能达到的程度，进行下一步实验。

4.2 锅炉燃烧调整试验

锅炉的调整思路主要为推迟燃烧器区域煤粉着火，防止由于煤粉过早着火引起的燃烧器喷口结焦、

表6 D磨煤机R90调整结果

燃烧器区域热负荷过高、煤粉气流贴墙等问题，调整的手段也围绕这个思路展开，具体包括减小A，B，D，E燃烧器外二次风旋流强度，提高D，E层燃火，防止由于煤粉过早着火引起的燃烧器喷口结焦、燃烧器区域热负荷过高、煤粉气流贴墙等问题，调整的手段也围绕这个思路展开，具体包括减小A，B，D，E燃烧器外二次风旋流强度，提高D，E层燃烧器一次风速，降低运行氧量和减小B，D层燃烧器风箱开度等措施。试验一共进行了14个工况，具体见表7。

表7 锅炉燃烧调整工况

经过14个工况的调整，得到了锅炉各工况下炉膛温度的变化情况。根据试验情况，炉膛温度在各工况变化不大，这是由于在炉膛已经严重结渣的情况下，燃烧状态的调整对炉膛温度的变化是个漫长过程，试验结果无法立即显现。随着工况试验的进行，锅炉负荷从稳定状态逐渐升高，锅炉负荷越高，氧量越低，NOx质量浓度相应增加；当停E磨煤机、启C磨煤机时，锅炉的NOx质量浓度突然升高到800 mg/m3以上，说明燃烧中心上移对NOx的排放值有较大影响。

4.3 锅炉热效率试验

锅炉的低氮燃烧可能会降低锅炉热效率，故本次试验挑选了具有代表性的4组锅炉负荷(350 MW，263 MW，240 MW，185 MW)，测定了各个负荷段的锅炉热效率。

在350，263，240，185 MW工况下，实测锅炉热效率为93.56%，93.82%，94.01%，94.03%，除350 MW工况外，均高于相应负荷下的锅炉热效率设计值。炉膛出口氧量分别为3.20%，3.49%，3.25%，5.35%，飞灰含碳量分别为3.21%，2.35%，2.23%，2.02%。随着机组出力增加，炉膛出口氧量逐步降低，锅炉飞灰含碳量逐步上升，在当前煤质下，锅炉炉膛出口氧量控制比较合理，飞灰含碳量除350 MW工况下偏高，其余工况下均较好[6]。

4.4 混煤掺烧试验

为了提高经济性及降低NOx排放，锅炉长期使用的煤种开始掺烧一定比例印尼煤，印尼煤的特性是高水分、低灰分、低硫分、高挥发分、灰熔点较低[7]。在火电厂中,每台锅炉及其辅助设备都是依据一定的煤质特性设计的,锅炉只有燃用与设计煤质接近的煤,才具有最好的经济性。因此有必要制定合理的切实可行的配煤方案,使锅炉在燃用与设计煤质相接近的条件下运行，以达到最佳的经济性和安全性[8]。

对锅炉机组进行混煤掺烧试验，试验统计数据见表8。