锅炉低负荷时再热蒸汽温度低的原因分析及燃烧器改造

2017-07-31王礼鹏王磊秦淇蓝晓村姬亚

综合智慧能源 2017年7期

关键词：热器过热器磨煤机

王礼鹏，王磊，秦淇，蓝晓村，姬亚

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，郑州 450000)

锅炉低负荷时再热蒸汽温度低的原因分析及燃烧器改造

王礼鹏，王磊，秦淇，蓝晓村，姬亚

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司，郑州 450000)

针对国内某350 MW锅炉低负荷时再热蒸汽温度低的问题，经摸底和燃烧调整试验，确定仅通过运行调整难以有效缓解该问题，需进行燃烧器优化改造。提出了减弱炉膛吸热和减小炉膛上部烟气旋转残余的燃烧器优化设计改造方案，改造后的优化调整试验结果表明：机组低负荷时再热蒸汽温度明显提高，炉膛燃烧及结渣情况得到改善，机组NOx排放质量浓度有所降低。改造后的燃烧调整试验为运行人员提供了机组低负荷运行优化调整指导卡片，有效提高了机组运行的经济性和安全性。

锅炉；低负荷；再热蒸汽温度；燃烧器；改造

0 引言

电力工业关乎国计民生，在整个国民经济中占据着十分重要的地位，2014年全国电力生产总量达56 495.8亿kW·h。目前虽然有1 000 MW大型燃煤机组陆续投入生产，但国内燃煤机组容量仍以300 MW和600 MW为主。为响应国家节能减排政策，国内300 MW机组锅炉燃烧器大部分进行了低氮改造，但改造后普遍存在再热蒸汽温度低于设计值，尤其是低负荷时锅炉再热蒸汽温度低的问题。再热蒸汽温度低不仅影响机组的经济性，而且会增加汽轮机的排汽湿度，长期运行会降低末级叶片的寿命，影响机组运行的安全性。

国内学者针对锅炉再热蒸汽温度低的问题开展了大量研究，乔永生等人[1]从运行控制和设备改进两个方面提出了防治措施；孟建国等人[2]通过减少分隔屏过热器受热面、增加省煤器受热面的方法研究了某600 MW机组低负荷时再热蒸汽温度偏低问题；王英坤等人[3]提出了将冷段再热器入口由炉前侧改为炉后侧，强化再热器换热，以提高再热蒸汽温度；强君刚等人[4]针对某300 MW锅炉再热蒸汽温度低的问题，通过热力计算，提出了敷设卫燃带的治理方案；吴云辉[5]则系统分析了燃煤锅炉主、再热蒸汽温度偏低的影响因素，针对某125 MW机组设计资料，通过各受热面热力计算提出了解决再热蒸汽温度低的不同改造方案。虽然相关的专家和学者对不同电厂出现的再热蒸汽温度偏低问题，都提出了自己的解决方案[6-16]，但这些都是通过受热面面积改造或卫燃带敷设解决再热蒸汽温度偏低问题，通过燃烧器改造改善低负荷时再热蒸汽温度偏低的试验研究并不多见。

国内某350 MW亚临界压力自然循环汽包锅炉低氮燃烧器改造后一直存在低负荷时再热蒸汽温度低的问题，本文针对该问题，通过热力计算及燃烧器配风改造，研究提高低负荷时再热蒸汽温度的方法，并结合燃烧调整试验进行改造效果验证。

1 设备概况

国内某电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1172/17.2-PM2型亚临界压力一次中间再热自然循环锅炉。锅炉采用四角切圆燃烧方式，配有5台HP863型碗式中速磨煤机，采用正压直吹式制粉系统。该锅炉的炉膛断面近似正方形(宽14 048 mm、深14 019 mm)，炉膛高热负荷区域的水冷壁采用内螺纹管的膜式水冷壁，炉膛上部布置有墙式再热器、分隔屏过热器和后屏过热器；水平烟道中布置有屏式再热器、末级再热器、末级过热器和立式低温过热器；后烟道竖井布置有水平低温过热器和膜式省煤器，烟道竖井下部布置有2台空气预热器(以下简称空预器)。过热器采用两级喷水减温：一级在分隔屏过热器入口作为粗调，保护分隔屏过热器不超温；二级在后屏过热器和高温过热器之间作为细调，保证主蒸汽温度。再热器设计为通过改变燃烧器喷口倾角来调节汽温，异常时利用再热器入口的事故喷水进行减温。锅炉主要设计参数见表1(表中：BMCR工况为锅炉最大连续出力工况；ECR工况为锅炉经济出力工况)。

表1 锅炉主要设计参数

该锅炉炉膛四角布置了4组摆动式燃烧器，每组有8个喷嘴，其中5个煤粉喷嘴、3个油枪喷嘴。共11层二次风喷口，其中布置有2层上燃尽风和1层下燃尽风。煤粉喷嘴内部布置有百叶窗式分离器，利于向火侧的着火与稳燃，防止背火侧区域的结焦；同时，喷口周围均布有周界风，以冷却煤粉喷嘴。2012年进行了低NOx燃烧改造,主要改造内容为：在主燃烧器上方增加2层分离燃尽风(SOFA)燃烧器；主燃烧器各层(5层)一次风、二次风标高及数量均不变，紧凑燃尽风(CCOFA)二次风由原来的3层改为2层，最上层EE4风密封；炉膛减少部分卫燃带，避免结焦；一次风室采用水平浓淡燃烧器并配有周界二次风；B层燃烧器为带小油枪的燃烧器，没有百叶窗浓淡分离装置；一次风周界风小风门遮盖部分面积，增加风门调节特性。

2 原因分析

通过改造前的燃烧调整试验，确定该锅炉低负荷时再热蒸汽温度低的原因主要如下。

(1)炉内热偏差无法消除。燃烧调整过程中由于炉内热偏差较大，在提高火焰中心高度、提高炉膛出口烟温时，分隔屏过热器及高温再热器出口壁温容易超限，分隔屏过热器壁温易超限点主要靠左侧及中部，而高温再热器壁温易超限点在中间偏右侧位置。试验中采用增大SOFA反切角度的方法加强反切风动量矩，但不能消除高温再热器出口汽温、壁温偏差；也曾采用增大反切风开度的方法提高反切风动量矩，下两层反切SOFA开度增大到50%，同样无法消除壁温偏差，进一步增大下2层SOFA开度时，炉膛风箱压差降至0.35 kPa以下，易引起燃烧不稳；采取增、减某一角主燃区风量的措施同样无法消除壁温偏差。

(2)水冷壁吸热量偏大，炉膛出口烟温偏低。低氮燃烧器改造后，过热器减温水量及各段烟温明显降低，表明对流吸热份额减小。改造后虽然主燃区放热量减少，但主燃区二次风量减少，所以主燃区炉膛温度变化不大。但是，改造后一方面二次风量降低，另一方面二次风喷口外壁与二次风箱间隙偏大，其间的漏风使二次风喷口风速降低，造成二次风动量减小，进而使二次风切圆直径增大，二次风区域燃烧更靠近水冷壁壁面，使水冷壁吸热量增加，降低了炉膛出口烟气温度，导致再热蒸汽温度降低。

3 改造方案

通过摸底燃烧调整试验，基本确定了锅炉低负荷时再热蒸汽温度低的原因，因受热面部分壁温容易超温，仅通过运行调整难以有效缓解再热蒸汽温度低的问题，需进行燃烧器优化改造，改造的主要方向为减弱炉膛吸热和减小炉膛上部烟气旋转残余，最终确定的优化改造方案如下。

(1)对燃烧器上部EE2，EE3二次风进行可调水平摆角改造。拆除原EE2，EE3层共8只二次风喷口，更换为新加工件，同时为其增设手动的水平切角摆动机构(原来的垂直摆动机构依旧)，实现水平方向左、右20°范围内的摆动，垂直方向的摆动不受影响。实际运行中这2层二次风可反切运行，削减主燃区旋转动量矩，减小炉膛上部的烟气旋转残余。

(2)SOFA喷口及主燃区二次风喷口局部封堵。对各层SOFA喷口及主燃区二次风喷口进行局部封堵(除本次已改造的EE2，EE3层及AA1层)，减小二次风喷口总面积，提高二次风风速及动量，增强二次风后期对一次风的卷吸控制能力，以达到提高运行稳定性、减轻或消除结渣、降低炉膛出口两侧烟温偏差及降低飞灰可燃物的目的。封堵方法为在喷口左、右侧筋板上焊接销钉，并布置耐火浇注料。

改造前、后燃烧器设计参数见表2，燃烧器改造情况如图1所示。

4 改造效果

改造前进行了A，B，C和C，D，E两种磨煤机运行方式的原始工况摸底试验及C，D，E磨煤机运行时的燃烧调整试验，改造后同样是先进行摸底试验，再进行A，B，C和C，D，E两种磨煤机运行方式的燃烧调整试验，各试验工况参数对比情况见表3。

表2 燃烧器改造前、后设计参数

由表3可以看出：改造后低负荷时再热蒸汽温度比改造前原始工况分别提高了27 ℃(C，D，E磨煤机运行)、36 ℃(A，B，C磨煤机运行)，比改造前优化工况平均提高了19 ℃(C，D，E磨煤机运行)；改造后各工况选择性催化还原(SCR)脱硝装置入口NOx质量浓度比改造前各工况有所降低，末级再热器最高壁温相差不大。通过观察和运行人员反映，改造后炉膛结渣情况也有明显好转。

图1 燃烧器改造

工况机组负荷/MW磨煤机运行方式再热蒸汽温度/℃过热蒸汽温度/℃氧量(A/B)/%SCR入口NOx质量浓度(A/B，标态)/(mg·m-3)末级再热器最高壁温/℃改前原始工况174C，D，E504．0536．03．35/2．75563/607570．0177A，B，C489．0530．03．30/2．60468/528558．0改前燃烧调整试验工况177C，D，E510．0536．03．60/2．80618/637569．0176C，D，E514．0538．73．60/3．10601/635571．0改后原始工况175C，D，E517．0536．03．07/3．11420/501569．0改后燃烧调整试验工况177C，D，E531．0538．04．50/4．00480/580573．0177A，B，C525．0538．03．22/3．04448/509561．0

5 结论

(1)通过调整优化，改造后低负荷时再热蒸汽温度比改造前原始工况提高27 ℃(C，D，E磨煤机运行)、36 ℃(A，B，C磨煤机运行)，比改造前优化工况平均提高19 ℃(C，D，E磨煤机运行)。

(2)优化后低负荷工况C，D，E磨煤机组合运行方式下再热蒸汽温度能稳定在531 ℃左右，与额定温度540 ℃尚有9 ℃差距，为进一步解决该问题，建议进行卫燃带的核算敷设。

(3)通过总结改造后燃烧调整试验结果，提供了机组低负荷运行的优化调整指导卡片，建议机组低负荷时按照推荐方式运行。

(4)改造后优化工况SCR脱硝装置入口烟气NOx平均质量浓度为480～550 mg/m3(标态)，低于600 mg/m3(标态)，比改造前工况有所降低，而末级再热器最高壁温相差不大，炉膛结渣情况也有明显好转。

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(本文责编：刘芳)

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