浅谈600MW“W”型火焰锅炉燃烧系统优化改造

大唐阳城发电有限责任公司 武 强 王劭刚

1 概述

某电厂装机容量为2×600MW“W”型火焰锅炉，亚临界参数，一次中间再热，双拱形，单炉膛，平衡通风，固态排渣，露天布置，汽包型燃煤锅炉，型号为DG2060/17.6-II3。燃烧器布置于锅炉的前、后拱上，尾部双烟道结构，采用挡板调节锅炉再热汽温。燃烧器采用双旋风煤粉燃烧器。

图1 锅炉结构示意图

2 锅炉本体及燃烧系统

炉膛采用膜式水冷壁，从而保证炉膛严密性。炉膛由水冷壁的前后墙、两侧墙及顶棚过热器组成；前墙和后墙在锅炉的下部组成冷灰斗。前墙、后墙水冷壁在炉膛沿高度方向的中部区域向内弯曲，形成双拱形结构，拱以上的炉膛称为上炉膛，拱以下的炉膛称为下炉膛；燃烧器布置在前后墙拱上，煤粉气流向下喷射，火焰受前、后墙二次风托举作用从而呈“W”形。

双旋风燃烧器错列布置在炉膛前、后拱上，前、后拱各18只。双旋风煤粉燃烧器由煤粉管、均分器、双旋风筒、煤粉主喷口、乏气管及喷口、乏气调节蝶阀等组成。每台锅炉共有36只煤粉燃烧器，二次风箱也相应地划分为36个独立的配风室，对每个燃烧器的二次风量大小进行单独控制，煤粉燃烧器调节机构示意图如图2所示。每个配风单元由上部及下部两部分组成。

图2 煤粉燃烧器调节机构示意图

磨煤机与燃烧器的对应关系如下。

后墙

卫燃带布置。

图3 卫燃带布置示意图

SNCR+SCR 脱硝系统。为满足国家超低排放环保政策要求，2017年进行了超低排放改造。SCR 更换两层板式催化剂；新装SNCR 脱硝系统主要由尿素溶液及稀释水储存系统、混合分配模块、喷射装置及空气吹扫系统组成，以尿素溶液作为还原剂。

3 锅炉改造前存在的主要问题及改造目的

3.1 NOx 排放值高

锅炉在燃用原设计煤种时，锅炉燃烧不稳定，飞灰、大渣含碳量高，锅炉效率低，锅炉出口NOx排放浓度高达1800mg/Nm3。为提高锅炉效率、降低NOx 排放浓度，采取了调整煤粉细度、燃烧氧量，进行动力场试验、一次风调平等常规燃烧调整及试验手段后，效果不明显。

2017年，脱硝系统采用SCR+SNCR 方式运行时，在配煤掺烧时NOx 排放尚可满足排放要求，但在燃用设计煤种（无烟煤）条件下，超低排放要求无法满足。

3.2 过热器减温水量偏大

改造前锅炉配煤掺烧投运，屏过受热面无超温现象，过热器减温水约170t/h（高出设计值70t/h）；炉膛结焦程度属可接受范围。

3.3 本次燃烧设备改造的目标

通过本次燃烧系统优化改造，在燃用本次改造煤种时，降低炉膛NOX排放量，并且不因改造引起结焦加剧，提高机组运行的安全性。

4 燃烧系统优化升级改造方案简介

4.1 燃料特性

设计煤质分析资料。本次改造设计煤质是为寺河矿、高硫高热和潮隆低硫低热煤按2:4:4的比例掺配成，改造的校核煤种为寺河矿、潮隆低硫低热煤、高硫高热无烟煤、高硫高热烟煤按照1:4:2:3比例掺配成。

表1 煤质及灰成分分析表

本次改造煤质具有易结渣、极难着火、极难燃尽的特性。

4.2 燃烧系统优化升级改造方案简介

采用双拱炉膛、内外浓淡燃烧、分级配风组织火焰燃烧，通过炉内空气分级燃烧技术，以保证在燃用改造设计煤及试验煤的条件下，煤粉气流及时着火、燃烧稳定且完全，降低NOX生成，并控制炉膛出口烟气温度、流量分配均匀。同时，采取多种有效措施防止炉膛结渣。

图4 改造后燃烧器布置示意图

改造后全炉前、后拱上共布置36个煤粉燃烧器，对应36个煤粉喷嘴，为直流形式，每个燃烧器对应一个煤粉喷嘴，前、后拱上各布置18个喷嘴。前、后拱上燃烧器分别单排顺列布置，燃烧器水平间距1428.8/1619mm，最外侧燃烧器到侧墙的距离3573.9mm，最外侧燃烧器远离侧墙水冷壁，可有效避免翼墙和侧墙结焦。

改造后在炉膛拱部喉口上方布置一层燃尽风调风器，共40只，前、后墙各布置20只，燃尽风调风器单层水平布置。

燃尽风筒体为内外圈设计，调风器将两股独立的气流喷入炉膛，从而使煤粉在燃烧后期能够燃尽。中部为直流气流，通过速度高、刚性大特点穿透上升烟气进入炉膛中心；外圈为旋转气流，向四周扩散，用于和靠近炉膛水冷壁附近的上升烟气进行混合。通过手动调节直流风量和旋流风量，可以强化炉膛中的烟气混合。

图5 燃尽风、侧燃尽风布置示意图

二次风向采取分级配风，拱上送入的二次风一部分用于喷口冷却和燃烧的需要，另一部分满足向下引射煤粉气流。为了保证煤粉的着火和初期的燃烧稳定，二次风与煤粉在拱上分别送入。煤粉着火后，在拱下逐级送入所需的二次风，避免影响煤粉气流着火稳定和控制NOX的需要。而在煤粉气流着火后，提供燃烧所需的空气，增强燃烧后期风粉的混合，使煤粉充分的燃尽。

图6 配风示意图

本次改造设置有36只煤粉燃烧器，二次风箱划分为36个独立对应的配风室，每一个配风单元对应两个风门组件，单独控制燃烧器所需的风量，每个配风室分别由上部风箱和下部风箱组成。

卫燃带优化的目的是防止前、后墙及翼墙形成大尺寸的焦块，避免跨焦时引起炉膛负压波动、锅炉灭火等危及锅炉的安全正常运行事件发生。由于上炉膛增加了燃尽风，炉内低氮燃烧会产生的还原性气氛，使得在燃尽风区域水冷壁易产生高温腐蚀，因此本次改造将在燃尽风口以下区域易产生高温腐蚀水冷壁进行防腐喷涂，喷涂材料采用铬镍防腐合金丝。

图7 改造后卫燃带敷设、防高温腐蚀喷涂示意图

4.3 燃烧器的数值模拟和试烧试验（图8）

图8

4.4 冷态试验结论

一是燃烧器安装角度，各拱上风、拱下风喷口安装情况符合要求，各风门和燃尽风挡板开度指示一致性、准确性及灵活性符合要求，风箱各风室之间的严密性在冷态试验符合要求；二是A、B、E、F 磨调平能达到各一次风管的风速偏差在±5%以内的要求；三是前墙和后墙燃尽风不论是直流风还是旋流风，沿宽度方向风速分布均较均匀，偏差较小；四是前墙和后墙的拱上二次风A 风、B 风、C 风、D 风、F 风、乏气周界风风速沿宽度方向分布较均匀。

4.5 热态调试及性能试验结论

一是经过优化调整试验，基本调平了各磨煤机各粉管的风量，摸清了燃烧系统各挡板对锅炉燃烧及运行参数的影响规律，增强了锅炉燃烧的稳定性；二是继续优化制粉系统，进而提升煤粉细度和均匀性，灰渣可燃物将进一步降低，锅炉效率也将进一步提高。

5 经济效益

燃烧系统优化改造后，SNCR 系统已彻底停运，脱硝反应器入口NOX量≤750mg/Nm3，氨逃逸率整体优于改造前。结合SNCR 系统运行尿素年耗量3780t，除盐水年耗量71680t，尿素水泵、稀释水泵、吹扫风机电耗442330kWh，燃烧系统优化改造后，每年节约SNCR 运行成本约1107万元。

6 结语

通过燃烧系统优化改造，配合SCR 脱硝技术相结合的手段，实现了“W”型火焰锅炉燃烧设计煤种时氮氧化物也能够达到超低排放。解决了同类型机组采用低氮燃烧技术带来的飞灰含碳量上升、减温水量增大、受热面超温、高温腐蚀等问题。该项技术在国内600MW“W”型亚临界火焰锅炉低氮燃烧改造属于先进水平，为同类型锅炉摸索出了新的解决问题途径。

目前，无烟煤与烟煤出矿价格逐步趋于一致，到厂价格的差别主要体现在运费上，由于烟煤距离远，综合到厂价必然要高于无烟煤；晋城地区无烟煤市场整体产量充足，完全满足改造后燃煤的需求量。随着环保要求的进一步加大、化工行业生产工艺的改进、国家“公转铁”政策的实施、清洁能源的高速发展，无烟煤市场将会相对平稳。因此，从长远看，燃用无烟煤的经济优势明显、保供能力强，燃用无烟煤符合市场变化要求，是必然趋势。