锅炉燃烧器改造可行性研究报告.pdf

-卷册检索号21-Q243K*石化分公司热电厂石化分公司热电厂锅炉装置锅炉装置 5 5 号炉燃烧器改造工程工程号炉燃烧器改造工程工程可行性研究报告可行性研究报告060021-sj060021-sj工程咨询甲级资质证书证书编号工咨甲工程咨询甲级资质证书证书编号工咨甲 20308080032030808003* * *电电 力力 勘勘 测测 * * *20062006 年年 0808 月月*石化分公司热电厂石化分公司热电厂锅炉装置锅炉装置 5 5 号炉燃烧器改造工程工程号炉燃烧器改造工程工程可行性研究报告可行性研究报告工程经理：工程经理：.z电力工程设计甲级证书证书编号电力工程设计甲级证书证书编号院长：院长：总工：总工：-目录目录1 概述11.1 工程概况及改造的必要性1.2 设计依据1.3 设计*围1.4 主要设计原则2 燃烧器改造.22.1 燃烧器改造2.2 改造前后节能情况3 施工轮廓进度.154 投资估算及经济评价.164.1 投资估算4.2 经济评价5 结论.171.5 号锅炉燃烧器改造前方案简图2.*石化分公司关于委托编制热电厂锅炉装置5 炉燃烧器改造工程可行性研究报告的函参加设计人员参加设计人员专业热机技经主要设计人马士峰*世光专业工程师*宏强田恩东.z-1 1概述概述1.11.1 工程概况及改造的必要性工程概况及改造的必要性*石化分公司热电厂现有机组均投产于 20 世纪 90 年代，总装机规模为七炉八机。其中 5 号锅炉为 BG-410/100-M 型，是巴布科克.威尔科克*生产厂生产的单汽包、自然循环、型布置的固态排渣煤粉炉。锅炉构造全部为钢构造，除下级省煤器和空气预热器采用支承方式外，锅炉本体全部悬吊于顶板上。炉膛断面为正方形，深度和宽度均为9980mm，炉膛四周由605，节距为 80mm 的膜式水冷壁，前后水冷壁下部管子倾斜与水平线成 50角，形成冷灰斗， 后水冷壁在炉膛出口下缘向炉内凸起形成具有35上倾角和 30仰角的折焰角。 从炉膛拐点 10100 mm 起至汽包中心绝对高度为 32600mm。炉膛顶棚管标高 39.0 米，运转层标高为 9.0 米。由于*石化热电厂煤源变化较大，燃煤煤质波动*围大，造成锅炉燃烧器无法适应。5 号锅炉自 1993 年投产以来，通过实际运行发现，锅炉负荷在400t/h 左右常规运行时，减温水量比较大，炉膛局部结焦，屏式过热器结焦比较严重。在 1996 年由哈工大将原燃烧器改造为浓淡燃烧器， 改造后的燃烧器仍然存在：锅炉炉内燃烧组织不好，锅炉结焦、减温水量大、370t/h 以上负荷运行时燃烧不稳、氮氧化物排放量高、锅炉效率低等问题。为了解决现有问题，保持锅炉运行的稳定性、平安性、经济性，以适应燃烧多煤种的需要，*石化分公司热电厂对 5 号锅炉进展燃烧系统改造是必要的。1.21.2 设计依据设计依据严格执行?火力发电厂设计规程?GB50049-94 。.z-经济评价按采用?中国石油天然气股份*建立工程经济评价方法与参数?。*石化分公司关于委托编制热电厂锅炉装置 5 号炉燃烧器改造可行性研究报告的函。1.31.3 设计设计* *围围对 5 号锅炉燃烧系统进展改造：a.燃烧器本体及固定装置。b.燃烧器二次风箱及与之相接的二次风道接口。c.)燃烧器区域弯管水冷壁。d.)一次风管加装可调缩孔e.)局部一次风管弯头更换。f.)燃烧器系统保温油漆及耐火塑料浇注。对上述系统的附属局部的设计：a.)燃烧器的二次风喷口。b.)下二次风喷口内的四个角高能点火枪及油枪。c.)火焰检测探头。1.41.4 主要设计原则主要设计原则工艺系统设计应在保证电厂平安生产的条件下尽可能的利用现有条件，减少拆迁量，以减少投资。以平安生产，提高锅炉运行的稳定性、平安性，经济性为原则。各系统设计均应严格遵守相关的规程规定。2 2燃烧器改造燃烧器改造2.12.1 燃烧器改造燃烧器改造.z-原有燃烧系统存在的问题*石化分公司热电厂 5 号锅炉为 BG-410/100-M 型，单汽包、自然循环、 型布置的固态排渣煤粉炉。锅炉构造全部为钢构造，除下级省煤器和空气预热器采用支承方式外，锅炉本体全部悬吊于顶板上。炉膛断面为正方形，深度和宽度均为 9980mm， 炉膛四周由 605， 节距为 80mm 的膜式水冷壁，前后水冷壁下部管子倾斜与水平线成 50角，形成冷灰斗，后水冷壁在炉膛出口下缘向炉内凸起形成具有 35上倾角和 30仰角的折焰角。从炉膛拐点10100 mm 起至汽包中心绝对高度为 32600mm。 炉膛顶棚管标高 39.0 米，运转层标高为 9.0 米。锅炉采用辐射、对流过热器，按烟气流向炉顶分别悬挂屏式过热器、高温过热器和低温过热器。在后竖井布置有上级省煤器、上级空气预热器、下级省煤器和下级空气预热器。屏式过热器为辐射式，高温过热器和低温过热器为对流过热器。空预器为立式管式空预器。过热器系统采用两级减温水，一级减温布置在低温过热器和屏式过热器之间，在屏式过热器和高温过热器之间布置有二级减温器，喷水水源来自锅炉给水。炉膛出口烟气温度为1097.7。喷燃器为正四角切向的固定直流式煤粉喷燃器， 于 1996 年 8 月由哈工大将原燃烧器改造为水平浓淡燃烧器，保持二次风喷口不动，一次风喷口改成水平浓缩煤粉燃烧器，一次风速平均风速降为 26m/s。考虑到所燃用的烟煤着火性能比较好，采用浓、淡不等风速设计，浓缩比为 PQ=1.4，浓一次风流速 30m/s，淡一次风流速 22m/s。二次风喷口中间采用直隔板隔开，各喷口距离不变。一次风喷口与二次风喷口以反切的方法布置，两者的中心线夹角.z-为 534，其目的是利用一次风射入炉后偏转使煤粉更加密集， 保证在高一次风速下的稳燃性能。二次风四角反向相切，假想切圆直径为600mm。每组喷燃器喷口由两层二次风夹一层一次风喷口，分三层共计六个二次风喷口，三个一次风喷口，在第一、二层下二次风喷口装有自动点火装置。各二次风喷口均设置单独的风量调节装置。一次风喷口面积F10.1103m212，二次风口截面积 F10.1395m224。原锅炉各参数见表 1表 5。表 1各喷口的标高层数第三层喷口上二次风上一次风下二次风上二次风中一次风下二次风上二次风下一次风下二次风167601635015940151601475014340135601315012740标高mm第二层第一层表 2燃烧器主要设计参数名称风率%风温风速m/s风口面积 单角风口数量个一次风3057300.330812二次风69.2312450.83724漏风0.8表 3设计煤质分析序号12名称收到基碳收到基氢符号CarHar单位%数值58.6563.36.z-345678910111213收到基氧收到基氮收到基硫收到基灰分收到基水分空气枯燥基水分收到基挥发分低位发热量灰熔点OarNarSarA arMarMadMarQnet.argt1t2t3%Kcal/k7.280.790.6319.779.612.8532.315360111011901270表 4锅炉主要设计参数工程汽包工作压力主汽温度主汽压力主汽流量给水温度排烟温度锅炉效率燃料消耗量单位MPaMPaT/Ht/h数值11.285409.8410215130.392.250.759表 5 锅炉原热力计算结果汇总表类别名称型号燃烧方式蒸发量过热蒸汽压力过热蒸汽温度给水温度汽包蒸汽压力排烟热损失化学未燃烧热损失机械未燃烧热损失散热损失灰渣物理热损失符号DjPzqtzqtgsPqbq2q3q4q5q6单位t/hMPaMPa%数值HG-130/39-3煤粉4109.854021511.285.350.51.50.410锅炉规*热损失.z-类别热平衡名称锅炉机组效率燃料消耗量燃料计算耗量空气过剩系数容积理论燃烧温度炉膛出口烟气温度总辐射受热面积炉膛总面积辐射传热量容积热负荷截面积热负荷辐射受热面热负荷符号BBjltVTHFSFzQFSQVQF单位%t/ht/hm3m2m2kcal/kgkcal/m3hkcal/m3hkcal/m3h%数值92.250.75949.9981.225452027.61097.71286.61298.62980.7107.51032.731106118.3103喷水减温29.313.819.36030327.9130.3炉膛Bj QFS/HFS型式t1一级减温幅度减t2温二级减温幅度D1器额定负荷一级喷水量D2额定负荷一级喷水量*尾部省煤器沸腾率tR受热预热器进风温度面trf热风温度tpy排烟温度5 号锅炉 1996 年由哈工大将原燃烧器改造为浓淡燃烧器， 改造后的燃烧器仍然存在影响锅炉运行稳定、平安的因素。现燃烧系统存在问题主要表现为锅炉炉内燃烧组织不好，具体如下：a. )一、二次风射流刚性差，易偏斜，使实际燃烧切圆过大，造成火焰冲刷水冷壁，燃烧区域水冷壁结渣。并导致着火距离喷口太近，喷口区域结渣及烧坏喷口。b.一、二风混合不好，造成煤粉燃烬推迟，火焰抬高，飞灰含碳量增加，致燃烧区域上部及大屏结渣，减温水量增加。c.制粉系统一次风无法调整，造成一次风风速各角不一，致使各角刚.z-性不一，无法与二次风组成合理燃烧工况 (一、二次风动量比失衡)，炉膛火焰偏斜，运行中乙侧墙和后墙炉膛火焰温度较其它局部高。d.在高负荷下喷口区域热负荷过大，在燃烧器区结焦和烧坏喷口。e.在高负荷时，屏式过热器结焦比较严重,尤其在大多数在吹灰器喷口处结焦较为严重；角区及一、二次风喷口均有严重结焦现象，当运行时间较长时，炉膛掉焦，使得燃烧不稳。f.氮氧化物排放浓度较高，在锅炉负荷为408t/h 时，氮氧化物浓度值约为 700 mg/Nm3。2.1.2 “风包粉系列浓淡燃烧器原理及特点“风包粉系列浓淡煤粉燃烧技术是针对我国电力工业对煤粉燃烧的需要，通过对炉内燃烧器区域气相及气固两相流场的深入研究，发现相当一局部锅炉炉膛内存在煤粉向炉膛四周别离，从而产生一系列不良后果。提出了解决这一问题的技术措施，使煤粉相对集中在火焰中部，而炉壁四角则空气相对过剩，从而实现了炉内“风包粉的燃烧方式。浓淡燃烧的根本原理是将一次风分成浓淡两股气流，利用浓煤粉气流着火稳定性好的特点来提高燃烧器的着火稳燃能力，浓淡两股气流偏离各自燃烧的化学当量比，可以抑制 NO*的生成排放。还研制了配套的高浓缩比、低阻力的煤粉浓缩器，增强了浓缩燃烧的作用。综合“风包粉和“浓淡燃烧的特点，根据不同炉型、不同煤种的要求，开发研制成功水平浓缩煤粉燃烧器、水平浓淡风煤粉燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、不等切圆墙式布置直流煤粉燃烧器等“风包粉系列浓淡煤粉燃烧技术。水平浓淡风煤粉燃烧技术。其原理如下列图：.z-该燃烧系统在同一水平截面上将一次风气流分成浓淡两股，并在淡侧煤粉射流的外侧，增加一股侧二次风射流。这样，在同一水平截面上，浓一次风喷入炉膛中央，其假想切圆较小；淡一次风和侧二次风平行并与总的二次风气流旋转方向一样；淡一次风在里，侧二次风在外，侧二次风喷入切圆最外面的背火侧，并且通过调整侧二次风风速的大小来调节一次风射流的刚性。采用水平浓淡风煤粉燃烧技术后， 原高温腐蚀处壁面氧量 O23.5%,高温腐蚀得到了有效控制，并且在燃用 Vdaf=10.515%的贫煤时，由 60%ECR 断油稳燃改善为 50%ECR 断油稳燃，锅炉效率提高提高了 0.85%。该型燃烧器的特点有：1平安 因富粉气流在向火侧，贫粉气流(富氧)在近壁侧，使近壁面区为氧化性气氛有利于防止结渣和高温腐蚀(有的浓淡燃烧器采用上下浓淡型，浓煤粉气流贴壁就易产生结渣和高温腐蚀)。2煤粉浓度很易调整这样对煤种的适应性就强。另外，使设计裕度大大增强，可以将喷口内的稳燃体设计得比较保守，而通过调节挡块高度来.z-调节煤粉浓度，从而调节煤粉气流的着火距离：这也大大提高了平安性 (而其它稳燃技术，如单纯在喷口加装稳燃体型及其它浓谈燃烧技术，因多数均不可调。这样，一是煤种适应性差；另外往往造成或是稳燃能力不能到达要求，或是着火距离过近，造成喷口结焦及烧坏等现象)。3)改造工作量小只需对-层或几层一次风喷口及其后较短的一段管道进展改造即可。该型燃烧器的存在的问题有：1存在着烧损、 变形等问题，在*热电厂 5 号炉改造中出现。2锅炉低负荷情况下主蒸汽和再热蒸汽温度偏低， 如*电厂 4、 5 号炉。3 磨损问题 浓淡别离装置及有关部件、管道的磨损问题*电厂、*热电厂出现过。2.1.3“GD-LYLDR双区燃烧技术原理及特点GD-LY 防渣低 NO*双区燃烧技术，具有炉膛较强的抗结渣治污能力与低NO*的复合特性。通过对燃烧系统的设计，实现对射流的特殊组合，设法扩大煤粉燃烧的温度场、气固相浓度场、烟气流场两大区域中心区、近壁区的三场特性的差异，形成中心区有较高煤粉浓度、适宜的氧浓度、高燃烧强度，近壁区为较低温、较低CO 浓度、较高氧浓度；以及利于阻止灰粒附壁，延长冷却路径的流场构造，从而提高了燃烧器的稳燃能力和抑制了结渣。在全炉膛全区域组织双区燃烧，防止了集中布置，燃尽区采用双级燃尽、多级燃尽风、可调燃尽风，从而保证了较高的炉膛出口燃尽率。在主燃区有利于着火的气动力构造与风粉分配，可使稳燃性能大大提高。“双区燃烧过程就可以使空气分级、燃料分级等措施“深度到位，从.z-而实现了与常规低 NO*燃烧技术相比有较高脱 NO*能力和较好的平安经济性，详见表 6。表 6 双区燃烧与常规低 NO*燃烧技术比较表影响因素燃烧方式结渣沾污高温腐蚀无任何高温腐蚀，最长已运行 6 年。壁区O22%。飞灰可燃物根 本 不 变 ，200MW 机组锅炉 约 上 升0.30.5%汽温无 升 高 现象 ,200MW 机组锅炉有下降趋 势 , 已 能 解决。稳燃性能燃 用 烟 煤 时4050%负荷不投油稳燃有强抗结渣沾污能力。13 台双 区 燃 烧 系锅炉业绩证明统无任何加剧情况。可常年不吹灰。“GD-LY 防渣低 NO*双区燃烧技术其主要技术特点如下：a.实现了防渣、低 NO*、低负荷稳燃功能的复合。b.采用喷口冷却专有技术、大风箱内分专有技术等，使设备易于加工，改造投资低。c.可配合采用炉内温度、CO、O2、NO*采集分析与风门闭环控制系统,使燃烧、NO*排放处于最优区。d.在炉内全区域采用射流组合，简单易行。e.在炉外不采用任何煤粉浓缩别离系统即可实现主燃烧器区的煤粉定向浓淡分布。f.通过高度上射流调节可调节火焰中心高度。双区燃烧对炉内燃烧过程存在以下优势a.)炉温适宜。b. )双复原氧化区分布明显，区域合理。c. )有独特循环滞流区。d. )炉内明显“双区防渣，抑制沾污加剧。.z-e. )较高的脱氮率。f. )适应燃用煤质的多样性。永昌电厂 410t/h 锅炉脱氮工程采用了“GD-LY 防渣低污染双区燃烧技术的燃烧器对原有燃烧器进展改造。改造后锅炉投入正常运行，解决了运行稳定性较差、锅炉结焦、排渣量大、减温水量缺乏、炉膛出口烟温高等问题，提高了锅炉稳燃性能、降低氮氧化物排放量，并取得了理想的效果。2.1.4 燃烧器改造方案.1 方案一 采用煤粉浓淡燃烧器进展改造本工程 1996 年改造就是用浓淡燃烧器替换原有燃烧器，经过一段时间的运行，出现一、二次风射流刚性差，易偏斜，一、二风混合不好，造成煤粉燃烬推迟，火焰抬高，制粉系统一次风无法调整，造成一次风风速各角不一，致使各角刚性不一，无法与二次风组成合理燃烧工况，屏式过热器结焦比较严重,尤其在大多数在吹灰器喷口处结焦较为严重等问题， 结焦对锅炉正常运行影响很大。.2 方案二 采用“GD-LY 防渣低 NO*双区燃烧技术燃烧器进展改造利用“GD-LY 防渣低 NO*双区燃烧技术改造后锅炉燃烧器参数见表 7。表 7 改造后锅炉燃烧器参数表名称风率比%28一次风70二次风2漏风1.1燃烧器配风箱1.2燃烧器组套套44.z-2燃烧器风门个个个个个个个个个个个个个个个个个个个个套2844444445644444444441642.1二级燃烬风门2.2一级燃烬风门2.3AA 二次风风门2.4AB 二次风风门2.5BB 二次风风门2.6CC 二次风风门2.7DD 二次风风门3燃烧器喷口3.1二级燃烬风喷口3.2一级燃烬风喷口3.3AA 二次风风喷口3.4AB 二次风风喷口3.5BB 二次风风喷口3.6CC 二次风风喷口3.7DD 二次风风喷口3.8A 层一次风风喷口3.9B 层一次风风喷口3.10C 层一次风风喷口3.11贴壁风喷口4燃烧器固定装置.z-5678一次风耐磨弯头二次风箱可调缩孔执行器表 9序号个套个套1241028单位TTTTT套m3T10 米2m310 米2m3m3100 米2m3千米吨数量备注8.56.802.501.751.70440.004.0060.0080.0050.0030.0040.000.7585.000.50.3名称 及 规 *1角区水冷壁管2输粉管道3输粉管支架4热二次风支吊架5二次风箱吊架7燃烧区域梯子平台8硅酸铝板材9高温胶10拉链网11保温砖1220mm 抹面灰13燃烧区高铝耐火水泥14硅酸铝保温材料敷设15火嘴区水冷壁白铁皮安装16风道及燃烧器固定装置保温普通钢管镀锌1壁厚173.25mm18角钢L45*45*52.22.2 改造前后节能情况改造前后节能情况改造前，由于原燃烧器的特点，锅炉运行时为了保证燃料的燃尽度必须大氧量运行，锅炉运行平均氧量为4.2%；改造后，锅炉运行氧量可以控制在3.0左右，由于氧量的降低，大大的降低了送风机的运行出力，使送风机电耗降低。同时由于锅炉正常运行时，必须保持合理的炉膛负压，随着氧量降.z-低，炉膛烟气量减少，必然要降低引风机的运行出力，也就降低了引风机电耗。因此燃烧器改造后，实现低氧量满负荷稳定运行和煤耗量降低，5 号炉送、引风机电耗降低，一年可节电 129.6*104KWh以年运行 6000h 计算 ，折合煤 458.8t根据辽化热电厂提供的煤耗 354g/KWh ，每年本机组可节约费用约 22.9 万元。改造后，在现燃烧情况下锅炉效率约提高1，由此每台炉一小时可节约标煤 0.41t，每吨标煤以500 元计算，以年运行6000h 计算，该炉一年可节约资金约 123 万元。根据 2004 年 1 月“国家计委、财政部、国家环保总局、国家经贸委 ?关于发布排污收费标准试行及有关问题的通知?的精神：氮氧化物收费由原来的每吨 200 元提高到每吨 700 元。现 5 号锅炉的氮氧化物年排放量为 2270.4t 左右，经过燃烧器改造后，氮氧化物年排放量为 1279.2t， 按照平均脱氮效率 40计算， 5 号锅炉氮氧化物年排放总量减少 991.2t，可少缴纳排污费约 69.3 万元。改造后由于锅炉结焦问题的缓解，排渣量明显减少，可使捞渣机等设备的运行时间减少、维护费用有所降低。同时减温水量较改造前有较大的降低，水耗大幅下降。5 号锅炉每年可节约运行费用约 22.9+123+69.3215.2 万元，折合标煤约 4303.2t以年运行 6000h 计算 。综上，每台炉每年共节约运行费用215.2 万元，所以利用“GD-LYLDR双区燃烧技术燃烧器替代原有燃烧器，不但可以保持锅炉运行的稳定性、平安性、经济性，实施清洁燃烧，还可以节约能源，减少运行费用。3 3施工轮廓进度施工轮廓进度施工进度安排如下：工程设计：4 个月.z-设备加工、采购：3 个月施工工期：2 个月4 4 投资估算及经济评价投资估算及经济评价4.14.1 投资估算投资估算编制依据.1 定额采用中华人民*国国家经济贸易委员会2002 年 15 号文颁发的?电力建立工程概算定额?。4.1.1.2 建筑、 安装工程人工费单价： 建筑工程 19.5 元/工日、 安装工程 21.00元/工日。工资性津贴补差执行原东北电力集团公司电建定字199617 号文，*地区工资性津贴补差1.36 元/工日。人工工日单价调整按中电联技经200274 号文?关于调整电力工程建立火电、 送变电工程定额人工工日单价的通知?，安装工程每工日增加 4 元、建筑工程每工日增加 3 元,以上调整局部按价差处理只取税金。.3 设备价格按询价计列。.4 取费标准执行国家开展方案委员会、国家经济贸易委员会、建立部 2001年颁发的计根底200126 号文关于?热电联产工程可行性研究技术规定?。投资概况本工程估算总投资为 920 万元, 其中：设备购置费 540 万元、安装工程费 240 万元、其他费用 142 万元、建立期贷款利息 8 万元。其他.1 工程贷款按静态投资的 35%, 贷款年利率为 5.508%。.2 根本预备费按 4.5%计列。4.24.2 经济评价经济评价编制原则及依据.1 经济评价依据中国石油天然气股份*石油技字2005226 号文颁发的?中国石油天然气股份*建立工程经济评价方法与参数?， 采用增量法进展经济评价，.z-以无工程年耗标煤量减去有工程年耗标煤量等于 4303t 作为增量收益，以新增固定资产折旧费和大修理费作为增量本钱。.2 经济评价中标煤价格按 500 元/t含税计列。资金筹措注册资本金占经济评价总投资的 65%, 其余全部为国内银行贷款， 年利率5.508%, 按季计息。投资使用方案本工程方案开工为2006年7月，2006年底竣工。资金流按2006年投入90，2007年投入10计算。经济评价指标计算通过现金流量的计算, 内部收益率全部投资12.96净现值 318 万元投资回收期 8.00 年。贷款归还计算贷款按 10 年归还锁定计算，能够满足贷款方的要求。结论根据以上分析，该工程各项主要经济评价指标全部投资均能够满足石油行业的要求，贷款在 10 年归还完毕能够满足贷款方的要求。5 5 结论结论本工程方案二用“GD-LYLDR双区燃烧技术燃烧器替换原有浓淡燃烧器进展改造，工程总投资为 920 万元。从技术和经济角度看工程实施的条件具备、方案可行。改造后会进一步提高锅炉运行效率，保持锅炉运行的稳定性、平安性、经济性，实施清洁燃烧，减少污染物排放，节省煤耗。有良好的经济性和社会环保效益。因此对 5 号锅炉的燃烧器改造是十分必要的。.z