华润登封2×300MW 机组低氮燃烧器改造及其对锅炉运行的影响.pdf

全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 591 华润登封 2300MW 机组低氮燃烧器改造 及其对锅炉运行的影响 马成海 贾晓华 （华润电力登封有限公司 河南 登封 452473） 【摘 要】华润电力登封有限公司对东锅厂设计的两台四角切圆燃烧锅炉进行了以降低氮氧化物排放为目标 的改造。通过更换新型低氮燃烧器和增加燃烬风(OFA)喷口，在前期论证、招标、实施、改造后调试等过程中认真组 织、把关，改造后氮氧化物排放降低了 5O% ，锅炉稳燃性能和结焦情况良好，汽温略有下降、炉渣含碳量增加等原 因造成锅炉效率略有降低。 【关键词】燃烧器 低氮 1 公司概述 华润电力登封有限公司一期工程装机容量 2300MW，一期未考虑脱硝系统。一期工程安装 2 台 300MW 国产燃煤发电机组，两台机组分别于 2004 年 7 月和 9 月投产发电。锅炉为亚临界压力、四角 切圆燃烧，自然循环汽包炉，单炉膛，一次中间再热，平衡通风，固态排渣，全钢架悬吊结构， “” 型半露天岛式布置。锅炉以 B-ECR 工况为设计参数，机组电负荷为 300MW 时，锅炉额定蒸发量为 900t/h。在机组电负荷为 330MW 的情况下，锅炉最大连续蒸发量为 1025t/h。制造厂家：东方锅炉 厂。锅炉型号：DG1025/18.212。锅炉主要技术参数见表 1。 表 1 锅炉主要技术参数表 序号 项 目 名 称 单 位 BMCR 工况 ECR 工况 1 主蒸汽流量 t/h 1025 900 2 主蒸汽压力 MPa.g 17.35 17.17 3 主蒸汽温度 540 540 4 汽包工作压力 MPa.g 18.72 18.26 5 再热蒸汽流量 t/h 844.1 747.2 6 再热器进口蒸汽压力 MPa.g 3.80 3.35 7 再热器出口蒸汽压力 MPa.g 3.62 3.21 8 再热器进口蒸汽温度 327 314 9 再热器出口蒸汽温度 540 540 10 给水温度 280 271 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 592 序号 项 目 名 称 单 位 BMCR 工况 ECR 工况 11 空予器进口风温 20 20 12 空予器出口一次风温 335 335 13 空予器出口二次风温 347 346 14 排烟温度(修正后) 125 123 15 省煤器出口过剩空气系数 1.25 1.25 16 锅炉热效率 % 92.69 92.81 1.1 锅炉燃烧设备 锅炉炉膛四周为全焊式膜式水冷壁，炉膛宽 12801.6mm，深 12801.6mm。整个炉膛四周由 648 根 63.57.5(SA-210C)水冷壁管组成，管子节距 76.2mm，其中前后墙各 167 根，两侧墙各 157 根。 水冷壁管与 4 根集中下水管(558.855，SA-106C)，80 根引入管(15918，20G)，104 根引出 管(15918，20G)组成 24 个循环回路。 锅炉炉膛采用四角布置、切向燃烧、固定直流式煤粉燃烧器，假想切圆直径为790mm。每角燃 烧器共布置 15 层喷口，包括五层一次风喷口（其中 B 层为小油枪燃烧器） 、七层二次风喷口(其中二 层布置有大油枪燃油装置)，两层三次风喷口、一层顶二次风(OFA 风)喷口。所有一次风均采用百叶 窗式水平浓淡燃烧器。顶二次风喷口方向反切 15，有利于消除烟气残余旋转，减小两侧烟气偏差。 大油枪燃油装置由二层布置在二次风喷口中的 8 只简单机械雾化油枪组件组成，供锅炉点火和低负 荷稳燃用，12 只油枪总出力为 30%BMCR。 燃烧器所配制粉系统形式为钢球磨中间储仓制热风送粉系统，每台炉配套 4 台沈阳重型机械集 团有限责任公司生产的 MTZ3560 型磨煤机，煤粉细度 R90=10，对应两个煤粉仓。一次冷风经冷一 次风机升压后在进入空预器之前分成两路，一路经过空预器被加热后与另一路冷风混合调温，混合 后热风输送煤粉进入燃烧器。二次冷风经送风机升压后进入三分仓空气预热器，经空气预热器加热 后的热二次风分两路：一路进入锅炉的二次风大风箱，另一路作为干燥热风进入磨煤机干燥原煤。 燃烧器与角部水冷壁之间采用高强螺栓法兰连接，随水冷壁一起自由膨胀。在螺栓连接法兰的 外侧，燃烧器和水冷壁之间还有带波形膨胀节的密封件，以保证连接处的密封性。通过固定装置的 角部连接板将燃烧器与前后墙的刚性梁连为一体。 燃烧器平面布置见图 1，燃烧器立面布置见图 2： 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 593 图 1 燃烧器平面布置图 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 594 图 2 燃烧器立面布置图 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 595 1.2 锅炉设计煤质 本工程设计采用目前实际燃用煤种，煤种属于中低热值、中挥发分、高灰分、中等全水分、 低硫分贫煤。燃煤主要成分与特性见下表。 表 2 煤质资料表 数 值 序号 项 目 符 号 单 位 设计煤种 校核煤种 1 工业分析 全水份 Mt % 5.3 7.1 空气干燥基水份 Mad % 0.94 0.48 收到基灰份 Aar % 37.97 45 干燥无灰基挥发份 Vdaf % 19.28 17 收到基低位发热量 Qnet.ar kJ/kg 18498 15080 2 元素分析 收到基碳成份 Car % 48.87 42.15 收到基氢成份 Har % 2.5 3.3 收到基氧成份 Oar % 4.20 5.01 收到基氮成份 Nar % 0.74 1.1 收到基硫成份 St.ar % 0.42 0.62 3 可磨系数 HGI 113 102 4 灰熔融性 灰变形温度 DT 1400 1400 灰软化温度 ST 1500 1500 灰熔化温度 FT 1500 1500 2 项目背景 目前我国 NOx污染愈加严重， 国家的环保法规对电站锅炉 NOx 排放量的限制越来越严格， 降低电 厂 NOx的排放量在 100 mg/Nm3 以下，降低电厂 NOx 的排放量势在必行。我司#1、2 炉投产以来，脱 硫出口氮氧化物在高负荷时最大能达到 9001000mg/Nm 3（在 250 MW 负荷下尾部实测 NOx 浓度在 1073/1055 mg/m 3，在 287 MW 负荷下尾部实测 NOx 浓度在 1022/1021 mg/m3） ，氮氧化物排放严重超 标。因此结合机组检修，对锅炉燃烧器进行改造是必要的。 3 项目实施 3.1 根据研究结果和锅炉实际运行情况，确定我司燃烧器整体布置基本合理，但燃烧配风组织上存 在一定缺陷。 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 596 1）燃烧器结构型式欠妥，一次风与二次风混和过早，不利于抑制 NOx 生成； 2）虽然进行了全炉膛分级燃烧，但燃烬风率偏小，炉内空气分级燃烧效果不明显，无法起到大 幅降低 NOx 的目的。 经过充分调研、论证，最终采用北京国电龙高科低氮燃烧器技术进行改造，具体改造方案如下： （1）一次风及煤粉浓缩器： 采用经过优化的煤粉百叶窗浓缩器，保证低的流动阻力，均匀的气流分配，高的煤粉浓缩比， 采用耐磨铸钢结构，保持耐久的抗磨损能力，在易磨损部位内衬高珞铸铁耐磨材料。煤粉浓缩器总 长较短，能够满足现场安装布置的要求。根据现有燃用煤质的情况，对煤粉浓缩器进行优化设计， 达到最佳着火、燃烬和低 NOx 排放特性。 表 3 百叶窗式煤粉燃烧器设计参数表 浓缩器叶片数 4 浓缩器空截面风速 m/s 24.5 浓缩器浓淡风比 1.01.1 浓缩器浓缩率 2.53 浓缩器阻力系数 3.0 浓缩器阻力 Pa 500 喷口周围布置有冷却周界风，以便对停运喷口进行冷却，一次风喷口采用扩口结构，推迟一次 风和周界风之间的混合，浓淡一次风之间保留垂直隔板，推迟浓淡一次风之间的混合。周界风喷口 偏置具有减少炉膛水冷壁结渣和防止高温腐蚀的作用。 （2）微量油燃烧器： 针对锅炉特点和燃料燃烧特性，将 B 层四只燃烧器改为新一代微量油直接点火水平浓淡风煤粉 燃烧器，作为锅炉点火燃烧器和主燃烧器使用，可满足锅炉启、停的要求。 （3）三次风风管的改造和移动： 对上层 GG 层三次风进行改造，将其分成上下两组，替换原 DF 层、EF 层二次风，分别设于 DF 层、EF 层风室中，原二次风改为三次风喷口的周界风，将 DE 层大油枪系统下移至 DD 层。FF 层三次 风维持不变，并采用喷口摆动结构。 （4）主燃烧器喷口摆动： 主燃烧器采用一次风、二次风单独更换的方式，一次风后部与风箱焊接在一起。从 C 层以上一、 二和移动的三次风可以上下摆动20，未移动三次风喷口可单独摆动，上下可摆动15，增加 一次风、二次风摆动连接结构，通过销轴与风箱连接，摆杆轴和摆杆连接，保持喷口可正常摆动 （5）燃烬风及其风道设计： 燃烬风喷口分四层布置，采用垂直水平摆动喷口及风箱结构，垂直摆动15，水平摆动10。 在保证改造后低 NOx 排放性能，并根据水冷壁弯管半径和水冷壁钢性梁位置等工艺要求，将五层燃 烬风喷口中心标高分别确定为 32530mm，34420mm，燃烬风风箱直接由热二次风风道引出；在综合考 虑燃烬风喷口水平及垂直摆动的要求后，对燃烬风风道形式进行了确定；采用恒力弹簧吊架对燃烬 风进行吊挂。 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 597 3.2 项目实施过程 #2 机组于 2013 年 4 月 2 日6 月 5 日 203B 检修期间，#1 机组于 2013 年 8 月 27 日10 月 20 日 103B 检修期间，分别进行了低氮燃烧器改造。 改造后的燃烧器立面布置图见图 3。 图 3 燃烧器立面布置图 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 598 4 效果验证 (1) 锅炉稳燃性能良好，无明显结焦 a、 做最低不投油稳燃负荷试验，在燃用表 2 煤质、煤粉细度为：R90=10-14%时，锅炉最低不 投油稳燃负荷140MW； b 、#1、2 炉燃烧波动助燃油量由改造前的 0.50.9t/月下降至 0.05t/月，也从一个方面验证 了锅炉稳燃性能较好。 c 、#1、2 炉改造后在燃烧器喷口和炉膛看火孔处观察，锅炉基本不结焦。改造前#1 炉经常结 焦、 掉焦， 改造后仅 12 月 8 日#1 炉炉膛吹灰时掉焦一次。（#1 炉水冷壁受热面布置有约 40m 2卫燃带） (2) 降 NOX效果基本满足合同要求 华润电力登封有限公司 2 号机组锅炉 B 级检修后的锅炉及空气预热器的主要性能试验报告数据 显示， 300MW、 270MW、 240MW、 180MW 的 NOx （6%O2） 排放浓度分别是 444mg/m3、 463 mg/m3、 494 mg/m3、 464 mg/m3。 （#1 炉低氮燃烧器改造后性能试验尚未进行） (3) 飞灰、炉渣情况：飞灰含碳量略有增加、炉渣含碳量增加较多 #1、2 炉飞灰含碳量改造前 1.0%左右，改造后 1.4%1.7%左右，均1.8%，满足技术协议要求； #1、2 炉渣含碳量改造前 2.0%左右，改造后增加较多，在 4%7.7%之间。 针对#1、2 炉燃烧器改造后炉渣含碳量较大的情况，我们与燃烧器厂家人员进行了调整试验。 试验主要通过改变锅炉配风（开大下层二次风挡板）来观察飞灰、炉渣含碳量和脱硝入口氮氧化物 变化情况，从而在保证脱硝入口氮氧化物不升高的情况下降低炉渣含碳量。试验后锅炉炉渣含碳量 略有降低，目前基本稳定在 4%6%之间，仍超出了设计值（3%） 。 (4) 锅炉效率略有下降 华润电力登封有限公司 2 号机组锅炉 B 级检修后的锅炉及空气预热器的主要性能试验报告数据 显示，300MW、270MW、240MW、180MW 的的锅炉热效率分别为 91.62%、91.59%、90.64%、91.94%。灰 渣含碳量高是锅炉效率降低的主要原因。 （#1 炉低氮燃烧器改造后性能试验尚未进行） (5) 汽温、减温水、排烟温度 表 4 锅炉热效率计算主要结果汇总表 序号 名 称 符 号单 位 工况一 工况二 工况三 工况四 电负荷 MW 300 270 240 180 主蒸汽压力 pa 16.25 15.37 15.07 10.86 主蒸汽温度 534.73 532.6 534.93 536.07 再热蒸汽温度 532.78 531.16 534.14 527.30 主蒸汽减温水 t/h 8.05 4.29 5.42 5.78 运行参数 再热汽减温水 t/h 0 0 0 0 全国火电 300MW 级机组能效对标及竞赛第四十三届年会论文集 化学环保 599 省煤器出口烟温度 341.765 334.51 327.1 308.97 排烟温度 py 134.88 134.16 136.62 126.62 修正后排烟温度 xz py 129.09 129.76 133.58 126.25 改造前，炉侧主、再热汽温月度平均值基本在 537539，改造后锅炉主、再热蒸汽温度均略 有下降。 （性能试验时基本在 534536，后期经过调整平均值基本在 535537） 改造前#1 炉排烟温度夏季最高达到 155，#2 炉排烟温度夏季最高达到 165，改造后排烟温 度降低较多，因#1、2 炉检修时均同时进行了空预器改造，故排烟温度降低不完全是低氮燃烧器改 造造成。 (6) 锅炉两侧烟温偏差略有减小 改造前炉膛出口烟温差在高负荷时最大可达到 6090， 改造后炉膛出口烟温差基本在 4070 之间，较改造前略有减小。 (7) 其他问题 a 改造后燃烬风量增加，锅炉氧量保持较小，制粉系统热风量不足，制粉系统出力略有下降。 b 11 月底在环境温度接近 0、负荷较低（190MW） 、单台制粉系统运行时，脱硝入口烟温偶 尔低于 320。经过调整火焰中心位置、制粉系统运行方式、机组负荷，脱硝入口烟温基本可维持 在 320以上。 5 经验总结 华润电力登封有限公司采用北京国电龙高科的低氮燃烧技术对锅炉燃烧系统进行了改造，改造 后氮氧化物排放浓度达到了目前火电厂大气污染排放标准的要求。 通过对改造后的燃烧系统进行了调整和优化，达到了在降低氮氧化物排放浓度的同时，遏制飞 灰含碳量增加和防止锅炉结渣的综合效果。 锅炉的氮氧化物排放浓度和飞灰含碳量受投运燃烧器组合方式、氧量的影响较大，应采取较优 的燃烧器投运方式。 作者简介： 马成海，助理工程师， 发电部锅炉运行。 工作单位：华润电力登封有限公司。 单位地址：河南省登封市华润电力工业园区。 邮编：452473。