600MW“W”型锅炉低氮燃烧技术改造

目前煤仍为中国能源发电的主力军, 而燃煤电厂的污染排放问题, 正受到政府的高度重视[1]。发达国家对污染排放有严格的要求, 且先进的脱硫、脱硝装置和低氮燃烧技术日臻完善[2]。而国内较早投运的锅炉低氮燃烧技术想对落后, NOx排放质量浓度普遍较高。增设锅炉尾部烟气脱硝装置 (SCR) 是降低NOx排放的有效措施, 但是该方法工作量大, 改造困难, 且成本较高[3]。而低氮燃烧器改造是一种经济、有效的减排方法[4]。因此, 低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。

1. 锅炉改造情况

1.1 设备概述

金竹山电厂#1锅炉是东方锅炉股份有限公司制造的DG2030/17.6-II3型亚临界参数、自然循环、一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、露天布置、全钢构架、全悬吊结构、“W”型火焰、“∏”型汽包锅炉。锅炉共配有6台双进双出磨煤机, 36个双旋风煤粉燃烧器;每台磨煤机带6只煤粉燃烧器。双旋风煤粉燃烧器错列布置在下炉膛的前后墙炉拱上, 前后墙各18只。

1.2 CEE低氮燃烧SOFA空气分级燃烧系统改造内容

“CEE低氮燃烧SOFA空气分级燃烧系统”改造在不改变锅炉其它设备及运行参数的前提条件下, 针对锅炉实际运行的煤质情况及所存在的问题, 对每个燃烧装置单元实施“CEE低氮燃烧SOFA空气分级燃烧系统”改造, 低氮燃烧改造总体设计图如图1所示。

此次锅炉燃烧系统改造工作主要包括如下几部分:

(1) A风门技术设计

将锅炉A风门对应的乏气 (管道、喷嘴) 拆除。在原乏气喷嘴的位置在保持原水冷壁开孔不变的情况下, 安装新设计的二次风喷嘴, 72个喷嘴, 将A风门改为电动调节, 增加电动执行机构36套。

(2) B风门技术设计

B风门对应拱上一次风燃烧器的周界风, 调节B风门的大小, 改变一次风燃烧器的周界风的风量, 满足设计配风要求。

(3) C风门技术设计

C风门对应油枪、点火枪、油火检的区域风量, 经喷嘴进入炉膛。调节C风门的大小, 改变油枪、点火枪、油火检的区域风量。

(4) D风门技术设计

取消拆除D风门及相应的风箱隔板。

(5) E风门技术设计

将现有的E风门更换, 风门长度由660mm增加到1300mm。拆除原E风门对应的风箱隔板, 和拆除后D风门的风箱合并成一个全新的分级风E风箱。每个燃烧器单元乏气风管从拱上引至拱下, 将每个单元引出的两股乏气合并成一股乏气送入炉膛, 原乏气风电动调节门保留使用, 乏气电动执行器采用原乏气电动执行机构。在分级风E的风箱内, 锅炉标高24345mm位置带周界风的乏气喷嘴, 乏气喷嘴下倾30°。密封装置表面未采取敷设耐火料的方式进行防烧损处理, 避免增加炉膛表面卫燃带的面积。

(6) F风门技术设计

F风门对应的二次风主要作用是补充燃尽所需的二次风, 增强煤粉的后期混合。同时有利于托起下冲的火焰。分级风F喷嘴布置在与之相对燃烧器的下部, 锅炉标高21690mm位置处, 喷嘴下倾20度。每台锅炉共有72个F风喷口, 前后墙各36个。对分级风F喷嘴位置的水冷壁管进行炉墙开孔改造。更换现有F风门, F风门长度由原来的2600mm减小至1300mm, 其余尺寸不变。

(7) SOFA分离式燃尽风技术设计

燃尽风道从风道顶板中引出 (风道接口处尺寸1200×800mm) 。在锅炉标高31400mm位置处增加SOFA分离式燃尽风喷嘴, 燃尽风喷口下倾30°。燃尽风量占总风量的20%, 每个单元燃尽风分2个喷嘴送入炉膛。对燃尽风喷嘴位置的水冷壁管进行炉墙开孔改造, 以便安装燃尽风喷嘴。增加燃尽风电动调节门。

2. 试验设计

锅炉热效率试验飞灰取样测点布置在尾部空预器出口水平烟道上, 该烟道还布置有飞灰固定取样装置;排烟温度及烟气成分分析测点布置在空预器出口烟道 (与飞灰仪器取样的测点相同) ;煤粉取样在磨煤机两端分离器出口的一次风粉管直段上;大渣取样在炉底捞渣船处;其它参数在控制室DCS画面上读取;为测量NOx含量, 还在空预器入口烟道设烟气成分测点。

在电厂常规运行方式、600MW负荷下进行了一次基本工况试验。煤质与正式试验煤质相同, 上煤方式也与后面的正式试验工况相同, 煤粉R90细度正常 (R90≤5%) , 炉膛出口平均氧量3.5-4.0%, 燃烬风处于关闭状态, 锅炉稳定运行。

在维持燃烧经济性与稳定性, 保证炉膛出口平均氧量在较低值 (初步为3.5-4.0%) , 过、再热器壁温不超限, 以及主、再热汽温可调节等前提下, 通过调整A、B、C、E、F、燃尽风以及乏气风挡板开度, 逐步实现燃料分级燃烧, 进行100%负荷下低氮燃烧调整试验, 并进行锅炉效率测试。在以上试验调整的基础上, 进行60%负荷下低氮燃烧调整试验以及锅炉效率试验。

3. 试验数据和结果分析

3.1 试验煤质和工况说明

根据试验安排, 在600MW和450MW高低两个负荷下, 进行了16个工况低氮调整试验以及锅炉效率测试 (具体见表5) 。调整思路:维持锅炉燃烧稳定, 飞灰含碳量不明显变化前提下, 通过调整A、B、C、E、F、燃尽风以及乏气风挡板开度, 逐步实现分级燃烧, 降低炉膛出口NOx排放量。

试验煤质:配煤方式一:#1磨上晋城煤, #2, #5磨上本地煤/云贵煤1:1, #3, #4, #6磨上本地煤;配煤方式二:#1磨上本地煤, #2, #5磨上本地煤/云贵煤1:1, #3, #4, #6磨上本地煤。试验过程中煤质较稳定 (低位发热量Qnet, ar为16.44-17.37 MJ/kg, 平均空干基挥发份Vad在8.0-9.5%之间) , 各指标符合考核用煤质要求。

3.2 改造后NOx排放浓度变化

通过低氮燃烧调整试验, 摸清了A、B、C、E、F、燃尽风以及乏气风挡板开度对NOx控制效果 (具体调整方案见附件2) , NOx排放浓度见表1。

(1) 低氮燃烧调整前

在试验煤质且习惯配风方式下, 满负荷 (600MW) 炉膛出口实测NOx浓度为1450-1500 mg/m3;

(2) 低氮燃烧调整后

在试验煤质下, 满负荷 (600MW) 炉膛出口NOx浓度可调节到900mg/m3以下, 最低可达到680mg/m3;

在试验煤质下, 低负荷 (440MW) 炉膛出口NOx浓度为648 mg/m3, 最低可达到440mg/m3。

3.3 改造后锅炉效率变化

改造后锅炉效率、折算到设计煤质下的锅炉效率见表2, 试验结果表明:

燃烧系统、二次风系统改造后, 在550M至满负荷600MW时锅炉效率为90.03%-91.05%, 折算到设计煤质下的锅炉效率为91.43%-92.20%;

燃烧系统、二次风系统改造后, 低负荷 (440MW) 时锅炉效率为89.80%-90.16%, 折算到设计煤质下的锅炉效率为91.25%-91.50%。

3.4 燃烧调整过程中CO浓度

调整过程中CO浓度始终维持在低水平 (低于100ppm) , 具体数据见表3所示。试验结果表明:

燃烧系统、二次风系统改造后, 550MW至满负荷600MW时CO平均值为31ppm, 峰值为96ppm;

燃烧系统、二次风系统改造后, 低负荷 (440MW) 时CO维持在低水平, 不足10ppm。

3.5 改造后燃烧调整对减温水量, 主、再热汽温影响

随着低氮燃烧调整的深入, 减温水量明显降低, 甚至当减温水量减至0时, 主、再热汽温仍然难以保证。因此建议低氮燃烧调整时, 减温水量维持在30-50t/h, 为保持与调节主、再热汽温留出空间, 同时满足煤质变化、负荷波动带来的影响, 具体数据见表4所示:

燃烧系统、二次风系统改造后, 550MW至满负荷600MW时主汽温均值为535℃, 再热汽温均值为532℃;

燃烧系统、二次风系统改造后, 低负荷 (440MW) 时主汽温均值为537℃, 再热汽温均值为527℃。

4. 结论

根据试验安排, 在机组600MW和450MW高低两个负荷, 并在考核煤质前提下 (低位发热量为16.44-17.37 MJ/kg, 平均空干基挥发份为8.0-9.5%) 进行了低氮燃烧调整试验。在维持锅炉燃烧稳定、保证燃烧经济性前提下, 通过调整A、B、C、E、F、燃尽风以及乏气风挡板开度, 逐步实现分级燃烧, 降低炉膛出口NOx排放浓度, 得到如下结论:

(1) 低氮燃烧调整前:在试验煤质且习惯配风方式下, 满负荷 (600MW) 炉膛出口NOx浓度为1450-1500 mg/m3;低氮燃烧调整后:在试验煤质下, 满负荷 (600MW) 炉膛出口NOx浓度可达到900mg/m3以下, 最低可达到680mg/m3;在试验煤质下, 低负荷 (440MW) 炉膛出口NOx浓度为648 mg/m3, 最低可达到440mg/m3;

(2) 燃烧系统、二次风系统改造后, 550MW至满负荷600MW时锅炉效率为90.03%-91.05%, 折算到设计煤质下的锅炉效率为91.43%-92.20%;燃烧系统、二次风系统改造后, 低负荷 (440MW) 时锅炉效率为89.80%-90.16%, 折算到设计煤质下的锅炉效率为91.25%-91.50%;

(3) 调整过程中CO浓度始终维持在低水平 (低于100ppm) 。燃烧系统、二次风系统改造后, 550MW至满负荷600MW时CO平均值为31ppm, 峰值为96ppm;燃烧系统、二次风系统改造后, 低负荷 (440MW) 时CO维持在低水平, 不足10ppm;

(4) 随着低氮燃烧调整的深入, 减温水量明显降低, 甚至当减温水量减至0时, 主、再热汽温仍然难以保证, 因此, 在低氮燃烧调整时, 减温水量维持应维持在30~50t/h, 为保持与调节主、再热汽温留出空间, 同时满足煤质变化、负荷波动带来的影响;

(5) 燃烧系统、二次风系统改造后, 550MW至满负荷600MW时主汽温均值为535℃, 再热汽温均值为532℃;燃烧系统、二次风系统改造后, 低负荷 (440MW) 时主汽温均值为537℃, 再热汽温均值为52℃。

摘要：针对600MW“W”型燃烧锅炉NOx排放质量浓度过高的问题, 进行了低氮燃烧改造。通过对A、B、C、D、E、F风门档板相应的设计, 采用SOFA分离式燃尽风技术。在不同的工况下的试验结果表明, NOx炉膛出口排放质量浓度最低可降低至440mg/m3左右, 摸清了A、B、C、E、F、燃尽风以及乏气风挡板开度对NOx控制效果。

关键词：“W”型锅炉,低氮燃烧改造,空气分级,燃尽风

参考文献

[1] 褚玥, 庄烨, 刘科伟, 松鹏, 张东辉, 杨建辉.火电NOx“超低排放”技术探索与展望[J].环境影响评价, 2015, 04:22-25+82.

[2] MATSUMOTO K, DOMOTO K, FUJIMURA K, et al.Development of Ultra-low NOx Coal-firing Burner[J].Mitsubishi Heavy Industries Technical Review, 2013, 50 (3) :11.

[3] 王临清, 朱法华, 赵秀勇.燃煤电厂超低排放的减排潜力及其PM_ (2.5) 环境效益[J].中国电力, 2014, 11:150-154.

[4] 禹庆明, 张波, 朱宪然, 王巨川.低氮燃烧器改造及运行调整方法探讨[J].华北电力技术, 2012, 07:35-38.