水平濃縮風(fēng)煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)的設(shè)計

0風(fēng)送粉系統(tǒng)山東某高產(chǎn)dg70、13、7-8a焦粉鍋爐設(shè)計燃料為晉中貧煤。采用鋼球磨煤機、熱風(fēng)送粉系統(tǒng),四角切向燃燒。為提高煤粉燃燒器的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力,降低鍋爐NOx排放量,在對我國先進的煤粉燃燒器調(diào)研考證后,決定在勝利發(fā)電廠2號鍋爐燃燒器采用哈爾濱工業(yè)大學(xué)的專利技術(shù)——水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器,由北京國電龍高科環(huán)境工程技術(shù)有限公司承擔(dān)改造任務(wù)。1設(shè)備總結(jié)1.1共熱蒸汽蒸汽壓力過熱蒸汽流量670t/h;過熱蒸汽溫度540℃;過熱蒸汽壓力13.72MPa;再熱蒸汽流量588t/h;再熱蒸汽溫度540℃;再熱蒸汽壓力2.4MPa;給水溫度245℃;熱風(fēng)溫度340℃;排煙溫度153℃;鍋爐效率90.13%。1.2爐身燃燒布置爐膛截面尺寸為11920mm×10880mm,火焰在爐膛中心形成假想切圓,直徑為D736mm,燃燒器具體布置方式自上而下依次為:三、三、二、二、一、一、二、油二、二、一、一、二次風(fēng)。煤粉燃燒器設(shè)計及改后參數(shù)見表1。2燃料轉(zhuǎn)化措施電廠燃用煤質(zhì)均屬著火、燃燒性能較差的貧煤。根據(jù)電廠的煤質(zhì)特性與燃燒系統(tǒng)設(shè)計特點,在反復(fù)論證的前提下,提出如下改造內(nèi)容。2.1燃燒煤粉的設(shè)計方法(1)4層一次風(fēng)均改為水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器。一次風(fēng)的設(shè)計為從一次風(fēng)噴口至一次風(fēng)管與煤粉管道相連接的方圓節(jié)止。按電廠原有結(jié)構(gòu)尺寸,其中上3層燃燒器長度為2300mm,最下層燃燒器長度為3010mm。一次風(fēng)管與煤粉管道采用焊接連接,煤粉管道規(guī)格為D480mm×10mm。因此,此次燃燒器的改造設(shè)計不涉及煤粉管道部分。噴口由立隔板將氣流分為濃淡兩股,其中濃側(cè)裝有鈍體,鈍體與噴口為焊接連接。噴口和鈍體的材質(zhì)為耐熱耐磨鑄鋼。濃縮器為百葉窗式煤粉濃縮器,主要由葉片、濃縮器殼體組成。每個濃縮器內(nèi)裝有4只葉片。從濃縮器入口開始,第1級葉片為手動可調(diào)式葉片,葉片為耐磨鑄鋼,可調(diào)位置分3檔,分別為0°、15°和30°。該級葉片的設(shè)計角度為30°,如果在冷態(tài)試驗中發(fā)現(xiàn)濃淡兩側(cè)的風(fēng)速差別較大或濃縮器阻力過大,則可適當(dāng)調(diào)整該葉片的角度。另外3只葉片為固定葉片。改造后的燃燒器設(shè)計一次風(fēng)速為25m/s;側(cè)二次風(fēng)風(fēng)量一般不超過二次風(fēng)量的10%,側(cè)二次風(fēng)風(fēng)速為42.5m/s。側(cè)二次風(fēng)的好處在于可防止可能產(chǎn)生的燃燒器區(qū)嚴(yán)重結(jié)焦或高溫腐蝕。如果現(xiàn)有的二次風(fēng)風(fēng)量不夠用,可在燃燒調(diào)整中考慮,即可減少部分二次風(fēng)口的風(fēng)量。百葉窗煤粉濃縮器阻力小,且結(jié)構(gòu)簡單,易磨損的葉片采用耐磨材料,且易于更換。在改造現(xiàn)有鍋爐時,可用它取代部分一次風(fēng)管道,不改變?nèi)紵魍庑纬叽纭２糠秩~片做成可調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)葉片,可獲取良好的調(diào)節(jié)性能。根據(jù)需要,可控制濃淡兩側(cè)的煤粉濃度,也可控制兩股氣流的風(fēng)量。對于低揮發(fā)分燃料,可將濃側(cè)的煤粉濃度提高1倍。(2)安裝點火小油槍。在最下層一次風(fēng)口加穩(wěn)燃小油槍,主要方法是將小油槍經(jīng)一次風(fēng)管斜插入到噴口,油槍噴出的油霧應(yīng)與噴口出口的濃側(cè)一次風(fēng)氣流相混合,這樣油槍的穩(wěn)燃效果會更好,小油槍的出力在350kg/h左右。此外,為解決最下層大油槍燃燒不穩(wěn)定問題,在最下層大油槍前部設(shè)置葉片式穩(wěn)燃罩。(3)煤粉濃縮器的設(shè)計參數(shù)。水平濃淡風(fēng)煤粉濃縮器設(shè)計參數(shù):葉片數(shù)為4,濃縮比RC為4.5,濃淡風(fēng)比RQ為2/3,濃煤粉氣流濃度為0.85kg(煤粉)/kg(空氣),空截面風(fēng)速為20.5m/s,阻力損失為300Pa。煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)見圖1。(4)在一次風(fēng)噴口加裝溫度測點。在一次風(fēng)噴口加裝了一次風(fēng)壁溫測點,當(dāng)壁溫超出設(shè)定溫度時,運行人員會通過停粉通風(fēng)措施防止燒噴口。2.2縮比煤粉濃縮器的使用拆除原燃燒器中的一次風(fēng)噴口,改為水平濃淡風(fēng)燃燒器。本次改造采用由哈爾濱工業(yè)大學(xué)的專利技術(shù)——濃淡風(fēng)煤粉燃燒器(ZL96245179.7),其技術(shù)原理見圖2。在四角切向燃燒煤粉鍋爐中,通過安裝于煤粉燃燒器前一次風(fēng)送粉管道上的高濃縮比的煤粉濃縮器,把一次風(fēng)粉在水平方向上分成濃淡兩股煤粉氣流,濃煤粉氣流與淡煤粉氣流以一定的夾角噴入爐膛,其中一股為高濃度煤粉氣流,含一次風(fēng)粉中大部分煤粉,這股氣流位于向火側(cè),形成內(nèi)切圓;另一股的煤粉濃度很低,以空氣為主,位于背火側(cè),形成外切圓,且在背火側(cè)布置側(cè)二次風(fēng)的一種新型煤粉燃燒器。濃一次風(fēng)煤粉氣流在向火側(cè)的著火區(qū)域形成了高溫、高濃度區(qū)域,煤粉濃度的提高,可降低著火點的溫度,減少著火熱,火焰?zhèn)鞑ニ俣燃涌?有利于穩(wěn)燃。濃一次風(fēng)煤粉氣流著火后,淡一次風(fēng)煤粉氣流逐漸混入,符合隨燃燒進行供風(fēng)的原則,有利于煤粉燃盡。淡一次風(fēng)煤粉氣流和側(cè)二次風(fēng)在背火側(cè)噴入,在爐膛水冷壁附近形成氧化性氣氛和較低的溫度環(huán)境,可防止結(jié)渣。另外,由于濃淡兩股氣流偏離化學(xué)當(dāng)量比燃燒,因此有利于降低氮氧化物的生成。2.3燃料配置改造后的煤粉燃燒器見圖3。3冷態(tài)空氣動力學(xué)試驗的結(jié)果3.1自模化區(qū)的臨界雷諾數(shù)爐膛和燃燒器出口氣流進入自模化區(qū)。進入自模化區(qū)的臨界雷諾數(shù)為105。在自模化區(qū)范圍內(nèi),流體的流動狀態(tài)與雷諾數(shù)無關(guān)。冷態(tài)、熱態(tài)燃燒器出口各股射流的動量比相等。3.2穩(wěn)定逆向的旋轉(zhuǎn)體爐內(nèi)空氣動力場測定結(jié)果見圖4。由圖4可看出:爐膛中心不是無風(fēng)區(qū),而是有一個3.0～3.2m/s的弱風(fēng)區(qū)。在爐膛中心形成的一個長軸為8400mm、短軸為7800mm的強風(fēng)環(huán)。強風(fēng)環(huán)的最大速度為9.3～10.0m/s。從爐內(nèi)氣流的運動軌跡看,煤粉燃燒器出口氣流射流剛勁有力,在爐內(nèi)形成一個穩(wěn)定逆向的旋轉(zhuǎn)體,一次風(fēng)的流動方向沒有偏向水冷壁的現(xiàn)象。形成了一次風(fēng)被包圍在爐膛中央,使?fàn)t膛中央形成富燃料區(qū)域,而水冷壁周圍形成富空氣區(qū)域的旋轉(zhuǎn)體,大大減少了一次風(fēng)氣流沖刷水冷壁可能性,減少了鍋爐結(jié)焦的可能性。從總體來看,爐內(nèi)存在一個直徑較大、爐膛充滿度良好、質(zhì)點分布均勻、穩(wěn)定逆向的旋轉(zhuǎn)體。有沿爐膛壁面運動氣流,但無明顯沖刷壁面現(xiàn)象,微風(fēng)區(qū)不大,不易形成結(jié)焦。4燃燒風(fēng)煤粉對nox排放量的影響本次2號鍋爐做了改前試驗,在習(xí)慣運行工況下進行,得出鍋爐熱效率為90.06%,NOx排放量為1156mg/m3。采用水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器改造后,在同樣工況下運行,鍋爐熱效率達90.4%,NOx排放量為941.6mg/m3,比改前降低了18.5%,說明此燃燒器對降低NOx排放量有較大作用,在此基礎(chǔ)上,又做了燃燒調(diào)整,使NOx排放量進一步降低。實際燃用煤質(zhì)為晉中貧煤,燃料特性見表2。4.1倒塔配風(fēng)試驗試驗在195～205MW負(fù)荷下進行,爐膛出口氧量在2.8%左右,4個角側(cè)二次風(fēng)擋板開度為30%,二次風(fēng)的配風(fēng)方式見表3,試驗結(jié)果見圖5。試驗小組在做工況為倒塔配風(fēng)試驗時,曾將第7、8層二次風(fēng)擋板開度放在75%位置,第4層油配風(fēng)擋板開度放在40%位置,但NOx的排放量仍較高,為824.3mg/m3,(O2=6%,后面NOx排放量數(shù)據(jù)均為折到O2=6%),試驗小組決定加大倒塔配風(fēng)程度,7、8層二次風(fēng)擋板開度增加到80%,同時關(guān)小油槍配風(fēng),此時NOx排放量為766mg/m3,由此看出,配風(fēng)方式的改變對NOx的排放量影響較大,7、8層二次風(fēng)擋板開度增加了5%,NOx排放降低了7.02%。在爐膛出口氧量保持一定的情況下,改變二次風(fēng)配風(fēng)方式,即相對改變了某一范圍內(nèi)的粉量、風(fēng)量之比。對于倒寶塔配風(fēng)方式,提高了1、2層一次風(fēng)噴口區(qū)域的煤粉量/風(fēng)量之比,在這一區(qū)域就形成沿爐膛方向空氣的分級燃燒,可降低NOx生成量。配風(fēng)方式對固體未完全燃燒熱損失影響較小,習(xí)慣配風(fēng)方式時固體未完全燃燒熱損失最小,為1.33%,倒塔配風(fēng)時固體未完全燃燒熱損失最大,為1.87%。二次風(fēng)配風(fēng)方式對NOx排放量有較大影響,倒塔配風(fēng)方式可大幅度降低NOx排放量,NOx排放量降低幅度18.6%,而對固體未完全燃燒熱損失影響較小,固體未完全燃燒熱損失僅增加了0.54%。4.2入爐總氣量影響試驗在195～200MW負(fù)荷下進行,4個角側(cè)二次風(fēng)擋板開度為30%,二次風(fēng)配風(fēng)方式為倒寶塔配風(fēng)。試驗結(jié)果見圖6。由圖6可看出,在195～200MW負(fù)荷下,隨著入爐總風(fēng)量的增加,NOx排放量呈增加趨勢,轉(zhuǎn)向室中的煙氣氧量從2.5%增加到4.2%,NOx排放量由689.5mg/m3增加到757.3mg/m3。入爐總風(fēng)量增加時,煤粉燃燒器區(qū)域的供氧量增加,火焰溫度上升,熱力型NOx增加,同時,煤粉燃燒器區(qū)域氧濃度的增加也為燃料氮形成的中間產(chǎn)物與氮的反應(yīng)提供了可能性,燃料型NOx的生成量隨之增加。因此,總的結(jié)果是增加了NOx的生成量。隨著入爐總風(fēng)量增加,飛灰含碳量減少,固體未完全燃燒熱損失減少。當(dāng)轉(zhuǎn)向室氧量為3.6%時,固體未完全燃燒熱損失僅為1.9%,進一步降低轉(zhuǎn)向室氧量,固體未完全燃燒熱損失有一定增加,但考慮到NOx排放量,轉(zhuǎn)向室氧量可控制在2.8%左右,而固體未完全燃燒熱損失的增加量仍可控制在2.6%以內(nèi)。4.3次風(fēng)試驗結(jié)果試驗在195～205MW負(fù)荷下進行,爐膛出口氧量在2.8%左右,4個角側(cè)二次風(fēng)擋板開度為30%,二次風(fēng)的配風(fēng)方式為倒寶塔配風(fēng)方式。試驗結(jié)果見圖7;沿爐膛高度給粉機轉(zhuǎn)數(shù)見表4。由圖7可看出,改變沿爐膛高度給粉方式,即相對改變了某一范圍內(nèi)的粉量、風(fēng)量之比,與配風(fēng)方式的變化道理相同,正塔給粉和倒塔配風(fēng)的運行方式,更提高了1、2層一次風(fēng)噴口區(qū)域的煤粉量/風(fēng)量之比,更降低了NOx生成量。4.4鍋爐燃燒效果根據(jù)前述燃燒調(diào)整試驗結(jié)果,試驗組確定如下試驗工況為本次煤粉燃燒器改造后的額定負(fù)荷下熱效率及NOx排放量考核試驗工況:試驗在200MW負(fù)荷下進行,投運1套制粉系統(tǒng),4個角側(cè)二次風(fēng)擋板開度為30%,二次風(fēng)配風(fēng)方式為倒寶塔配風(fēng)方式,轉(zhuǎn)向室氧量為2.8%,給粉方式為正塔給粉方式。當(dāng)鍋爐出力在603t/h、電負(fù)荷為200MW時轉(zhuǎn)向室氧量為2.8%,空氣預(yù)熱器出口NOx排放量(折O2=6%)716.8mg/m3,排煙溫度為145.8℃,排煙熱損失為6.49%,固體未完全燃燒熱損失為1.89%,鍋爐熱效率達90.9%。勝利發(fā)電廠2號鍋爐采用水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器改造后,鍋爐各項參數(shù)運行穩(wěn)定。額定負(fù)荷下鍋爐熱效率達90.9%,NOx排放量為716.8mg/m3。4.5次風(fēng)投運方式低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒試驗時的煤質(zhì)為:Mt=6.4%、Aar=43.95%、Vdaf=17.36%、Qnet,ar=21032kJ/kg。投運1套制粉系統(tǒng)。低負(fù)荷試驗是從150MW負(fù)荷開始,降負(fù)荷幅度小于1.5%額定負(fù)荷/min,測定一次風(fēng)出口氣流溫度及爐膛火焰中心溫度,投粉的四角一次風(fēng)噴口氣流溫度為850～950℃,火焰中心溫度為1380～1450℃。降低上二排給粉機轉(zhuǎn)速,側(cè)邊風(fēng)擋板開度關(guān)小,約15%～20%。機組負(fù)荷降到330t/h時,給粉機投運方式為:1、2層給粉機全部投運,3層投運1號、3號,4層投運2號,投粉的一次風(fēng)噴口氣流溫度800～900℃,火焰中心溫度為1320～1380℃。機組負(fù)荷繼續(xù)降到300t/h時,投粉的四角一次風(fēng)噴口氣流溫度為700～750℃,火焰中心溫度為1200～1300℃。負(fù)荷降到300t/h時,電負(fù)荷為100MW,主蒸汽壓力為8.08MPa,主蒸汽溫度在535℃左右,再熱蒸汽溫度為489℃,排煙溫度為115℃。5運行方式對鍋爐環(huán)保性能的影響DG670/13.7-8A型鍋爐采用水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器改造后,煤粉燃燒器著火、燃燒穩(wěn)定,爐