水平濃縮風煤粉鍋爐燃燒系統的設計

0風送粉系統山東某高產dg70、13、7-8a焦粉鍋爐設計燃料為晉中貧煤。采用鋼球磨煤機、熱風送粉系統,四角切向燃燒。為提高煤粉燃燒器的低負荷穩燃能力,降低鍋爐NOx排放量,在對我國先進的煤粉燃燒器調研考證后,決定在勝利發電廠2號鍋爐燃燒器采用哈爾濱工業大學的專利技術——水平濃淡風煤粉燃燒器,由北京國電龍高科環境工程技術有限公司承擔改造任務。1設備總結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。煤粉燃燒器設計及改后參數見表1。2燃料轉化措施電廠燃用煤質均屬著火、燃燒性能較差的貧煤。根據電廠的煤質特性與燃燒系統設計特點,在反復論證的前提下,提出如下改造內容。2.1燃燒煤粉的設計方法(1)4層一次風均改為水平濃淡風煤粉燃燒器。一次風的設計為從一次風噴口至一次風管與煤粉管道相連接的方圓節止。按電廠原有結構尺寸,其中上3層燃燒器長度為2300mm,最下層燃燒器長度為3010mm。一次風管與煤粉管道采用焊接連接,煤粉管道規格為D480mm×10mm。因此,此次燃燒器的改造設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,其中濃側裝有鈍體,鈍體與噴口為焊接連接。噴口和鈍體的材質為耐熱耐磨鑄鋼。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。每個濃縮器內裝有4只葉片。從濃縮器入口開始,第1級葉片為手動可調式葉片,葉片為耐磨鑄鋼,可調位置分3檔,分別為0°、15°和30°。該級葉片的設計角度為30°,如果在冷態試驗中發現濃淡兩側的風速差別較大或濃縮器阻力過大,則可適當調整該葉片的角度。另外3只葉片為固定葉片。改造后的燃燒器設計一次風速為25m/s;側二次風風量一般不超過二次風量的10%,側二次風風速為42.5m/s。側二次風的好處在于可防止可能產生的燃燒器區嚴重結焦或高溫腐蝕。如果現有的二次風風量不夠用,可在燃燒調整中考慮,即可減少部分二次風口的風量。百葉窗煤粉濃縮器阻力小,且結構簡單,易磨損的葉片采用耐磨材料,且易于更換。在改造現有鍋爐時,可用它取代部分一次風管道,不改變燃燒器外形尺寸。部分葉片做成可調節的旋轉葉片,可獲取良好的調節性能。根據需要,可控制濃淡兩側的煤粉濃度,也可控制兩股氣流的風量。對于低揮發分燃料,可將濃側的煤粉濃度提高1倍。(2)安裝點火小油槍。在最下層一次風口加穩燃小油槍,主要方法是將小油槍經一次風管斜插入到噴口,油槍噴出的油霧應與噴口出口的濃側一次風氣流相混合,這樣油槍的穩燃效果會更好,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定問題,在最下層大油槍前部設置葉片式穩燃罩。(3)煤粉濃縮器的設計參數。水平濃淡風煤粉濃縮器設計參數:葉片數為4,濃縮比RC為4.5,濃淡風比RQ為2/3,濃煤粉氣流濃度為0.85kg(煤粉)/kg(空氣),空截面風速為20.5m/s,阻力損失為300Pa。煤粉燃燒器結構見圖1。(4)在一次風噴口加裝溫度測點。在一次風噴口加裝了一次風壁溫測點,當壁溫超出設定溫度時,運行人員會通過停粉通風措施防止燒噴口。2.2縮比煤粉濃縮器的使用拆除原燃燒器中的一次風噴口,改為水平濃淡風燃燒器。本次改造采用由哈爾濱工業大學的專利技術——濃淡風煤粉燃燒器(ZL96245179.7),其技術原理見圖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送粉管道上的高濃縮比的煤粉濃縮器,把一次風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,含一次風粉中大部分煤粉,這股氣流位于向火側,形成內切圓;另一股的煤粉濃度很低,以空氣為主,位于背火側,形成外切圓,且在背火側布置側二次風的一種新型煤粉燃燒器。濃一次風煤粉氣流在向火側的著火區域形成了高溫、高濃度區域,煤粉濃度的提高,可降低著火點的溫度,減少著火熱,火焰傳播速度加快,有利于穩燃。濃一次風煤粉氣流著火后,淡一次風煤粉氣流逐漸混入,符合隨燃燒進行供風的原則,有利于煤粉燃盡。淡一次風煤粉氣流和側二次風在背火側噴入,在爐膛水冷壁附近形成氧化性氣氛和較低的溫度環境,可防止結渣。另外,由于濃淡兩股氣流偏離化學當量比燃燒,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冷態空氣動力學試驗的結果3.1自模化區的臨界雷諾數爐膛和燃燒器出口氣流進入自模化區。進入自模化區的臨界雷諾數為105。在自模化區范圍內,流體的流動狀態與雷諾數無關。冷態、熱態燃燒器出口各股射流的動量比相等。3.2穩定逆向的旋轉體爐內空氣動力場測定結果見圖4。由圖4可看出:爐膛中心不是無風區,而是有一個3.0～3.2m/s的弱風區。在爐膛中心形成的一個長軸為8400mm、短軸為7800mm的強風環。強風環的最大速度為9.3～10.0m/s。從爐內氣流的運動軌跡看,煤粉燃燒器出口氣流射流剛勁有力,在爐內形成一個穩定逆向的旋轉體,一次風的流動方向沒有偏向水冷壁的現象。形成了一次風被包圍在爐膛中央,使爐膛中央形成富燃料區域,而水冷壁周圍形成富空氣區域的旋轉體,大大減少了一次風氣流沖刷水冷壁可能性,減少了鍋爐結焦的可能性。從總體來看,爐內存在一個直徑較大、爐膛充滿度良好、質點分布均勻、穩定逆向的旋轉體。有沿爐膛壁面運動氣流,但無明顯沖刷壁面現象,微風區不大,不易形成結焦。4燃燒風煤粉對nox排放量的影響本次2號鍋爐做了改前試驗,在習慣運行工況下進行,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,在此基礎上,又做了燃燒調整,使NOx排放量進一步降低。實際燃用煤質為晉中貧煤,燃料特性見表2。4.1倒塔配風試驗試驗在195～205MW負荷下進行,爐膛出口氧量在2.8%左右,4個角側二次風擋板開度為30%,二次風的配風方式見表3,試驗結果見圖5。試驗小組在做工況為倒塔配風試驗時,曾將第7、8層二次風擋板開度放在75%位置,第4層油配風擋板開度放在40%位置,但NOx的排放量仍較高,為824.3mg/m3,(O2=6%,后面NOx排放量數據均為折到O2=6%),試驗小組決定加大倒塔配風程度,7、8層二次風擋板開度增加到80%,同時關小油槍配風,此時NOx排放量為766mg/m3,由此看出,配風方式的改變對NOx的排放量影響較大,7、8層二次風擋板開度增加了5%,NOx排放降低了7.02%。在爐膛出口氧量保持一定的情況下,改變二次風配風方式,即相對改變了某一范圍內的粉量、風量之比。對于倒寶塔配風方式,提高了1、2層一次風噴口區域的煤粉量/風量之比,在這一區域就形成沿爐膛方向空氣的分級燃燒,可降低NOx生成量。配風方式對固體未完全燃燒熱損失影響較小,習慣配風方式時固體未完全燃燒熱損失最小,為1.33%,倒塔配風時固體未完全燃燒熱損失最大,為1.87%。二次風配風方式對NOx排放量有較大影響,倒塔配風方式可大幅度降低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負荷下進行,4個角側二次風擋板開度為30%,二次風配風方式為倒寶塔配風。試驗結果見圖6。由圖6可看出,在195～200MW負荷下,隨著入爐總風量的增加,NOx排放量呈增加趨勢,轉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。入爐總風量增加時,煤粉燃燒器區域的供氧量增加,火焰溫度上升,熱力型NOx增加,同時,煤粉燃燒器區域氧濃度的增加也為燃料氮形成的中間產物與氮的反應提供了可能性,燃料型NOx的生成量隨之增加。因此,總的結果是增加了NOx的生成量。隨著入爐總風量增加,飛灰含碳量減少,固體未完全燃燒熱損失減少。當轉向室氧量為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。4.3次風試驗結果試驗在195～205MW負荷下進行,爐膛出口氧量在2.8%左右,4個角側二次風擋板開度為30%,二次風的配風方式為倒寶塔配風方式。試驗結果見圖7;沿爐膛高度給粉機轉數見表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的粉量、風量之比,與配風方式的變化道理相同,正塔給粉和倒塔配風的運行方式,更提高了1、2層一次風噴口區域的煤粉量/風量之比,更降低了NOx生成量。4.4鍋爐燃燒效果根據前述燃燒調整試驗結果,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荷下熱效率及NOx排放量考核試驗工況:試驗在200MW負荷下進行,投運1套制粉系統,4個角側二次風擋板開度為30%,二次風配風方式為倒寶塔配風方式,轉向室氧量為2.8%,給粉方式為正塔給粉方式。當鍋爐出力在603t/h、電負荷為200MW時轉向室氧量為2.8%,空氣預熱器出口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%。勝利發電廠2號鍋爐采用水平濃淡風煤粉燃燒器改造后,鍋爐各項參數運行穩定。額定負荷下鍋爐熱效率達90.9%,NOx排放量為716.8mg/m3。4.5次風投運方式低負荷穩定燃燒試驗時的煤質為:Mt=6.4%、Aar=43.95%、Vdaf=17.36%、Qnet,ar=21032kJ/kg。投運1套制粉系統。低負荷試驗是從150MW負荷開始,降負荷幅度小于1.5%額定負荷/min,測定一次風出口氣流溫度及爐膛火焰中心溫度,投粉的四角一次風噴口氣流溫度為850～950℃,火焰中心溫度為1380～1450℃。降低上二排給粉機轉速,側邊風擋板開度關小,約15%～20%。機組負荷降到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,投粉的一次風噴口氣流溫度800～900℃,火焰中心溫度為1320～1380℃。機組負荷繼續降到300t/h時,投粉的四角一次風噴口氣流溫度為700～750℃,火焰中心溫度為1200～1300℃。負荷降到300t/h時,電負荷為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運行方式對鍋爐環保性能的影響DG670/13.7-8A型鍋爐采用水平濃淡風煤粉燃燒器改造后,煤粉燃燒器著火、燃燒穩定,爐