锅炉防结焦降低NOx燃烧器技术优化调整

第 22卷第 3期 电 站 系 统 工 程 Vol.22 No.3 2006年 5月 Power System Engineering May, 2006 文章编号 1005-006X(2006)03-0043-03 300 MW机组锅炉防结焦降低 NOx燃烧器技术优化调整 Optimal Regulation of Low-NOx Burner for 300MW Boiler 暴庆民 1 武映健 1 徐宝山 2 胡家震 2 1.铁岭发电厂 2.哈尔滨巨友动力设备有限公司 摘 要 针对某发电厂 300 MW机组锅炉多年运行中炉内存在的结焦问题 在分析对比锅炉燃烧器系统设计参数 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 影响炉内结焦 因素基础上 提出了锅炉一 二次风不等切圆布置加水平浓淡燃烧器的改造 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 从改造实施后锅炉的实际运行看 炉内结焦问题得到 了根本的解决 同时也降低了 NOx排放量 取得了明显经济效益和社会效益 关键词 300 MW机组 结焦 浓淡燃烧器 降低 NOx排放 中图分类号 TK223.23 文献标识码 B 铁岭发电厂4台 300 MW机组锅炉为哈尔滨锅炉厂有限 责任公司按引进美国 ABB-CE 公司技术设计制造的亚临界 自然循环汽包锅炉 设计燃用铁法烟煤 采用中速磨直吹系 统 切向布置直流式摆动燃烧器 多年运行中 炉内始终存 在着一定的结焦问题 这不仅影响锅炉的安全经济运行 而 且在进行人工除焦过程中也容易造成人员伤害 对运行人员 的人身安全构成威胁 近年来随着人们环保意识的增强 降低 NOx 排放问题 也越来越引起人们的重视 为解决炉内结焦问题 同时考虑 尽可能降低 NOx排放 结合锅炉大修对 2# 3#锅炉燃烧器 进行了改造 改造后运行及测试结果表明 炉内结焦问题得 到了根本的解决 NOx的排放也有了进一步的降低 取得了 明显的经济效益和社会效益 1 锅炉及燃烧系统主要设计参数 锅炉设计燃用铁法混煤 多年实际基本上是铁法矿务局 的煤 虽然各矿及不同煤层的煤热值变化范围较大 但铁法 煤都有一定的结焦性 表 1为燃烧器主要设计参数 图 1为 燃烧器布置简图 表 2给出了设计煤种和实际燃用煤的有关 数据 从中可以看出实际燃用煤种与设计煤种相当接近 图 1 收稿日期: 2005-12-19 暴庆民(1957-) 男 高级工程师 生技部 112000 表 1 名称 数值 名称 数值 一次风温/� 71 二次风温/� 324 一次风率/% 24.8 二次风率/% 75.2 一次风速/m s-1 26 二次风速/m s-1 46.7 表 2 名 称 Car/% Har/% Oar/% Nar/% Sar/% 设计煤 42.24 2.61 10 0.61 0.39 运行煤 47.3 3.08 8.97 0.7 0.54 名 称 Aar/% War/% Vdaf/% Qnet,ar/kcal kg-1 设计煤 30.58 13.57 42.47 3823 运行煤 26.23 13.2 37.25 4304 2 水冷壁结焦的因素分析 结焦是一个复杂的物理化学过程和流体力学过程 产生 结焦有三个要素 首先是煤的成分及组成 第二 是炉内温 度水平 第三 是气流带着熔融或半熔融的灰颗粒冲刷到受 热面上 这三个要素中 第一个是根源 且难以消除 但只 要限制其中一条 即可避免结焦 2.1 煤灰的成分与组成 煤灰的成分与组成不同 其熔点也不同 碱类的熔点都 在 1 560 �以下 而灰分中的主要氧化物 如 SiO2 Al2O3 CaO和MgO的熔点均在 2 000 �以上 通常不易熔化 但 灰分的熔点比灰分中某些纯氧化物要低得多 因为灰分在整 个熔化温度区内 其各组分间可反应生成具有更低熔点的共 晶体 根据从变形温度到熔化温度之间的温差 可以预计在水 冷壁管上形成的结焦层的沉积特性 若这一温差很小 水冷 壁上的焦层会比较薄 流动性和粘着力较强 这种焦很难用 吹灰器除掉 如果从变形温度到熔化温度之间的温差增大 所形成的焦要到积得较厚时其表面才能变成会流动的液体 这种焦与管子表面的粘着力较小 因此较容易被吹灰器吹 掉 2.2 炉膛温度水平 炉膛温度高是造成结焦的又一个重要条件 因为只有当 温度高于灰熔点时才会产生熔融的渣 然而 大容量锅炉的 炉膛温度都很高 都在 1 500 �左右 通常都高于易结焦煤 万方数据 44 电 站 系 统 工 程 2006年第 22卷 的灰熔点较多 用降低炉膛温度的措施来防止结焦的效果不 是很大 并且过低的炉膛温度将影响煤的燃尽 从而降低锅 炉运行的经济性 因此 只能适当降低 2.3 气流冲刷受热面 气流携带熔渣冲刷到受热面上 这是结渣的第三个必要 条件 这与锅炉结构 喷燃器方位 运行调整等都有关系 喷燃器的位置与角度对炉内烟气温度分布影响较大 通 常 希望炉膛中心烟气温度要高 靠近四周水冷壁的烟气温 度应较低 最好低于燃煤灰分的软化温度 从空气动力场来 看 应使带熔渣的气流不要冲刷水冷壁 否则易造成结焦 因此 采用良好的燃烧器喷嘴及其合理的布置方位来实现上 述目的 锅炉的运行工况如何 对结焦影响很大 如超负荷运行 过多地提高燃烧强度 使低熔点的 FeO-SiO2-CaO-Al2O3 系 的共熔体熔化区域增大 结焦的范围扩大 2.4 炉内烟气性质 炉内燃烧器区域水冷壁处烟气是属于氧化性还是还原 性气氛对锅炉结焦有很大影响 灰分的熔化温度在半还原性 炉气中比在氧化性炉气中要低得多 结焦可能性大大增加 3 防止炉内结焦的措施 防止结焦最基本的原则是消除产生结焦的基本条件 根 据铁岭发电厂锅炉炉膛热力参数和燃烧器布置方式和铁法 煤的情况 只要采取必要的措施就可避免结焦问题的发生 3.1 燃烧器的改造 针对铁岭电厂的情况对原燃烧器进行改造 采用水平浓 淡燃烧器及周界风不等宽布置 同时采用一 二次风不等切 圆的布置方式能有效地解决结焦问题 水平浓淡燃烧器的工作原理是 布置于煤粉喷嘴体内叶 片或布置在一次风管内的折流板将煤粉气流分为浓淡两股 浓相位于向火侧 淡相位于背火侧 一次风中的煤粉 60% 80%位于浓侧 20% 40%位于淡侧 因此 淡侧气流的氧 化性气氛比普通燃烧器强得多 且气流温度相对较低 故不 易结焦 另外 水平浓淡燃烧器浓相煤粉在向火侧 煤粉浓 度提高 煤粉气流着火所需的热量减少 着火温度降低 因 此 它比常规的燃烧器有更好的着火及稳燃效果 图 2 燃烧器喷口及周界风口 本燃烧器的一次风喷口的周界风还采用了不等宽度布 置方式 较多的风布置在背火侧 可以确保燃烧器附近水冷 壁处于氧化性气氛中 见图 2 另外 本燃烧器还采用了一 二次风不等切圆的布置方 式 见图 3 这就是将一次风喷口射流向二次风喷口射流 相反方向偏转一定角度 将煤粉气流向炉膛中部转移 这样 不仅可以降低水冷壁墙面煤粉浓度和氧量消耗 形成水冷壁 附近的氧化性气氛 还可以适当降低近墙面的热负荷 这都 有利于防止局部结焦 40 侧 墙 二 次 风 切 圆 一 次 风 切 圆 后墙 顶部风切圆 侧 墙 前墙 二 次 风 切 圆 图 3 一 二次风不等切圆的布置示意图 由此可知 采用水平浓淡燃烧器和一 二次风不等切圆 是解决易结焦燃煤的理想办法 其作用是在炉内形成“风包 粉”的总体流动工况 从而减轻燃烧器区域水冷壁结焦 3.2 调整好锅炉燃烧强度 根据所用煤种的灰分熔点及对整个燃烧室四壁附近的 烟气温度测量情况 调整锅炉燃烧强度 使燃烧室四壁温度 小于或等于所用煤灰分的软化温度 3.3 适当增大送风量 适当增大燃烧送风量 避免产生还原性或半还原性炉 气 氧化性的炉气对减少 FeO产生低熔点渣是十分重要的 但风量过大会增加热损失 甚至影响煤粉燃烧的稳定性 因 此必须在允许条件下增加送风量 一般取过量空气系数为 1.2 但如燃煤灰分因含铁量高而结焦严重时 则过剩空气 系数可取 1.22 1.25 3.4 适当增加一次风刚性 一次风气流尽管含粉 但与二次风相比速度较低 对 于燃用高挥发分的烟煤 可选取较高的一次风速 以增加火 焰刚性 减小气流偏斜倾向 避免结焦 根据其他电厂的情况 铁岭发电厂锅炉的一次风速相对 而言是偏低的 完全可以提高一些 3.5 调整燃烧工况 保持四角风粉均匀 防止气流冲刷锅 炉水冷壁而结焦 4 关于降低 NOx排放问题 多年来的理论和试验研究表明 煤燃烧过程中 所产生 的氮氧化物 NOx有两种 燃料型 NOx和温度型 NOx 研究 万方数据 第 3期 暴庆民等 300 MW机组锅炉防结焦低 NOx燃烧器技术优化调整 45 表明 当过量空气系数小于 0.7 时 就基本上没有燃料型 NOx产生 因此提高煤粉浓度 降低氧气浓度 可以有效控 制 NOx生成 温度型 NOx是在高温下由燃烧所需空气中的 氮气氧化生成的 温度低时几乎不生成温度型 NOx 控制温 度型 NOx 生成的主要措施是 降低燃烧温度水平 降低氧 浓度 缩短烟气在高温区停留时间 采用一 二次风不等切圆和水平浓淡燃烧器完全符合控 制 NOx 生成原理 煤粉喷口向火侧煤粉浓度比背火侧高 3 倍左右 向火侧虽然温度很高 但相对氧量很低 NOx生成 得到有效控制 同时 在背火侧虽然相对氧量很高 但燃烧 温度却较低 同样也可以抑制 NOx 的生成 另外 一 二 次风不等切圆的布置方式 相当于推迟了主二次风与燃烧气 流的混合 也有利于减少 NOx生成 5 改造效果及结论 根据上述分析 近两年来 铁岭发电厂结合锅炉大修对 2# 3#锅炉燃烧器采取了上述的改造措施 改造后的实际运 行及相关的测试表明 采取上述改造措施后,在燃用铁法烟 煤正常运行情况下 燃烧器区水冷壁基本清洁 大块结焦情 况完全消除 由于大块焦脱落而堵塞冷灰斗进而需要人工打 焦的问题得到了彻底解决 改造后在满负荷运行工况下 NOx排放量最低可达 424.1 mg/Nm3 折算到 α=1.4 远低 于现行国家环保 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 650 mg/Nm3 结论 为解决铁岭发电厂锅炉炉内结焦问题 同时考虑尽可能 降低 NOx 排放而进行的锅炉一 二次风不等切圆布置加水 平浓淡燃烧器的改造工作是成功的 取得了明显经济效益和 社会效益 编辑 闻 彰 上接第 40 页 能可以实现整定计算工作中的定值校验功 能 亦可作为整定计算工作人员的训练工具 5 结束语 随着信息技术和网络技术的进一步发展和电力系统的 逐步数字化 在线校核系统的研制已经具备了外部条件 在 线校核系统将实现电力系统中保护定值的实时校验 为运行 人员 或整定人员 提供参考依据 进一步提高电力系统安 全保障体系的安全性 同时 在线校核系统的研制还应注意 以下问题 (1) 在线校核系统可以成为 EMS系统的组成部分 其 数据来自 EMS系统 其校核结果也将发布到 EMS系统中 为调度运行人员实时决策提供保护运行信息 (2) 在线校核结果不仅可以为运行人员提供保护运行 信息 对于整定计算人员也具有一定的参考价值 因此在线 校核系统应该与继电保护运行管理系统进行集成 实时网上 发布保护定值校核结果 为整定计算人员制定整定计算方 式 确定整定计算结果提供参考 (3) 在线校核系统的研制将实现在线整定系统的数据 采集功能 其进一步的发展方向应为在线整定系统的实用 化 参 考 文 献 [1] 曾耿晖 , 等 . 电力系统继电保护定值的在线校核 [J]. 继电器 , 2002(1). [2] 刘志超, 黄俊, 承文新. 电网继电保护及故障管理系统的实现[J]. 电力系统自动化, 2003(1). [3] 王广学. 电力系统接地故障点的分析计算方法[J]. 电力系统自动 化, 1986(7). [4] 国家电力调度通讯中心. 电力系统继电保护规定汇编[M]. 中国电 力出版社, 1997. 编辑 巨 川 上接第 42 页 甚至发生脱壳现象 造成内电晕腐蚀 线 圈运行时发热 损耗增加 严重时导致线圈绝缘损坏 改造时 将原来的斜槽楔更换为新型槽楔下垫绝缘弹性 波纹板 使定子线圈在运行和停机时 因绝缘弹性波纹板的 弹性作用始终受到压力 线圈与线圈绝缘层之间不论何时都 紧紧结合在一起 不会留有空隙而引起绝缘层松动现象 发电机定子共36槽 每槽有槽楔21块 其中10块槽楔上 有5个测量孔 从发电机汽侧 励侧两侧的关门槽楔起 每 隔一根槽楔有个测量孔 测量弹性波纹板的性能 测波纹板 弹性和压紧线棒的程度 安装新型槽楔时 调整垫条使波纹 板的波峰与波谷差不大于0.7 mm 确保波纹板的弹性压力 2 结束语 南昌发电厂#10发电机增容改造的方案确定 图纸设计 零部件制造 施工安装都是经过了认真研究和精心策划 工 程的全过程都有严格的质量控制 从机组改造后投运到现 在 安全 经济效益逐步显现 (1) 安全效益 消除了发电机定子线棒的安全隐患 提 高了内冷水出水 定子线棒 铁芯运行的换热效果 改善发 电机端部发热状况 (2) 经济效益 在保持功率因素不变的情况下 cosφ 为0.85 可将原125 MW发电机有功输出增加到137.5 MW 即有功功率增加了 10% 相当于每小时增加 1.25万 kW•h电 量 按每度电利润 0.09元 一年运行 7 200 h计算 全年可 增收 890万元 参 考 文 献 [1] 韩盛林. 关于 125 MW 发电机增容改造的几点探讨[J]. 电机技术, 2004(1): 56 57. [2] 范锡普. 发电机电气部分[M]. 北京: 水利水电出版社, 1990. [3] 张彤. 浅谈九江发电厂 1号发电机增容改造[J]. 江西电力, 2003(4): 39 41. [4] 何仰赞, 温增银. 电力系统分析 上册 [M]. 武汉: 华中理工大学 出版社, 1984. 编辑 康 德 万方数据 300 MW机组锅炉防结焦降低NOx燃烧器技术优化调整 作者： 暴庆民， 武映健， 徐宝山， 胡家震 作者单位： 暴庆民,武映健(铁岭发电厂)， 徐宝山,胡家震(哈尔滨巨友动力设备有限公司) 刊名： 电站系统工程 英文刊名： POWER SYSTEM ENGINEERING 年，卷(期)： 2006,22(3) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzxtgc200603020.aspx