M-PM燃烧器在600MW超超临界机组的改造

深能合和电力（河源）有限公司 宋 海

M-PM燃烧器在600MW超超临界机组的改造

深能合和电力（河源）有限公司 宋 海

M-PM燃烧器为哈锅新引进新型燃烧技术，具有更加宽泛及有效的着火区域，煤粉分布呈现出中心浓，外围淡的整体趋势，降氮效果更佳。河源电厂#2炉采用M-PM燃烧器改造后，进过相关性能调整试验，锅炉出口NOx排放进一步降低，以满足总NOx排放低于50 mg/Nm3的环保要求。

燃煤锅炉；低氮燃烧器改造；M-PM燃烧器

1.前言

随着世界范围内环保压力的与日剧增，燃煤电厂的NOx排放越来越受到重视。在降低NOx排放方面，低NOx燃烧器是一个重要选择，国内外已经开发出了多种型式的低NOx燃烧器，其性能各有优劣[1-2]。

2.设备概况

2.1 锅炉概况

河源电厂600MW超超临界机组为哈尔滨锅炉厂有限公司设计，锅炉型号为HG-1795/26.15-YM1。锅炉采用П型布置、单炉膛、改进型低 NOx 分级送风燃烧系统、墙式切园燃烧方式，炉膛采用内螺纹管垂直上升膜式水冷壁、带再循环泵的启动系统、一次中间再热。锅炉采用平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构，设计煤种为淮南烟煤，校核煤种1为山西保德烟煤，校核煤种2为晋北烟煤，过热/再热气温为605℃/603℃。目前锅炉NOx排放在300 mg/Nm³至500 mg/Nm³之间，为进一步降低锅炉NOx排放，河源电厂2015年年底#2锅炉A级检修期间完成了#2机组低氮燃烧器改造。

2.2 改造前机组运行状况

锅炉整体运行情况良好，锅炉效率高于设计值，主、再热汽温可以达到设计值，机组运行中，由于燃烧调整或升降负荷等原因，锅炉存在偏烧现象，部分三过、四过、末再管屏有超温现象，尤其是主再热汽温在596℃（设计是600℃）以上时，超温管屏大大增加；考虑到喷水对氧化皮的影响，减温水基本不投，调节汽温主要靠风门挡板；由于一次风速的不均，引起的偏烧也只能通过风门调整，故氮氧化物未能达到同类型机组的260 mg/Nm³左右。

2.3 水冷壁现状

目前锅炉水冷壁管存在高温腐蚀和横向裂纹问题，主要集中在四墙标高48m左右中间混合集箱进口管下部1～2m以及燃烧器附近区域。四墙均有不同程度横向裂纹，再加上长期交变应力、焊缝折扣等因素的共同作用下，已经发生多次水冷壁泄漏事件。机组运行期间，在负荷快速升降或切换磨煤机，尤其是低负荷下三层磨运行时，存在水冷壁超温问题。虽然水冷壁部分节流孔圈已经扩孔改造，超温情况有所改善，但是超温问题仍然存在。

3.低氮燃烧器改造方案

原燃烧设备采用墙式切圆燃烧大风箱结构，采用低NOX PM（PollutionMinimum）全摆动式直流燃烧器。燃烧器共 4 组，布置于水冷壁四面墙上，形成一个大切圆。燃烧器共 6 层煤粉喷口，每层与 1 台磨煤机相配。在主燃烧器的上方布置 OFA 喷嘴，在距上层煤粉喷嘴上方约 5386mm 处有四层附加燃尽风 A-A（Additional Air）喷嘴，采用角式布置。

改造后，主燃烧器由原来的浓煤粉燃烧器改为M-PM燃烧器，淡煤粉风室更改为空气风室，将原浓煤粉风仓与上下方的空气风仓合并为一个风仓，维持原来的燃烧器风箱框架不变，按照改造后风量分配将原OFA喷口及、AUX-1喷口以及AUX-3喷口重新设计更换；将原AUX-2风室拆除更换为DUMMY风室进行封堵；原淡煤粉风室改为AUX-4喷口；同时，原来的三层油风室及A层等离子点火装置进行利旧，不作改动。在距上层煤粉喷嘴上方约5.0m处有四层附加燃烬风A-A（Additional Air）喷嘴，角式布置，在原有基础上更换A-A风风室喷口，以满足燃尽风风量增大的需求。

4.M-PM燃烧器特点及改造中存在的问题

4.1 主要特点

新型M-PM燃烧器出口气流设计为中心浓淡，在一次风喷口出口处加装十字花形扩散器，浓淡燃烧除可降低NOx外，还可对煤粉稳燃、提前着火有积极作用。同时十字花形钝体能保证喷口处着火面均匀，使得喷口整体处于一个较均匀的温度场内，有效延长喷口使用寿命。

图1 M-PM燃烧器着火面示意图

M-PM燃烧器煤粉分布呈现出中心浓，外围淡的整体趋势，浓相煤粉在着火时火焰被整体控制在一个还原性区域内，因此降低了从挥发分及煤焦粒子中析出的NOx。出口中心浓外围淡的气流还能有效防止煤粉气流的离析、贴壁，保护燃烧器区域水冷壁的安全使用。

4.2 改造过程中存在的问题

设计单位在设计时未到现场核实原设备状况，未考虑金属三围补偿器出口插板门（含电动执行机构）的重量、管系重量分配设计不尽合理，造成恒力弹簧吊架载荷不足、弹簧下滑严重，并携带喷嘴体进口段煤粉管道下倾从而煤粉喷嘴上翘造成摆动卡涩。

调整方法：调整整个管系的重量分配，将插板门移至金属三围补偿器下方，并将弹簧吊架的生根点移至金属三围补偿器的上方。由于金属三围补偿器上下两个波纹管具有伸缩性，将上部分煤粉管道、弯头等重量与插板门的重量分割开来，使多出的插板门（含电动执行机构）的重量移至下方的刚性吊架上，从而减轻弹簧吊架的负担，从而使管系重量合理分配，解决了喷口上翘卡涩的问题。

5.性能试验结果

5.1 试验结果

#2炉燃烧器改造后进经过燃烧调整试验，目前调试成果如下：

1）燃用平混7、石炭2煤种时，全负荷段的飞灰含碳量可保证在1.3%以内，100%负荷、75%负荷、50%负荷下的脱硝前NOx水平可达到220 mg/Nm³、240 mg/Nm³、260mg/Nm³以内，达到性能保证要求；特别是中低负荷NOx排放，新燃烧器的性能明显优于旧燃烧器；2）全负荷段CO排放值在20ppm以内，远低于保证值100ppm；3）主、再热汽温均可达到额定值；

4）受热面金属壁温无超温现象，升降负荷过程中水冷壁超温现象得到明显改善；

5）在燃用接近设计煤种或校核煤种时，各项参数均可达到保证要求。

5.2 各参数与氮氧化物的影响关系

通过试验得出：各项参数变化对氮氧化物的影响关系比较明确。1）运行氧量增大0.5%会使氮氧化物增加20mg左右。

2）AA风门开度从95%降低至70%，氮氧化物升高约30mg左右；3）辅助风门及油辅助风风门开大20%提高氮氧化物约10mg左右；4）周界风开度由20%开至50%提高氮氧化物10～20mg左右；5）AA风摆角由85%上摆至15%降低氮氧化物约40mg左右；6）燃烧器摆角由水平至下摆75%降低氮氧化物约10mg左右。以上影响量可能会因负荷级煤质等因素有所差异但趋势类似。实际运行中风门开度及氧量实行自动控制，燃烧器摆角参与调整汽温及壁温，因此AA风摆角可作为实时调整NOx的有效措施且对其他参数影响较小。比如可在燃用较好煤质时，可适当增大周界风开度至30%或40%，若NOx上升可通过上摆AA风使其降低。

6.结论

河源电厂#2炉低氮燃烧器改造后各项性能指标均达到了预期指标。改造后在燃用接近设计煤种或校核煤种时，100%负荷下NOx排放能降到220 mg/Nm³以内，飞灰含碳量等各项参数均可达到比较理想的状态。水冷壁壁温超温的情况已经有所减少，且升负荷过程中超温情况有较大改善。改造后1年多，锅炉能够稳定、经济、环保运行，为河源电厂#1锅炉燃烧器改造提供了参考。

[1]吴碧君,刘晓勤.燃煤锅炉低氮燃烧器的类型及其发展[J].电力环境保护,2004,20(3):24-27.

[2]周俊虎,赵玉晓,刘建忠,等.低NOx燃烧器技术的研究进展与前景展望[J].热力发电,2005(8):1-7.