黄石电厂300MW燃烧器设计优化

袁生明

摘要：针对黄石电厂210#锅炉出现的问题，在燃烧器设计中采取了相应的措施。实际运行情况及性能试验结果证明燃烧器优化设计是非常成功的。

关键词：锅炉；特点；对冲燃烧；试验结果

1、前言

WGZ1100/17.45-5型锅炉是武汉锅炉股份有限公司专为华电湖北发电股份有限公司黄石热电厂设计的330MW贫煤锅炉，型式为亚临界自然循环汽包炉，中速磨正压直吹式制粉系统，直流式百叶窗水平浓淡燃烧器，四角布置，切向燃烧方式，尾部双烟道布置，烟气挡板调节再热汽温，喷水减温控制过热汽温，容克式三分仓回转式空气预热器，固态出渣，一次再热，平衡通风，全钢构架，露天岛式布置。该锅炉于2010年投运，2014年因电煤供应形势发生较大变化，由西安热工研究院有限公司对锅炉燃烧系统进行了由烧贫煤改烧烟煤的系统改造。

2、锅炉参数

4.制粉系统

原锅炉采用双进双出钢球磨冷一次风机正压直吹式制粉系统，干燥剂为热风加冷风。配4台MGS4054型双进双出钢球磨，四台运行，没有备用，设计煤粉细度R90=11%。西安热工院在进行‘贫改烟改造时，对制粉系统也进行了适当改造。当磨煤机磨制的原煤更换为烟煤后，磨煤机出口温度需降低至70～75℃，粉管风速提高至23～30m/s，以满足磨煤机防爆、粉管送粉和喷口防烧损的安全要求。为了解决上述问题，此次改造采用了西安热工研究院“基于温度分段控制的正压直吹式制粉系统”专利技术，增加了粉管旁路热风。实现磨煤机出口温度和送粉管道温度的独立控制，使送粉温度高于磨煤机出口温度，平时磨煤机出口温度70～75℃，粉管温度85～90℃运行。使磨煤机启动、停止过程中抗爆炸性能大幅度提高，减小粉管堵粉自燃和喷口烧损的危险，有效减少掺入磨煤机冷风量，较大程度降低锅炉排烟温度。具体布置方式为：磨煤机增加粉管热风旁路管、粉管冷风旁路管。粉管热风旁路管从进入该磨煤机的热一次风管取风，管径Φ426×5。粉管冷风旁路管从进入磨煤机的冷一次风管取风，管径Φ426×5，配置电动调节门。粉管热风旁路管和冷风旁路管汇合后上行至12.6m平台以上，形成粉管旁路风总管，管径Φ426×5，配手动截止门和电动截止门。粉管旁路风总管分为4根粉管旁路风支管，分别配置电动调节门，管径Φ219×5，分别进入每根送粉管道。粉管冷风旁路管，正常运行时电动调节门关闭。

5.燃烧器

5.1原锅炉燃烧器布置

原燃烧器采用引进美国Alstom-CE公司的技术设计制造，大风箱、大切角、燃烧器手动摆动，四角布置，在炉内形成双切圆燃烧，假想切圆分别为Φ890mm和Φ1206mm，平均燃烧角为3.5°。

原燃烧器由主燃烧器和SOFA燃烧器组成。主燃烧器有12层喷嘴，其中4层一次风喷嘴（最下层为微油点火燃烧器），8层二次风喷嘴；SOFA燃烧器设计用于降低NOx的生成量，为满足NOX排放指标不超过550mg/Nm3要求，共有5层SOFA二次风喷嘴，SOFA喷嘴采用电动上下摆动。为了控制锅炉炉膛出口的左右烟温偏差，燃烧器的顶部两层二次风DE1、DE2采用反切布置，顺时针旋转，反切角为11°，反切切圆为Φ2084mm和Φ2399mm，其余喷口气流均为逆时针旋转。具体见图1。

原燃烧器采用固定式燃烧器，运行时喷口不作自动摆动，但为满足锅炉汽温粗调节的需要，每个喷口都设有手动摆动机构，在燃烧器停运时可根据需要喷口均可在上下15°±1℃范围内摆动。SOFA燃烧器的5只喷嘴由1台摆动机构带动上下摆动22°±1°。同时，为满足炉膛出口烟温偏差调整的需要，SOFA燃烧器喷嘴还可手动水平摆动15°±1°。

5.2贫改烟燃烧器

主燃烧器各层一次风标高均保持不动，A层仍为小油枪点火，不参与燃烧器摆动。更换B、C、D层一次风喷口和喷筒，采用反切式喷口，通过喷嘴出口折向挡板实现煤粉射流与主气流形成一定夹角（反切4°）。喷口面积按设计煤种重新进行计算，缩小一次风喷口面积，提高风速到27m/s。一次风喷口设置上下摆动操作装置，上下15°。AA层二次风喷口角度和面积保持不变，可托住煤粉。BC1、BC2、CD1、CD2保持原来结构形式；E与F两层顶二次风喷口总共8只维持顺时针偏转11 ℃不变。

6.改造前锅炉存在的问题

1）锅炉高温再热器管子超温

以最近的一次运行数据为例（2017.6.8，上午5：45），在273MW负荷下，一级减温水用量左右两侧过热器分别为46.8吨和28.6吨，二级减温水用量左右两侧过热器分别为2.5吨和3.1吨，过热蒸汽温度为535.8o C。两级减温水共81吨。高的减温水用量说明过热器吸热过多，在烟气量一定的条件下这是烟气温度过高所导致，也就是火焰中心上移所致。

与此同时，高温再热蒸汽温度却仅为529.1 ℃，与设计值（540℃）相差较大，主要因为高温再热器壁温超温，不能将再热器汽温升至设计值。锅炉两侧温偏差较大（锅炉两侧的烟气的流速与温度的偏差大）可能是产生高再壁温超温的主要原因，当然根本原因是炉内燃烧动力场不均匀所致。

2）氮氧化物稍微偏高，平均在450mg/Nm3左右。

锅炉的飞灰含碳量在SOFA全关时为1.2% 左右，在开SOFA时为1.8%左右。NOx排放情况：根据最新运行数据，在265MW负荷下，NOx排放两侧平均为470mg/Nm3；

7.问题原因分析

1）炉膛出口烟温流场不均匀是导致高温再热器超温的主要原因。

2）二次风风速过低，炉内切圆燃烧组织混乱。

3）一次风射流切圆与二次风射流切圆相反，也减弱了主燃烧器区域的切圆燃烧。

4）高温再热器和低温再热器之间无中间混合集箱，高温再热器抗烟温偏差能力也相对较弱。

5）SOFA燃烧器风量不能开大，是导致NOx排放值偏高的主要原因。

8.燃烧器改造措施

1）主燃烧器顶部的反切二次风喷口关闭。

2）主燃烧器自上往下第二层反切二次风喷口更换为直流二次风喷口。

2）重新进行锅炉热力计算和煤粉制备计算，根据计算数据重新设计调整各二次风喷口的面积，更换部分二次风喷口。

3）保留油枪层二次风喷口。

4）将B层一次风喷口更换为新型低氮燃烧器。

5）将其它两层一次风喷口更换为着火稳燃性能更好以及切圆与二次风切圆一致的喷口。

6）现场對SOFA风喷口加横隔板，增加SOFA风的刚性。

7）对燃烧器的所有的喷口摆动机构和风门进行修复和改进，使其操作灵活和方便。

8）更换喷嘴时，对整个燃烧器的切圆重新进行查找、校正。

项目实施后效果

1）锅炉在各负荷段，单烧烟煤或掺烧比例不超过10%的情况下，定负荷下再热器管壁温度均没有超温（DCS画面显示）。但SOFA风摆角向下摆动易导致再热器管壁温度升高甚至超温，DE1开度增大可降低再热器管壁温度。

2）锅炉在各负荷段，单烧烟煤或掺烧比例不超过10%的情况下，SCR入口NOx值均能控制在350mg/Nm3以下，运行人员应该在每个负荷段均注意通过调整SOFA开度以调整NOx值，但不要太低。