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行业知识

​锅炉生物质燃烧机改造可行性研究

锅炉生物质燃烧机改造可行性研究

1锅炉存在的主要问题及分析

1.1  主要问题

    浙江北仑发电厂5号锅炉是由日本IHI公司提供的600 MW亚临界自然循环锅炉.锅炉整体设计技术采用美国Foster Wheeler技术,共配备24只双调风旋流生物质燃烧机,采用前后墙对冲布置方式:直吹式制粉系统配备6台MBF-23型中速磨煤机.额定工况下1台磨备用.锅炉自投运以来.主要存在以下几方面问题:

    (1)生物质燃烧机一次风进口蜗壳、中心筒、消旋槽等部位磨损严重.使用寿命一般在2年内,远低于锅炉的大修周期。由于磨损造成煤粉频繁泄漏,并已教次发生生物质燃烧机着火险情.对锅炉安全运行构成了严重

威肋、。

    (2)生物质燃烧机一、二次风旋流强度过大,火焰卷吸作用造成着火距离小,火炬边界模糊,生物质燃烧机喷口烧损情况时有发生。

    (3)生物质燃烧机尤其是上层生物质燃烧机和燃烬风(OFA)及侧墙区域易结渣,煤种的适应性差。

    (4)NO。排放浓度过高,额定工况下达700~800mg/m3。

1.2  问题分析

    5号锅炉存在上述问题,主要与炉膛生物质燃烧机区域热负荷,生物质燃烧机结构与布置方式,一、二次风流速,OFA系统的布置型式等相关。

1.2.1  炉膛结构分析

    5号锅炉炉膛宽为22.20 m,深为15.97 m,高为59.0 mo炉膛截面积为354 mz,炉膛有效容积为17 987 m3.从锅炉的设计参数分析,炉膛容积热负荷及截面热负荷相对较小。但是,锅炉设置24只生物质燃烧机,每层生物质燃烧机中心之间的垂直距离仅为3.5 m,热负荷比较集中.炉膛容积热负荷(BMCR)为85.9 kW/m3,炉膛断面热负荷(BMCR)为4.36 MW/m2,生物质燃烧机区壁面热负荷(BMCR)为2.02 MW/IT12。锅炉单只生物质燃烧机的热负荷偏大,生物质燃烧机区域壁面热负荷高,因此,在生物质燃烧机区域极易出现严重结渣[1-4].

1.2.2  生物质燃烧机结构分析

    5号锅妒生物质燃烧机具有以下特点:

    (1)-次风通过涡壳切向进入生物质燃烧机,使煤粉产生旋流,扩散角较大,煤粉容易贴壁。

    (2)煤粉喷口与水冷壁管中心距离达676 mm,使煤粉与二次风提前混合,着火距离短。

    (3)采用了径向叶片调风器,二次风旋流强度较大.强化燃烧的作用明显.比较适用于劣质烟煤和贫煤等煤种。

    (4)在煤粉燃烧初期,燃烧火炬急剧膨胀,形成了速度很高、扩散程度较大的火焰,在喷口外周产生炽热回流区,极易生成环形渣丘.

    因此.该生物质燃烧机结构设计使一次风切向旋流.煤粉和二次风提前混合,扩散角过大产生火焰贴壁,且生物质燃烧机区域局部热负荷过高.这是5号炉生物质燃烧机磨损、烧损、结渣、NO,排放浓度过高的根本原因。

1.2.3  一、二次风系统和OFA系统分析

    由于磨煤机石子煤问题相当突出,虽对各磨煤机风环进行了改造.但运行中一次风量仍在98 t/h左右,比设计值高出约13%,煤粉管总截面比同类锅炉小20%左右.煤粉管流速达到30 m/s左右.因此.一次风速过高大大加剧了生物质燃烧机局部磨损.同时也影响到N0。排放浓度.

    生物质燃烧机喷口二次风流速也明显偏高,且生物质燃烧机区域二次风箱结构不合理,各生物质燃烧机二次风量分配不均匀,对炉膛结渣和NO。控制产生了不利影响。

    5号锅炉设计有OAP控制风门.其主要作用是实现分级燃烧,减少烟气中NO,的生成与排放。但OAP控制风门与最上层生物质燃烧机之间的距离仅为3.5m,氮氧化物还原区域过小,大大削弱了分级燃烧对N0,控制的有效功能。

2生物质燃烧机改造可行性研究

    目前,在国内600 MW等级、前后墙对冲燃烧方式的锅炉中.应用比较广泛的旋流生物质燃烧机主要有3种:英巴技术生物质燃烧机、东方锅炉厂生物质燃烧机、美巴技术生物质燃烧机.现针对这3种生物质燃烧机进行改造方案研究.

2.1  英巴技术生物质燃烧机改造方案

2.1.1  英巴技术生物质燃烧机特点

2.1.1.1  一次风由煤粉生物质燃烧机入口弯头切向进入生物质燃烧机.煤粉气流在一次风道内旋转前进.为改善煤粉气流通过煤粉管道所造成的浓度径向分布不均匀的问题.在煤粉分配器出口装有纵向均流槽。使煤粉在一次风道内沿径向均匀分布.

2.1.1.2  在喷口出口处装有8个半圆形的煤粉浓缩器.利用煤粉气流旋转惯性.使煤粉在8个浓缩器附近密集,形成煤粉浓相区,从而沿圆周上形成浓、淡煤粉分离,实现浓淡燃烧。

2.1.1.3  二次风被分成3股:内二次风、四次风、三次风.内二次风设计成轴向旋流可调节的形式.通过由拉杆控制的轴向可动叶轮旋流器改变旋流强度.

2.1.1.4  在二次风外侧布置了风量少但速度较高的四次风.将高速四次风引入,使在燃烧初期形成的NO,在高速湍流混合的条件下迅速还原为Nz,从而有效抑制N0.的生成水平。

2 .1.1.5  最外层三次风挡板为径向可调式.每个挡板由1个独立的手动调节装置单独调节,大部分空气从外三次风道送入.三次风与煤粉气流的动压比高,混合强烈,而扩散角不大,可促使焦炭粒子的燃烬,在提高燃烧效率的同时,不致造成火焰刷墙。

2 .1.1.6  中心风管为筒状,其轴线即为生物质燃烧机的水平轴线,其作用包括2方面:向点火油枪供风,以避免油枪火焰烧坏喷口:在生物质燃烧机使用过程中,提供吹扫空气,防止漏油或煤粉沉积。

2 .1.1.7  考虑部件的耐磨性以及尽量减少使用成本,生物质燃烧机喉口使用硅碳瓦卫燃带,生物质燃烧机内部县有铸金属防磨内衬.

2.1.2  改造方案

2.1.2.1  基础方案:在生物质燃烧机和OFA喷嘴原有位置上.更换成英巴生物质燃烧机和新OFA喷嘴.

2.1.2.2  备选方案1:在生物质燃烧机原有的位置上更换成英巴生物质燃烧机.将OFA喷嘴位置提高至上层生物质燃烧机上方6.4 m处,并更换成新的OFA喷嘴.

2.1.2.3备选方案2:根据炉膛宽度重新布置生物质燃烧机间距,并更换成英巴生物质燃烧机:使用高速OFA系统,并将OFA喷嘴位置提高至上层生物质燃烧机上方12.7 m处.

2.2  东方锅炉厂生物质燃烧机改造方案

2.2.1  东方锅炉厂生物质燃烧机特点(图2)

2.2.1.1  东方锅炉厂生物质燃烧机是在日立生物质燃烧机基础上改进而成的,采用径向煤粉浓缩器,获得外浓内淡的煤粉气流,一次风管出口外设计了稳焰齿环及一、二次风导向锥,可以在喷口附近获得环型回流区和较高的一次风湍动度.极大地提高了生物质燃烧机的低负荷稳燃性能。

2.2.1.2设置中心风管,通过调节中心风风量.为运行油枪提供最佳配风和燃煤时控制煤粉着火点.防止结渣并获得最佳火焰形状。

2.2.1.3  采用双调风结构.分级供给燃烧用风.尽量使燃料中挥发分挥发速率最大化.挥发最完全.有利于在喷口区域使生成的NO。还原反应,同时保证煤粉的燃烬效率.

2,2.1.4  二次风门开度.三次风旋流强度及风量可调,可以获得希望的汽流旋流强度和风量的大小,以保证各生物质燃烧机之间配风均匀和调节生物质燃烧机内的配风.

2.2.1.5  合理设计生物质燃烧机结构特别是调节机构,保证生物质燃烧机安装和更换检修方便,调节机构操作简便、灵活。

2.2.2  改造方案

2.2.2.1  改造方案1

   (1)降低生物质燃烧机区域壁面热负荷,加大生物质燃烧机的垂直距离,最上层生物质燃烧机不动,将下二层生物质燃烧机下移.使生物质燃烧机区域壁面热负荷约为1650 kW/m2.生物质燃烧机垂直间距增加后,火焰中心约下降1.4 m。

    (2)采用东方锅炉厂自主型生物质燃烧机更换原生物质燃烧机。

    (3)增加全炉膛分级程度,加大OFA与上层生物质燃烧机的间距,同时适当增加OFA比率.使主生物质燃烧机区域空气系数在0.9~1.0。

    (4)通过优化生物质燃烧机结构和风葙配风条件,使炉膛出口过量空气系数从1.20降至1.15.以实现低氧燃烧,降低NO。的生成。

    (5)适当提高OFA风速,以增强燃烧的后期混合,提高燃料的燃烬率。根据现在的风机压头,如有必要,可设增压风机.

    (6)生物质燃烧机垂直间距改变使炉膛火焰中心下移后,可能造成炉膛烟气温度降低,可通过提高OFA与上层生物质燃烧机的间距得到部分补偿.如有必要.还可以在OFA喷口以上的炉膛侧水冷壁上敷设适当面积的耐火材料,以减少锅炉蒸发吸热量.

    以上改造主要涉及的设备包括:锅炉下炉膛水冷壁(前、后墙)、OFA调风器、煤粉生物质燃烧机、大风箱、炉前垂直煤粉管道以及生物质燃烧机控制的相关设备等.

2.2.2.2  改造方案2

    (1)生物质燃烧机和OFA调风器的位置保持不变,采用东方锅炉厂自主型生物质燃烧机.并对OFA调风器的结构优化。

    (2)优化大风箱、生物质燃烧机控制相关设备。

    (3)适当增加OFA的风量和风速,如现场条件允许,将OFA喷口适当上移.

    改造技术方案2的锅炉改造工作量较小,NO。排放浓度可望达到550 mg/m3以下。

2.3  美巴技术生物质燃烧机改造方案

2.3.1.1  生物质燃烧机在一次风入口弯头后设有导向器和锥形扩散器.其作用是在管道近壁处形成一个高煤粉浓度的环状气流.而在中间形成富氧的低煤粉浓度区。着火区的还原性气氛可以减少NO,的生成量。

还原性物质在进入焦炭氧化区后又能用于分解已生成的NO。。

2.3.1.2生物质燃烧机一次风管外围设有2个分别由轴向叶片控制的二次风调风器:内二次风调风器的主要功能是促进着火和稳燃:外二次风调风器主要是在火焰下游供风以完成燃烧。这种生物质燃烧机形成的火焰.其核心是还原性的,其下游逐步混入二次风。由于旋流强度和燃烧强度可调节,既能降低N0,生成量,又可保证燃烧效率.

2.3.1.3  生物质燃烧机一次风喷口采用耐高温、耐磨损的稀土高铬镍锰氮高温耐热铸钢ZG8Cr26Ni4Mn3N,可以满足生物质燃烧机喷嘴使用寿命不低于50 000 h的要求。生物质燃烧机结构充分考虑了检修的方便,每台生物质燃烧机均装有观察孔.并留有安装火焰检测器的位置。

2.3.1.4  生物质燃烧机自身构成一个独立的燃烧单元.其内、外二次风形成良好的空气动力场,卷吸着火、稳


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点击次数:  更新时间:2017-01-29 14:22:45  【打印此页】  【关闭