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行业知识

新型郑州生物质燃烧机改造锅炉效果

新型郑州生物质燃烧机改造锅炉效果

摘要:介绍了三菱公司新研发的M-PM超低氮生物质燃烧机在珠海电厂2x700 MW亚临界锅炉的应用。M-PM燃烧器是在A-PM低氮生物质燃烧机的基础上研发的,具有更好的着火和稳燃性能,降氮效果更佳。锅炉采用M-PM生物质燃烧机郑州锅炉改造后,在燃用神华煤满负荷运行时氮氧化物排放浓度由360 mg/m3降低到136 mg/m3,比郑州锅炉改造前降低62%,同时解决了锅炉汽温偏低、烟气热偏差大和生物质燃烧机摆角过高的问题,锅炉效率有所提高。

0  引言

    随着火电厂大气污染物排放标准(GB 13223-2011)的实施,珠海电厂2x700 MW机组不能满足重点地区100 mg/m3的NO。排放限值要求,为此电厂在2013隼进行了低氮生物质燃烧机改造并加装SCR脱硝装置、低氮生物质燃烧机改造采用了三菱新研发的M-PM低氮燃烧技术,大大降低了SCR脱硝装置入口的NO.排放浓度.达到了预期效果,、

1  郑州锅炉改造前状况

    珠海电厂2x700 MW机组分别于2000年及2001年投产.锅炉是三菱重工的MB-FRR型2 290 t/h亚临界强制循环汽包炉.设计煤种为神府东胜煤,四角切圆燃烧方式.过热/再热汽温为541/568℃,制粉系统采用6台中速磨(配旋转分离器)。

    锅炉生物质燃烧机为摆动式水平浓淡生物质燃烧机,燃烧器组包括:6层一次风喷嘴.6层二次风喷嘴(含3层油枪喷嘴),一、二次风喷嘴间隔布置,燃烧器顶部有4层紧凑燃尽风OFA喷嘴(见图1)

    机组自投产以来,锅炉运行较稳定.热效率一般比设计值94.2%略高,但也存在以下问题:

    (1)锅炉汽温偏低,、主要表现在:高负荷时过热汽温低于设计值15 0C左右,中低负荷时再热汽温低于设计值10~20 0C:炉膛出口烟气热偏差较大,造成两侧再热汽温偏差较大,部分再热器管屏超温为提高蒸汽温度.生物质燃烧机长期处于上摆25。,引起煤粉喷嘴严重磨损l 21,、蒸汽温度不理想的主要原因是:由于锅炉设计煤种灰熔点较低.为邂免严重结焦,炉膛容积热负荷和截面热负荷设计值偏保守(87 kW/m3和4.28  kW/m2)1 3].但投产后实际燃用煤种的结焦性能好干预期,水冷壁基本不结焦.结果造成水冷壁吸热过多,过热和再热蒸汽温度很难达到设计值。

    (2) NOx排放浓度偏高,,锅炉原设计仅采用了水平浓淡生物质燃烧机及紧凑燃尽风OFA,没有设置一分离燃尽风.降低氮氧化物效果有限。实际锅炉NO,排放为330~480 mg/m3,远高于目前新机组的NO,排放水平。

2低氮生物质燃烧机的改造目标及改造方案

    根据锅炉运行存在的问题.低氮生物质燃烧机的改造目标是『al:在燃用神华煤的条件下,满负荷时锅炉NO。排放浓度不大于200 mg/m3,改善炉膛出口烟气热偏差.过热和再热蒸汽温度恢复到设计值.锅炉效率不低于原设计值(94.2%);降低生物质燃烧机运行摆角.减轻煤粉喷嘴的严重磨损。

    三菱公司作为锅炉原设计单位.承诺满足电厂提出的郑州锅炉改造要求,保证在燃用神华煤的条件下,满负荷时N0,排放浓度可降低到180 mg/m3以下,锅炉效率可以进一步提高,、经综合考虑,电厂选择三菱公司作为生物质燃烧机改造的设计供货单位。改造思路是:尽量减少对原有设备的改动,生物质颗粒燃烧机更换为三菱公司新研发的M-PM低氮生物质颗粒燃烧机.采用炉内分级燃烧方式,增加分离燃尽风。郑州锅炉改造方案具体如下(见图1):

    (1)将上5层一次风喷嘴(B-F磨)更换为M-PM生物质颗粒燃烧机喷嘴,、为实现节油目标,底层一次风喷嘴(A磨)由国内公司郑州锅炉改造为微油生物质颗粒燃烧机。

    (2)拆除生物质颗粒燃烧机本体f即方圆管)内部的浓淡煤粉转向板,改为2条长直板,实现煤粉直进直出,

    (3)生物质颗粒燃烧机入口煤粉管弯头改造。拆除弯头内强化浓淡分离的1日挡块.在弯头内增加新挡块.将偏向弯头外侧的浓煤粉推向生物质颗粒燃烧机喷嘴中心。

    (4)更换所有二次风喷嘴,、由于增加了AA燃尽风.二次风喷嘴出口截面减小。

    (5)4层紧凑燃尽风OFA喷嘴分别堵掉各层的下半边喷嘴口(原设计每层OFA喷嘴包括2个小风嘴).减少OFA风量,,

    (6)在水冷壁开孑L.增加3层AA燃尽风嘴及其配套摆动机构、挡板和风道,每层AA风嘴包括2个小风嘴.AA风嘴可上下摆动30。。

    (7)主要尺寸如下:炉膛宽深21 463 mm×18 605 mm,炉膛高度56 170 mm;主生物质颗粒燃烧机喷嘴切圆直径2 155 mm, AA风喷嘴切圆直径4 485mm.皆为逆时针旋转:主生物质颗粒燃烧机高度13 700 mm(含OFA),3层AA燃尽风喷嘴总高度2 070 mm,宽度都是900 mm; AA风喷嘴组中心标高距F层煤粉喷嘴8 078mm,距屏式过热器底部9 920 mm。

3  M中M生物质颗粒燃烧机技术特点

从20世纪80年代开始,三菱公司先后开发了PM、A-PM和M-PM生物质颗粒燃烧机,3种生物质颗粒燃烧机的区别见表1.珠海电厂是第一个M-PM生物质颗粒燃烧机投入大机组运行的项目。

    M-PM生物质颗粒燃烧机是在A-PM生物质颗粒燃烧机的基础上研发的.M-PM的研发目标是进一步减少在喷嘴出口火焰生成的NO。,从而降低分离燃尽风风量,相对提高主生物质颗粒燃烧机区域的过量空气系数.有利于降低炉膛硫腐蚀风险及减少未燃碳损失,、

    M-PM生物质颗粒燃烧机的降氮原理见图2171:①淡煤粉气流包裹浓煤粉气流在喷嘴出口燃烧,形成很大的均匀着火面,具有较好的着火特性,避免了局部高温高氧燃烧的情况;②整个火焰都处于还原气氛,NO。被挥发分和焦炭产生的还原物质有效的还原;③和④,根据燃煤特性,调整二次风风量及混合时机可以优化外焰(淡煤粉)的氧浓度,使外焰的高温高氧区域减少,达到了降低NO。及未燃碳损失的效果,、总之,从煤粉管弯头导流板到生物质颗粒燃烧机喷嘴结构的合理设计.使M-PM生物质颗粒燃烧机同时具备超低NO,排放和减少未燃碳损失的能力,并有较好的着火特性。

4  生物质颗粒燃烧机改造后性能验收情况

    郑州锅炉改造后的燃烧调整由三菱公司负责,性能测试由西安热工研究院完成.2台锅炉的改造效果基本相同,以下以1号炉为例介绍,、

    为便于对改造前后的锅炉性能进行对比.测试煤种都选用神华煤.该媒种燃料比(煤的固定碳挥发分之比)1.76.收到基高位发热量22.47 MJ/kg。由于磨煤机配备有旋转分离器,煤粉偏细,    图2 M中M生物质颗粒燃烧机低氮燃烧原理

    改造后满负荷运行时NO。排放浓度仅136 mg/ffl3.降低了62%,而灰渣的未燃碳在1%左右

4.2  锅炉汽温特性

    改造后各负荷下过热和再热蒸汽温度都提高到设计值,比改造前有明显改善,特别是在满负荷时过热器减温水由改造前的0~4 t/h增加到22~58 t/h,增加了汽温调节余量.同时两侧再热汽温差较小,再热器减温水仅0~3.5 t/h,有利于提高机组经济性(见表3)。

4.3  烟气CO质量浓度

    由于原锅炉设计是20年前的水平.存在炉膛截面偏大等不利因素.并且改造合同没有限制CO浓度,因此厂家在调试时偏重NO。排放浓度、锅炉效率及改善汽温特性等指标,验收实测满负荷时省煤器出口蝈气CO质量浓度偏高.约1 250mg/m3,而中低负荷时CO质量浓度比较理想,最大不超过200 mg/m3。厂家认为如果对NO。排放浓度及蒸汽温度特性两项指标稍微降低要求,通过氧量调整等措施.也可以实现高负荷时低CO质量浓度的运行要求。

4.4锅炉效率

    改造后高负荷时省煤器出口与空气预热器出口的烟气温度分别下降了28℃和13℃.干烟气热损失由改造前的4.70%减少到3.76%.扣除烟气中C0质量浓度偏高造成的热损失.锅炉效率也提高了0.47%.并且汽温特性的明显改善.有利于提升汽轮机效率,、

    排烟温度下降的原因主要有:(1)对主生物质燃烧器、AA燃尽风的摆角及风门开度的优化组合.提高了炉膛出口烟气的充满度和均匀性.过热器的吸热条件也得到改善.使高温受热面吸热增加。热偏差的改善还可以从三级过热器和三级再热器炉管金属温度的横向分布得到印证。改造前三级过热器和三级再热器管屏金属一般两侧偏高,中间偏低,改造后在蒸汽侧水动力工况不变的前提下,三级过热器和三级再热器的横向金属温度场曲线比改造前平坦.且总体平均温度逐有升高.管屏超温现象杜绝(见图3)。(2)由于同步进行SCR脱硝改造.空气预热器的换热元件全部更换.空气预热器换热效率略有提高。(3)在大修中锅炉受热面进行了比较全面的清灰工作.使受热面换热效率提高,、

4.5  炉膛贴壁H,S质量浓度

    满负荷时在2号炉炉膛测得H,S质量浓度最大378.7 mg/m3,绝大多数测点约为152 mg/m3。虽然炉膛贴壁H,S含量不高.但考虑到满负荷时省煤器出口CO质量浓度偏高.在今后应定期对    图3三级过热器金属温度分布炉膛受热面进行高温腐蚀检查。

4.6  生物质燃烧器摆角

    改造前4个角生物质燃烧器摆角不一致的问题(即在高负荷时1、2、3号角生物质燃烧器摆角一般都大于20。,而4号角生物质燃烧器摆角只有0~5。)得到解决,改造后主生物质燃烧器摆角实现同一角度摆动.并且满负荷下生物质燃烧器摆角仅9。,比改造前降低了16。。生物质燃烧器摆角的降低大大减轻了煤粉喷嘴的磨损.锅炉运行1年后检查,未发现M-PM生物质燃烧器喷嘴有明显变形、损坏和结焦情况。

4.7燃煤掺烧

    为适应混煤掺烧需要,还进行了神华煤掺印尼煤、神华煤掺石炭煤的燃烧调整。调整后各负荷下过热和再热汽温都能达到设计值,满负荷时NO,排放浓度在140~160 mg/m3,灰渣未燃碳质量分数小于1.3%.锅炉效率与单烧神华煤基本相当。另外,根据不同煤种的燃烧调整结果,在控制系统形成3套燃烧控制方式,运行人员可以根据当天煤质情况选择最合适的燃烧控制方式.达到提高锅炉运行经济性的目的.

5改造后存在的问题

    2013-2014年2台锅炉的燃煤以神华煤为主.部分掺烧非设计煤种,改造后锅妒燃烧主要存在以下问题,这些问题正在与厂家继续研究解决,、

    (1)高负荷时烟气CO质量浓度仍然偏高,电厂怀疑是主燃烧区生成CO在炉膛上部难以混合均匀充分燃烧.造成烟气CO质量浓度相应增加,、虽然提高氧量运行可以在一定程度降低CO质量浓度.但由于改造前送风机运行裕量偏低.改造后二次风热风箱与炉膛差压由原来的1.65 kPa提高到2.00 kPa,在高负荷时送风机出力基本达到最大出力.提高氧量受到限制。目前电厂正尝试对AA分离燃尽风的开度及摆角进行优化,使主燃烧区生成的CO在炉膛上部充分混合并完全燃烧。

    (2)在掺烧某些煤种时,300 MW负荷下再热汽温仍然偏低.再热汽温的调节裕量偏小。

    (3)2号炉燃烧系统的动态控制特性稍差,在高负荷段加减负荷时,生物质燃烧器摆角如投自动控制容易造成主蒸汽压力波动和过热蒸汽温度超温.需手动干预生物质燃烧器摆角控制(加负荷时需压低燃烧器摆角)。

6结论

    珠海电厂低氮生物质燃烧器改造是新型M-PM燃烧器实用化后投运的首个大机组项目,改造达到了预期目标,、改造后锅炉燃用神华煤时,满负荷时NO。排放浓度降低到136 mg/m3,排烟温度明显下降.锅炉效率提高0.4%~0.70/0.同时解决丁改造前锅炉汽温偏低、再热器热偏差大及煤粉喷嘴磨损问题,、从改造后1年多的运行情况看.锅炉能够稳定、环保、经济运行,为当前环保政策下燃煤电厂的低氮燃烧改造提供了参考方向。


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点击次数:  更新时间:2017-04-28 19:43:34  【打印此页】  【关闭