浓淡燃烧器在陡河发电厂8号炉上的应用

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:31:14

<table cellspacing="0" cellpadding="0" width="98%" align="center" border="0"><tbody><tr><td class="lan" align="center" height="30">李建成，谢长松，赵玉龙 河北陡河发电厂，河北唐山 063028 </td></tr><tr><td class="lan" align="center" height="8"> </td></tr><tr><td class="hei11">摘要： 针对陡河发电厂8号炉燃烧器在运行中经常出现的问题，对原2、3层燃烧器进行了技术改造，采用浓淡风煤粉燃烧器。给出了改造后冷态燃烧调整试验的情况和热态试验结果，并对改造后在运行中存在的问题提出了相应的解决方案。 </td></tr><tr><td class="hei11">关键词： 水平浓淡风喷燃器；低负荷稳燃；燃烧调整；NOx排放 </td></tr></tbody></table>0　前言? 　　陡河发电厂8号炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-670/140-9型超高压自然循环煤粉炉，配备4套DTM350/600型钢球磨煤机、中间储仓式制粉系统、直流式燃烧器、四角切圆、热风送粉，设计燃用开滦洗中煤。为了防止锅炉灭火，提高燃烧稳定性，20世纪90年代初期将原直流燃烧器改为清华大学设计的船体燃烧器。但从1997年以来，由于燃用煤着火、燃烧稳定性变好，运行中经常出现燃烧器烧损、给粉管打炮、喷燃器区域透火、漏粉、水冷壁拉裂等问题，也曾采取过加装冷风管降低一次风温等措施，但效果仍不明显。为适应煤种多变的实际情况，彻底解决给粉管打炮、燃烧器烧损及低负荷稳定燃烧问题，陡河电厂委托北京国电龙高科环境工程技术有限公司于2003年3月对8号炉的2、3层燃烧器进行了改造，燃烧器采用哈尔滨工业大学的专利技术—浓淡风煤粉燃烧器。? 　　改造后试验结果表明：适当降低一次风温，给粉管打炮现象基本消除，低负荷燃烧稳定性大大增强。运行一年来，未出现过燃烧器烧损现象，NOx排放比改造前有所降低。?

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:31:44

1　设备概述? 1.1　锅炉技术规范? 　 　　以B-MCR工况为设计工况的锅炉主要参数见表1。表1　锅炉主要参数<table id="table1" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center" width="329">参　数　名　称 </td><td align="center">数值 </td><td align="center" width="329">参　数　名　称 </td><td align="center">数值 </td></tr><tr><td align="center" width="329">过热蒸汽流量/t·h-1
</td><td align="center">670 </td><td align="center">给水温度/℃ </td><td align="center">247 </td></tr><tr><td align="center" width="329">过热蒸汽温度/℃ </td><td align="center">540 </td><td align="center">热风温度/℃ </td><td align="center">330 </td></tr><tr><td align="center" width="329">过热蒸汽压力/ MPa </td><td align="center">13.72 </td><td align="center">排烟温度/℃ </td><td align="center">141 </td></tr><tr><td align="center" width="329">再热蒸汽温度/℃ </td><td align="center">323/540 </td><td align="center">锅炉效率/％ </td><td align="center">89.69 </td></tr><tr><td align="center" width="329">再热蒸汽压力/MPa </td><td align="center">2.7/2.5 </td><td align="center">锅炉计算燃料量/t·h-1
</td><td align="center">162.50 </td></tr><tr><td align="center" width="329">汽包工作压力/MPa </td><td align="center">15.68 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　</td></tr></tbody></table>1.2　锅炉设计燃料特性? 　　锅炉设计燃料特性见表2。

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:32:07

表2　设计及常用燃料特性<table id="table2" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center">类　别 </td><td align="center">项目 </td><td align="center">设计值 </td><td align="center">现燃用煤种 </td></tr><tr><td align="center" rowspan="4">工业分析 </td><td align="center">水分Mar/% </td><td align="center">8.80 </td><td align="center">6.70 </td></tr><tr><td align="center">灰分Aar/% </td><td align="center">45.76 </td><td align="center">31.23 </td></tr><tr><td align="center">挥发分Var/% </td><td align="center">19.71 </td><td align="center">22.9 </td></tr><tr><td align="center">低位发热量 Qnet.ar/ kJ·kg-1
</td><td align="center">13088 </td><td align="center">19250 </td></tr><tr><td align="center" rowspan="7">元素分析 </td><td align="center">碳Car/% </td><td align="center">34.47 </td><td align="center">48.42 </td></tr><tr><td align="center">氢Har/% </td><td align="center">2.93 </td><td align="center">3.01 </td></tr><tr><td align="center">氧Oar/% </td><td align="center">7.00 </td><td align="center">8.97 </td></tr><tr><td align="center">氮Nar/% </td><td align="center">0.53 </td><td align="center">0.80 </td></tr><tr><td align="center">硫Sar/% </td><td align="center">0.51 </td><td align="center">0.87 </td></tr><tr><td align="center">水分Mar/% </td><td align="center">8.80 </td><td align="center">6.70 </td></tr><tr><td align="center">灰分Aar/% </td><td align="center">45.76 </td><td align="center">31.23</td></tr></tbody></table>1.3　煤粉燃烧器的设计参数?

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:32:33

锅炉炉膛截面尺寸为13 660 mm×11 660 mm，高度为38 500 mm，煤粉燃烧器区域截面热负荷为qF=12?80×105kJ/(m2·h)。采用钢球磨煤机中储仓式制粉系统，热风送粉、冷风调节。煤粉燃烧器布置在炉膛四个角，火焰在炉膛中心形成假想切圆，直径为φ1 200 mm/φ600 mm，具体布置方式自上而下依次为三、三、二、一、二、一、二、油二、二、一、二、一、二、油二次风，如图1所示，各燃燃烧器参数如表3所示。?<img height="257" src="http://qikan.cepee.com/images/0403/t1.gif" width="400" alt=""/> 　　图1　陡河发电厂8号炉煤粉燃烧器示意图表3　煤粉燃烧器设计参数<table id="table3" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center">项目 </td><td align="center">风率/% </td><td align="center">风速/m·s-1
</td><td align="center">风温/℃ </td></tr><tr><td align="center">一次风 </td><td align="center">23 </td><td align="center">23 </td><td align="center">208 </td></tr><tr><td align="center">二次风 </td><td align="center">48.34 </td><td align="center">46 </td><td align="center">330 </td></tr><tr><td align="center">三次风 </td><td align="center">24.50 </td><td align="center">60 </td><td align="center">60 </td></tr><tr><td align="center">炉膛漏风 </td><td align="center">4.16 </td><td align="center">- </td><td align="center">30</td></tr></tbody></table>

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:33:07

2　燃烧器改造、实施方案? 　　(1) 第1、4层保留原船体燃烧器，第2、3层改为水平浓淡风煤粉燃烧器。 　　一次风粉通过安装于煤粉燃烧器前的给粉管上的高浓缩比的煤粉浓缩器，在水平方向分成浓淡两股煤粉气流。浓煤粉气流与淡煤粉气流以一定的夹角喷入炉膛，其中一股为高浓度气流，风粉中含有大部分煤粉，这股气流位于向火侧，形成内切圆；另一股煤粉浓度很低，以空气为主，位于背火侧，形成外切圆。浓一次风煤粉气流在向火侧的着火区域形成了高温、高浓度区域。煤粉浓度的提高，可以减少着火热，火焰传播速度加快，有利于稳燃。浓一次风着火后，淡一次风煤粉气流逐渐混入，符合随燃烧进行补充供风的原则，有利于煤粉的燃尽。燃烧器的布置及切圆见图2。 　　<img height="257" src="http://qikan.cepee.com/images/0403/t2.gif" width="400" alt=""/> 1—一次风管道；2—煤粉浓缩器；3—侧边风；4—浓煤粉气流；? 5—淡煤粉气流；6—内假想切圆；7—外假想切圆；8—水冷壁 图2　改造后的煤粉燃烧器示意图　　(2) 在燃烧器背火侧加装侧二次风。 　　侧二次风从邻近的二次风箱引出，通过调节风门引入燃烧器背火侧，调节风门采用电动机构远程控制。淡一次风煤粉和侧二次风在背火侧的加入，大大提高燃烧器区域壁面的氧量，使壁面氧量大于2%，同时降低了燃烧器区域四周壁面的温度，提高了灰的熔化温度，可防止结渣，也有利于减轻水冷壁管的高温腐蚀，有力地抑制NOx的排放。同时，侧二次风在燃烧器停用时起冷却作用，防止燃烧器过热，提高燃烧器使用寿命。? 　　(3)加装百叶窗煤粉浓缩器。 　　为了提高锅炉对煤质和负荷变化的适应性，并调节1、2角与3、4角分离不一致，在给粉管煤粉浓缩器后加装百叶窗煤粉浓缩器，内含三块可调节的挡板，调节挡板采用陶瓷耐磨材料，该材料硬度高，抗磨性能优良。可以根据煤质及负荷的变化，来调节煤粉浓度，对于低挥发份的燃料，可将浓侧的煤粉浓度提高1倍（见图3）。? 　　(4) 燃烧器浓侧加装稳燃钝体。 　　钝体采用耐热合金钢，其耐热温度可达1 200～1 250 ℃（见图3）。?

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:33:34

<img height="160" src="http://qikan.cepee.com/images/0403/1701.gif" width="400" alt=""/> 　　图3　浓淡喷燃器示意图　　(5) 对一、二、三次风的配风比例和配风方式进行优化。 　　此次设计中，浓淡燃烧器的一次风温采用160 ℃，出口速度28～30 m/s，改造后的煤粉燃烧器设计参数见表4。表4　改造后煤粉燃烧器设计参数 <table id="table3" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center">项目 </td><td align="center">风率/% </td><td align="center">风速/m·s-1
</td><td align="center">风温/℃ </td></tr><tr><td align="center">一次风 </td><td align="center">23 </td><td align="center">23 </td><td align="center">208 </td></tr><tr><td align="center">二次风 </td><td align="center">48.34 </td><td align="center">46 </td><td align="center">330 </td></tr><tr><td align="center">三次风 </td><td align="center">24.50 </td><td align="center">60 </td><td align="center">60 </td></tr><tr><td align="center">炉膛漏风 </td><td align="center">4.16 </td><td align="center">- </td><td align="center">30</td></tr></tbody></table>3　改造后冷态试验结果

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:34:03

为了摸索8号锅炉煤粉燃烧器改造后的炉内空气流动特性，掌握二次风挡板特性及额定负荷下煤粉燃烧器所形成的实际切圆大小位置，陡河发电厂和北京国电龙高科环境工程技术有限公司于2003年4月17日对8号炉进行了炉内冷态空气动力场测定工作。在测量前，对一次风管道上的笛形管流量系数进行标定，而后对测量的一次风气流动压进行修正计算出各煤粉燃烧器的一次风量。? 3.1　二次风挡板特性试验? 　　在每组煤粉燃烧器的二次风喷口处，选4点用风速仪测量二次风喷口气流速度，以供锅炉进行二次风配风方式燃烧调整时使用。挡板开度分别为0、25%、50%、75%、100%，维持二次风总风压在1 600～1 800 Pa之间。 　　通过对4个角的二次风挡板特性曲线的标定，得出了二次风挡板开度与二次风出口气流速度的关系曲线。从二次风挡板特性曲线可以看出：大多数的二次风挡板特性规律性较强，可以用于运行调整。? 3.2　一、二次风喷口速度的调平试验? 3.2.1　冷态模化试验及计算? 　　在实炉上进行冷态等温模化试验，除了保证煤粉燃烧器出口气流的雷诺数达到自模区，即Re≥105，还要遵守冷、热态时煤粉燃烧器一、二次风出口气流动量比相等的原则，此次冷态模化试验按设计参数进行。冷态模化试验及计算结果见表5。表5　冷态模化试验及计算结果<table id="table5" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center">名　称 </td><td align="center">数据来源 </td><td align="center">100%ECR工况 </td></tr><tr><td align="center" height="27">一次风速度W1/m·s-1
</td><td align="center" height="27">设计参数 </td><td align="center" height="27">27.5 </td></tr><tr><td align="center">一次风温T1／℃ </td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">160 </td></tr><tr><td align="center">一次风煤粉浓度Μ／kg·kg-1
</td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">0.5 </td></tr><tr><td align="center">二次风速W2／m·s-1
</td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">39.95 </td></tr><tr><td align="center">二次风温T2／℃ </td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">330 </td></tr><tr><td align="center">煤粉与空气速度不同的修正系数K
</td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">0.8 </td></tr><tr><td align="center">模化温度T2m／℃ </td><td align="center">选取 </td><td align="center">30 </td></tr><tr><td align="center">冷态模化二次风速度W2m／m·s-1
</td><td align="center">公式计算 </td><td align="center">25.4 </td></tr><tr><td align="center">冷态模化一次风速度W1m／m·s-1
</td><td align="center">公式计算 </td><td align="center">22.5 </td></tr><tr><td align="center">炉膛截面宽A/ m </td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">13.66 </td></tr><tr><td align="center">炉膛截面深B/m </td><td align="center">设计参数 </td><td align="center">11.66 </td></tr><tr><td align="center">炉膛截面当量直径Ddl/m </td><td align="center">公式计算 </td><td align="center">12.581 </td></tr><tr><td align="center">炉内气流速度W/m·s-1
</td><td align="center">公式计算 </td><td align="center">0.66 </td></tr><tr><td align="center">炉内气流的雷诺数Re </td><td align="center">公式计算 </td><td align="center">5.2×105</td></tr></tbody></table>3.2.2　煤粉燃烧器一、二次风喷口速度调平

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:34:31

根据一次风管道上笛形管流量系数的标定结果和二次风挡板特性曲线，给出冷态空气动力场测定时一、二次风速度。一次风管道的风速与二次风挡板开度见表6与表7。　　　　　　　　　　　　　表6　冷态模化时一次风速　　　　　　m/s<table id="table6" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center">项　目 </td><td align="center">No.1 </td><td align="center">No.2 </td><td align="center">No.3 </td><td align="center">No.4 </td></tr><tr><td align="center">一层一次风速 </td><td align="center">22.35 </td><td align="center">21.60 </td><td align="center">22.93 </td><td align="center">22.93 </td></tr><tr><td align="center">二层一次风速 </td><td align="center">22.64 </td><td align="center">20.35 </td><td align="center">20.67 </td><td align="center">22.93 </td></tr><tr><td align="center">三层一次风速 </td><td align="center">23.76 </td><td align="center">18.66 </td><td align="center">20.51 </td><td align="center">19.86 </td></tr><tr><td align="center">四层一次风速 </td><td align="center">20.67 </td><td align="center">23.22 </td><td align="center">20.99 </td><td align="center">21.45</td></tr></tbody></table>　　注：W平均=21.6±1.5(m/s)　　　　　　　　　　　　表7　冷态模化时二次风挡板开度　　　　　　　　％<table id="table7" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center">项　目 </td><td align="center">No.1 </td><td align="center">No.2 </td><td align="center">No.3 </td><td align="center">No.4 </td></tr><tr><td align="center">上上二次风挡板开度 </td><td align="center">53 </td><td align="center">43 </td><td align="center">33 </td><td align="center">44 </td></tr><tr><td align="center">上中二次风挡板开度 </td><td align="center">47 </td><td align="center">36 </td><td align="center">68 </td><td align="center">41 </td></tr><tr><td align="center">上下二次风挡板开度 </td><td align="center">64 </td><td align="center">56 </td><td align="center">48 </td><td align="center">52 </td></tr><tr><td align="center">下上二次风挡板开度 </td><td align="center">58 </td><td align="center">69 </td><td align="center">52 </td><td align="center">46 </td></tr><tr><td align="center">下中二次风挡板开度 </td><td align="center">66 </td><td align="center">55 </td><td align="center">47 </td><td align="center">55 </td></tr><tr><td align="center">下下二次风挡板开度 </td><td align="center">45 </td><td align="center">59 </td><td align="center">58 </td><td align="center">60</td></tr></tbody></table>3.3　100%ECR炉内空气动力场的测定?

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:35:03

100%ECR炉内空气动力场是在炉膛出口负压为-30～-50 Pa，二次风压保持在1 600 Pa、二次风调平时流速25.4±2 m/s时进行。侧边风挡板开度为30%～40%。试验结果见图4。?<img height="451" src="http://qikan.cepee.com/images/0403/1702.gif" width="400" alt=""/> 图4　100%ECR炉内空气动力场　　在100%ECR条件下，一次风喷口气流在炉内形成一个长轴为7 800 mm，短轴为7 200 mm的强风环。强风环的最大速度为7.5～9.0 m/s，一、二次风气流刚劲有力，无气流贴壁现象，一、二次风气流进入炉膛后形成一个稳定逆向的旋转体，强风环居中。? 3.4　浓淡分离挡板预调整 　　由于1、2号角的煤粉管在入炉弯头处浓淡分离后浓粉在向火侧，而3、4号角的煤粉管在入炉弯头处浓淡分离后浓粉在背火侧，与设计不一致，因此对浓淡分离挡板进行预调整，调整角度如表8所示。

卡卡西 · 发表于 2008-2-1 17:36:14

表8　浓淡分离挡板预调整角度<table id="table8" bordercolor="#000000" cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="1"><tbody><tr><td align="center" width="6%">　 </td><td align="center" width="21%">No.1 </td><td align="center" width="21%">No.2 </td><td align="center" width="23%">No.3 </td><td align="center" width="21%">No.4 </td><td align="center" width="8%">备注 </td></tr><tr><td align="center">一层 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　 </td><td align="center">船体 </td></tr><tr><td align="center">二层 </td><td align="center">15°、0°、0° </td><td align="center">15°、0°、0° </td><td align="center">15°、15°、0° </td><td align="center">15°、15°、0° </td><td align="center">浓淡 </td></tr><tr><td align="center">三层 </td><td align="center">15°、0°、0° </td><td align="center">15°、0°、0° </td><td align="center">15°、15°、0° </td><td align="center">15°、15°、0° </td><td align="center">浓淡 </td></tr><tr><td align="center">四层 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　 </td><td align="center">　 </td><td align="center">船体 </td></tr><tr><td align="center">方向 </td><td align="left" colspan="5">给粉管道 → 浓淡风燃烧器 → 炉膛</td></tr></tbody></table> 4　改造后热态试验结果　　为了考核8号锅炉煤粉燃烧器改造后的锅炉在额定负荷下的效率、NOx排放量、40%额定负荷下锅炉稳定燃烧等情况，陡河发电厂、北京国电龙高科环境工程技术有限公司于2003年4月20日～25日对8号炉进行了热态燃烧调整试验。? 4.1　NOx排放? 4.1.1　NOx排放量计算方法 　　按照惯例，锅炉NOx排放量应将实测的NOx折算到氧量为6%时NOx的浓度。具体方法为 　　??<img height="40" alt="" src="http://qikan.cepee.com/images/0403/2004-01-nongdanranshao1.gif" width="175"/>　　　　 　　式中，［NOx］为折算到氧量为6% 时的NOx浓度，mg/m3；［NOx］′为实测得到NOx浓度，ppm；［O2］为实测得O2浓度，%。? 4.1.2　燃烧器改造前后NOx排放物比较? 　　为了比较燃烧器改造前后NOx排放物的多少，在燃烧器改造前，对8号炉的NOx排放物进行测定，试验共进行了2个工况。燃烧器改造后，又对NOx排放物进行测定，试验结果见表9。

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