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200MW机组锅炉低氮燃烧调整方法
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600MW锅炉低氮燃烧器改造可行性研究
    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600MW亚临界自然循环锅炉。锅炉整体设计技术采用美国FosterWheeler技术，共配备24只双调风旋流燃烧器，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：
(l)燃烧器一次风进口蜗壳、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，并已数次发生燃烧器着火险情，对锅炉安全运行构成了严重威胁。
(2)燃烧器一、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，燃烧器喷口烧损情况时有发生。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
(3)燃烧器尤其是上层燃烧器和燃烬风(OFA)及侧墙区域易结渣，煤种的适应性差。
(4)NOx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，主要与炉膛燃烧器区域热负荷，燃烧器结构与布置方式，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22.20m．深为15.97m，高为59.0m。炉膛截面积为354m2．炉膛有效容积为17987m3。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只燃烧器，每层燃烧器中心之间的垂直距离仅为3.5m，热负荷比较集中。
炉膛容积热负荷(BMCR)为85.9kW/m3，炉膛断面热负荷(BMCR)为4.36MW/m2，燃烧器区壁面热负荷(BMCR)为2.02MW/m2。锅炉单只燃烧器的热负荷偏大，燃烧器区域壁面热负荷高，因此，在燃烧器区域极易出现严重结渣。
1.2.2燃烧器结构分析
5号锅炉燃烧器具有以下特点：
(l)-次风通过涡壳切向进入燃烧器，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咖，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，该燃烧器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，且燃烧器区域局部热负荷过高，这是5号炉燃烧器磨损、烧损、结渣、NOx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98t/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30m/s左右。因此，一次风速过高大大加剧了燃烧器局部磨损，同时也影响到NOx排放浓度。
燃烧器喷口二次风流速也明显偏高，且燃烧器区域二次风箱结构不合理，各燃烧器二次风量分配不均匀，对炉膛结渣和NOx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NOx的生成与排放。但OAP控制风门与最上层燃烧器之间的距离仅为3.5m．氮氧化物还原区域过小，大大削弱了分级燃烧对NOx控制的有效功能。
2、低氮燃烧器改造可行性研究
目前，在国内600MW等级、前后墙对冲燃烧方式的锅炉中，应用比较广泛的旋流燃烧器主要有3种：英巴技术燃烧器、东方锅炉厂燃烧器、美巴技术燃烧器。现针对这3种燃烧器进行改造方案研究。
2.1英巴技术燃烧器改造方案
2.1.1英巴技术低氮燃烧器特点
2.1.1.1-次风由煤粉燃烧器入口弯头切向进入燃烧器，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N2，从而有效抑制NOx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，其轴线即为燃烧器的水平轴线，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；在燃烧器使用过程中，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，燃烧器喉口使用硅碳瓦卫燃带，燃烧器内部具有铸金属防磨内衬。
2.1.2改造方案
2.1.2.1基础方案：在燃烧器和OFA喷嘴原有位置上．更换成英巴燃烧器和新OFA喷嘴。
2.1.2.2备选方案1：在燃烧器原有的位置上更换成英巴燃烧器，将OFA喷嘴位置提高至上层燃烧器上方6.4m处，并更换成新的OFA喷嘴。
2.1.23备选方案2：根据炉膛宽度重新布置燃烧器间距，并更换成英巴燃烧器；使用高速OFA系统，并将OFA喷嘴位置提高至上层燃烧器上方12.7m处。
2.2东方锅炉厂燃烧器改造方案
2.2.1东方锅炉厂燃烧器特点
2.2.1.1东方锅炉厂燃烧器是在日立燃烧器基础上改进而成的，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，极大地提高了燃烧器的低负荷稳燃性能。
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，以保证各燃烧器之间配风均匀和调节燃烧器内的配风。
2.2.1.5合理设计燃烧器结构特别是调节机构，保证燃烧器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)降低燃烧器区域壁面热负荷，加大燃烧器的垂直距离，最上层燃烧器不动，将下二层燃烧器下移，使燃烧器区域壁面热负荷约为1650kW/m2。燃烧器垂直间距增加后，火焰中心约下降1.4m。
(2)采用东方锅炉厂自主型燃烧器更换原燃烧器。
(3)增加全炉膛分级程度，加大OFA与上层燃烧器的间距，同时适当增加OFA比率，使主燃烧器区域空气系数在0.9&1.0。
(4)通过优化燃烧器结构和风箱配风条件，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NOx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)燃烧器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与上层燃烧器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、煤粉燃烧器、大风箱、炉前垂直煤粉管道以及燃烧器控制的相关设备等。
2.2.2.2改造方案2
(1)燃烧器和OFA调风器的位置保持不变，采用东方锅炉厂自主型燃烧器，并对OFA调风器的结构优化。
(2)优化大风箱、燃烧器控制相关设备。
(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，NOx排放浓度可望达到550mg/m3以下。
2.3美巴技术燃烧器改造方案
2.3.1美巴DRB-42低氮燃烧器特点
2.3.1.1燃烧器在一次风人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NOx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NOx。
2.3.1.2燃烧器一次风管外围设有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。这种燃烧器形成的火焰，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NO，生成量，又可保证燃烧效率。
2.3.1.3燃烧器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．可以满足燃烧器喷嘴使用寿命不低于50000h的要求。燃烧器结构充分考虑了检修的方便，每台燃烧器均装有观察孔，并留有安装火焰检测器的位置。
2.3.1.4燃烧器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、稳燃所必需的高温烟气，并适时补充燃烧所需的氧气和产生必需的气流扰动。当锅炉负荷变化较小时，可适当调整燃烧器的风、粉供给量和燃烧器的二次风量。当锅炉负荷变化较大时，可切除或投入l层燃烧器及相应的磨煤机，并相应地减少或增加总二次风量。
2.3.1.5燃烧器具有对单只燃烧器进行二次风量控制的调风挡板。当锅炉负荷变化时，燃烧系统和燃烧器只需做少量调整工作，就可以适应锅炉负荷变化。燃烧器改造后能够确保在30%BMCR负荷下不投油稳燃。
2.3.1.6燃烧器结构考虑了检修时能够从外部进行拆装的条件，每个大风箱与水冷壁密封焊接，并随水冷壁一起膨胀。燃烧器外二次风喉口与水冷壁上燃烧器开口的联接采用非焊接结构，并用硅酸铝耐火纤维绳密封。煤粉管道弯头与送粉管道采用法兰连接，富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
2.3.2改造方案
2.3.2.1在燃烧器原有位置上，用24只DRB-42燃烧器替代现有的燃烧器，并将煤粉进口更换成900弯头。
2.3.2.2用DualZoneNO.喷口替代现有的OFA喷口。
2.3.23燃烧器区域二次风箱改造，使各燃烧器之间配风更均匀。改造后，预计5号炉NO，排放浓度可达349mg/m3。
3、可行性研究
5号锅炉燃烧器改造，原则上燃烧器数量、位置、层间距不变，合理控制改造范围，确保锅炉的总体性能基本不变，飞灰含炭量控制在3%以内，N2浓度控制在400～00mg/m3。另外，还须解决磨损问题，通过增加燃烧器进口截面积以降低流速，改进燃烧器材质，局部采取防磨措施等手段，以确保改造后的燃烧器磨损寿命达到预期目标。
从燃烧器技术比较：英巴燃烧器与5号炉燃烧器比较接近，现场改造工作量较小；日立燃烧器燃料浓淡分级效果明显，NOx排放浓度较低，东方锅炉厂自主型燃烧器特点与日立燃烧器基本相同；美巴燃烧器总体性能良好，但与5号炉燃烧器差别较大。
从燃烧器磨损情况比较，美巴燃烧器磨损较轻；英巴燃烧器中心风筒局部有磨损；日立燃烧器煤粉浓缩器及中心风筒磨损较严重，更换周期大约为2年。
3种改造方案均有利弊，具体采用哪种方案还需结合北仑电厂锅炉改造实际情况，对其技术及经济性进行进一步论证。
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