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前墙布置旋流燃烧器锅炉的运行优化调整试验研究

  • 作者:陈炳华、李玉军、王智微
  • 供稿:米尔自动化网
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  • 发布时间:2012-08-08
 一、存在问题

华能日照电厂一期2×350MW机组FWESA1189.36/17.14-I型中间再热锅炉额定蒸发量为1122t/h,设计热效率为92.20%(按低位热值计算)。锅炉设计燃用收到基挥发分26.25%、收到基灰分 31.54%、收到基水分8.6%、低位热值20.04MJ/kg的陕西黄陵烟煤,配置4套中速辊式磨煤机正压直吹式制粉系统,及控制风量/分离火焰(CF/SF)低NOx旋流燃烧器,燃烧器分A/B/C/D4层从上到下布置在炉膛前墙上,每层4支燃烧器。
燃烧器布置在炉前二次风大风箱内,后侧安装一次风粉混合物进口旋流管,风粉混合物气流在离心力的作用下分成浓/淡两股,低浓度的风粉从燃烧器内环形喷口进入炉膛,高浓度风粉混合物经通道外壁陶瓷衬套上的抗涡流杆消旋后,被燃烧器喷嘴分离成4股煤粉气流喷入炉膛。通过轴向移动燃烧器内套管的位置,可调整火焰形状及位置。燃烧器二次风通过套筒挡板进入内外两级配风器,内、外配风器将二次风分成两股集中旋转气流,通过与燃烧器喷嘴同心的内、外二次风环形喷嘴进入炉膛。内配风器调节靠近燃烧器喷嘴区的风粉混合物旋流强度,配合一次风速和内套筒位置,提供煤粉气流着火初期所需氧气,并控制煤粉气流的着火点;外配风器控制二次风气流旋转(旋流强度小于内二次风)进入炉膛,该气流与大约2个燃烧器喉口直径距离的火焰区混合,提供煤粉着火所需剩余氧气。为监控燃烧器温度,在所有燃烧器喷嘴外壁布置有3个热电偶,在外套管中间部位布置1个热电偶。
 
实际运行中发现,锅炉运行中过量空气系数往往高于设计值,造成排烟损失增大,厂用电率升高。由于煤质、机组负荷等频繁变化,当保持较低风量运行时,飞灰含碳量和CO排放浓度大幅上升。经初步的燃烧优化调整后,在设计工况下锅炉效率可达到设计值,偏离设计煤种(尤其是高碳、低挥发分煤种)时,飞灰含碳量在4%左右,锅炉效率低于设计值。
 
二、磨煤机风煤比和出口风粉温度
 
一次风量过低,煤粉气流的刚性和卷吸能力减弱,着火延迟,燃烧缓慢,易“回火”烧坏燃烧器喷口,一次风管道易发生风粉分层引起煤粉沉积、堵管;一次风量过高,煤粉着火推迟,燃烧不稳定,较粗的煤粉会随煤粉气流直冲对面的炉墙,易引起结渣和底渣含碳量增加。
 
试验煤种采用霍州烟煤,煤质分析见表1。试验中分别控制磨煤机风煤比为1.8和 1.5倍,机组在100%、75%、50%TMCR3 个负荷段每个负荷稳定运行3h,每半小时在空气预热器出口取一次灰样(表2)。由表2可以看出,不同负荷下风煤比为1.5倍时的飞灰含碳量较风煤比为1.8倍时降低了0.8%~1.3%, 根据耗差分析影响供电标煤耗约1~2g/(kw·h)。
 
表1 霍州烟煤煤质工业分析
 
表1 霍州烟煤煤质工业分析
通过调节进入磨煤机的冷一次风量控制风粉温度分别为65℃和85℃,锅炉总风量恒定,磨煤机风煤比控制在1.8倍,试验结果见表2。由表2可见,风粉温度对飞灰含碳量影响不明显,由于磨煤机出口温度提高使冷一次风量减少而降低排烟温度1.9~2.3 ℃,影响供电煤耗约0.4g/(kw·h)。
 
表2 试验结果
 
表2 试验结果
三、二次风配风调整
 
由于实际运行中磨煤机出口4条粉管的一次风速和风粉浓度存在差别,需要优化配置不同的二次风量。实际测量发现,同层燃烧器磨煤机出口粉管风速和煤粉细度与燃烧器喷嘴外壁温度指示(取3点均值)有较好的拟合性(表3) ,可根据燃烧器喷嘴外壁温度优化调整二次风量。由表3可以看出,通过对同层燃烧器优化配风调整,锅炉不同负荷下飞灰含碳量降低0.4%左右,根据耗差分析约影响供电煤耗 0.6g/(kW·h)。
 
表3 磨煤机出口粉管测量
 
 

四、分仓送煤

 
选用煤场储量较多的大同烟煤和南非烟煤(表4) ,对传统的煤场混煤与分仓送煤进行对比试验。煤场混煤按照1∶1的比例进行掺配后加入磨煤机原煤仓,分仓送煤把大同烟煤加入D原煤仓,南非烟煤加入A/B/C原煤仓,锅炉总风量恒定,试验期间维持磨煤机风煤比在1.8倍。
 
表4 试验煤种工业分析
 
表4 试验煤种工业分析
相同燃烧条件下(锅炉负荷、总风量、一次风量相同),分仓送煤较传统煤场混煤的飞灰含碳量降低1%~1.9%(表2) ,影响供电煤耗1.52~2.9g/(kw·h)。而且,分仓送煤更易控制经济煤粉细度,提高磨煤机出口温度,改善炉膛内燃烧条件。经过一周的试验观察,炉膛后墙水冷壁和屏式过热器结焦重点区域的结焦、积灰情况有所缓解,可减少吹灰频次,提高锅炉运行的安全性和经济性。
 
五、束腰配风
 
束腰配风就是将中部燃烧器的二次风量适当减小以提高炉膛局部截面和容积热负荷,强化炉膛燃烧区域的火焰中心温度。
 
对均衡和束腰2种配风方式进行了对比试验,试验煤种为霍州烟煤,磨煤机风煤比控制在1.8倍,额定蒸发量下锅炉总风量保持恒定。束腰配风试验时,最上层运行燃烧器的二次风套筒挡板全开,中部运行燃烧器二次风套筒挡板关小,最下层二次风套筒挡板开度要保证未燃烧的煤粉颗粒不下落,以控制炉渣含碳量小于 1.5%。
 
束腰配风比均衡配风的飞灰含碳量低1%左右,同时通过空气分级燃烧有效降低了NOx的生成,但束腰配风运行时A/B层燃烧器正对的后墙水冷壁区域结焦明显,而折焰角及屏式过热器区域结焦情况无明显变化。另由于中间燃烧器区域缺氧燃烧,后墙水冷壁附近易形成还原性气氛,因此采用束腰配风方式时要加强锅炉后墙水冷壁结焦以及高温腐蚀的检查与处理(表5)。
 
表5 不同配风方式对锅炉飞灰含碳量的影响
 
六、综合调整对锅炉效率的影响
 
综合调整对锅炉效率的影响见表6。由表6可以看出,经过提高磨煤机出口风粉温度、分仓送煤、束腰及燃烧器配风等运行调整,锅炉效率提高了1.20%,供电煤耗降低4g/( kW · h )左右。
表6 综合调整对锅炉效率的影响
 
日照电厂1号锅炉2010年10~12月的烟气中CO含量和运行氧量的关系如图1所示。从图1可以看出,随着机组负荷的增加和运行氧量的降低,CO浓度也在逐渐增加。低氧量运行一方面可以降低排烟损失和厂用电率,但同时会增加化学未完全燃烧损失和机械未完全燃烧损失。因此,需要定量地在线分析运行参数和运行方式的调整结果,使运行优化调整后机组的总体指标保持在最佳水平。
 
运行优化调整证明,该型锅炉负荷在50%~100%TMCR时,运行氧量可控制在2.5%~4%范围内,低于厂家推荐的3.5%~5.5%。 
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