低氮燃燒器改造及其存在問(wèn)題處理分析

【文章摘要】
本文以我國(guó)某地的電廠機(jī)組鍋爐燃燒器為例，首先分析了低氮燃燒器的改造方案，繼而就其中所存在的問(wèn)題進(jìn)行探討，旨在降低有害物質(zhì)的排放量，提高低氮燃燒器的燃燒效率，改善爐底漏風(fēng)、汽溫低等問(wèn)題，以供參考指正。
【關(guān)鍵詞】
低氮燃燒器；改造；排放量；再熱汽溫
該電廠的機(jī)組鍋爐低氮燃燒器配置有SCR 脫硝裝置，年均液氨消耗量將近680 萬(wàn)，包括催化劑更換費(fèi)用在內(nèi)的維護(hù)費(fèi)用更是高達(dá)730 萬(wàn)元，并且該低氮燃燒器不具備滿(mǎn)足第三時(shí)段排放標(biāo)準(zhǔn)的條件。因此，該電廠對(duì)其進(jìn)行改造，經(jīng)過(guò)改造后， 爐膛出口的NOx 值達(dá)標(biāo)，然而其運(yùn)行參數(shù)也發(fā)生了相應(yīng)的變化，影響到汽溫、再熱汽溫等。
1 電廠鍋爐概況低氮燃燒器概況分析
該電廠的機(jī)組鍋爐屬于自然循環(huán)汽包爐的范疇，具備一次中間再熱的功能， 其基本構(gòu)造為直流燃燒器、全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)、四角切圓燃燒器。其制粉系統(tǒng)為正壓冷一次風(fēng)直吹式系統(tǒng)，各臺(tái)鍋爐均配備五臺(tái)中速磨煤機(jī)，一臺(tái)處于備用狀態(tài)。鍋爐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大連續(xù)蒸發(fā)量為1105t•h-1 ；額定蒸汽溫度為540℃ ； 額定蒸汽壓力為18.0Mpa ；給水溫度為275℃ ；進(jìn)/ 出口溫度為335/530℃。低溫過(guò)熱器、旁路過(guò)熱器、末級(jí)過(guò)熱器等共同組成鍋爐過(guò)熱器系統(tǒng)，末級(jí)過(guò)熱器的入口位置設(shè)有Ｉ級(jí)減溫器，以調(diào)整爐膛輻射受熱面的吸熱量，加裝噴水減溫器，防止因溫度過(guò)高而出現(xiàn)生產(chǎn)事故。
2 改造方案
在充分調(diào)研與論證的基礎(chǔ)上，采用雙尺度低NOx 燃燒技術(shù)改造鍋爐低氮燃燒器，優(yōu)化調(diào)試鍋爐。具體的改造方案為： ①將現(xiàn)有的燃燒器組件全部更換，重新布置燃燒器，調(diào)整原先的切圓直徑，1 號(hào)與3 號(hào)角切圓擴(kuò)大到1183mm，2 號(hào)與4 號(hào)角切圓則維持原狀。②將原先的SOFA 燃盡風(fēng)全部拆除，選定主燃燒器的上方位置設(shè)置3 層分離SOFA 噴口，同時(shí)將原先的SOFA 燃盡風(fēng)組件全部更換。③選用上下濃淡之間自帶穩(wěn)燃鈍體的燃燒器作為一次風(fēng)噴口。④廢除小部分空氣風(fēng)室，選用二次風(fēng)室新型結(jié)構(gòu)，以減小空氣風(fēng)室面積。⑤在原基礎(chǔ)上增設(shè)緊湊燃盡風(fēng)室，加裝貼壁風(fēng)于其左右兩側(cè)。⑥引進(jìn)節(jié)點(diǎn)功能區(qū)新型技術(shù)，選定一次風(fēng)噴口位置加裝貼壁風(fēng)。
促使一次風(fēng)、下端部風(fēng)保持逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，二次風(fēng)與SOFA 燃盡風(fēng)則保持順時(shí)針旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，一次風(fēng)與二次風(fēng)保持6.5°角偏置，以順時(shí)針?lè)捶较蚯腥耄瑯?gòu)造空氣分級(jí)（橫向）。重新進(jìn)行風(fēng)量分配，擴(kuò)大主燃燒器區(qū)一次風(fēng)噴口與二次風(fēng)噴口的面積，以契合入爐煤種的燃燒特征，降低主燃燒器區(qū)的風(fēng)量，尤其是二次風(fēng)量， 構(gòu)造空氣分級(jí)（縱向），保證燃燒器具備上下擺動(dòng)的功能。增加高位燃盡風(fēng)量，以降低其對(duì)爐膛出口煙溫的影響，調(diào)整爐膛出口溫度，實(shí)現(xiàn)低NOx 排放的改造目的。經(jīng)改造，NOx 的排放量可控制在180mg/m³ 左右，CO 的排放濃度則控制在110μL/L 左右，液氨費(fèi)用得以降低。
3 存在的問(wèn)題與解決措施
經(jīng)過(guò)改造之后，鍋爐的受熱面、半輻射、再熱器輻射、吸熱量比例等均發(fā)生了較大的變化，導(dǎo)致各負(fù)荷階段機(jī)組的再熱汽溫急劇降低，下降幅度約為12℃— 15℃。針對(duì)機(jī)組升降負(fù)荷而言，其下降溫度＞ 35℃ /min 的現(xiàn)象屢有發(fā)生，嚴(yán)重威脅汽輪機(jī)的安全，縮短其使用壽命。在深入分析低氮燃燒器原理的基礎(chǔ)上，筆者認(rèn)為其所存在的問(wèn)題主要在于如下幾個(gè)方面：①在負(fù)荷波動(dòng)的狀態(tài)下，SOFA 的調(diào)整速率較慢，嚴(yán)重影響爐膛的煙溫。②一次風(fēng)率過(guò)高，二次風(fēng)的調(diào)整作用有待強(qiáng)化。③低氮燃燒器的二次燃燒區(qū)域溫度不夠。針對(duì)低氮燃燒器所存在的問(wèn)題，需要采取具有針對(duì)性的解決措施，具體如下：
3.1 調(diào)整二次風(fēng)配比
參照雙尺度的燃燒特性，應(yīng)當(dāng)在燃盡區(qū)內(nèi)設(shè)置一個(gè)熱負(fù)荷中心，以避免對(duì)輻射受熱面的吸熱效果造成不利的影響。在燃燒區(qū)富氧燃燒的情況下，二次燃燒區(qū)域的熱負(fù)荷會(huì)快速下降，制約著輻射受熱面的熱量吸收。鑒于此，可對(duì)二次風(fēng)配比進(jìn)行合理的調(diào)整，降低主燃燒區(qū)域的二次助燃風(fēng)與周界風(fēng)，保證燃燒區(qū)氧含量充足，繼而提高二次燃燒區(qū)熱負(fù)荷。伴隨下層二次風(fēng)量的逐漸下降，鍋爐壓力卻會(huì)上升，所以在調(diào)整的過(guò)程當(dāng)中，需要注意二次風(fēng)量的客觀局限性。
3.2 降低一次風(fēng)率
鑒于該燃燒器的制粉系統(tǒng)管道比較長(zhǎng)，并且管道的阻力也比較大，基于確保帶粉性能的重要目的，所以一次風(fēng)的風(fēng)量一般都比較大。一般而言，一次風(fēng)煤比的合理比例為2.4—2.6 之間。為了調(diào)整主燃燒區(qū)域的氧含量，就必須要降低一次風(fēng)率。首先，調(diào)整磨煤機(jī)液壓的加載系統(tǒng)以及出口分離器擋板，隨后根據(jù)實(shí)際情況把一次風(fēng)率降低到2.0—2.1 之間。假設(shè)其余的邊界條件維持恒定不變，那么降低一次風(fēng)率的效果是非常顯著的，能夠在原先的基礎(chǔ)上將再熱汽溫提升3℃—4℃。
3.3 調(diào)整燃盡風(fēng)
一般情況下，在爐底出現(xiàn)漏風(fēng)問(wèn)題的前提下，低氮燃燒器的火焰中心會(huì)明顯提升，導(dǎo)致?tīng)t膛出口溫度過(guò)高，繼而引起減溫水量增加。然而，經(jīng)過(guò)改造之后，爐底漏風(fēng)可對(duì)主燃燒區(qū)氧量實(shí)現(xiàn)有效的補(bǔ)充，起到了降低再燃燒區(qū)燃燒份額的作用，但是也帶來(lái)了受熱面吸熱不足與再熱汽溫過(guò)低的問(wèn)題。因此，需要對(duì)燃盡風(fēng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，減少漏風(fēng)量，重新調(diào)整氧量，并且對(duì)燃盡風(fēng)進(jìn)行調(diào)整，原則上不會(huì)對(duì)再熱汽溫造成任何影響。鑒于該電廠的機(jī)組鍋爐低氮燃燒器依舊以干排渣系統(tǒng)為主，在維持冷渣風(fēng)量恒定的基礎(chǔ)下，將所存在的漏點(diǎn)實(shí)現(xiàn)封堵，將干排渣機(jī)調(diào)整風(fēng)門(mén)關(guān)閉， 可起到降低爐底漏風(fēng)率的作用。經(jīng)過(guò)對(duì)燃盡風(fēng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，再熱汽溫也會(huì)隨之升高，最高可升至540℃左右，再熱汽溫的控制可通過(guò)SOFA 的擺動(dòng)加以實(shí)現(xiàn)。
在改造低氮燃燒器之前，其再熱系統(tǒng)僅配備一級(jí)減溫水，位于墻式再熱器入口的位置，并且無(wú)中間點(diǎn)溫度測(cè)點(diǎn)，導(dǎo)致出現(xiàn)了汽溫容易波動(dòng)、減溫水響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等一系列的問(wèn)題，再加上減溫水閥門(mén)線性非常差，不便于進(jìn)行再熱汽溫的調(diào)節(jié)操作。因此，可在計(jì)算出處開(kāi)度、流量、曲線的基礎(chǔ)上，優(yōu)化燃燒配風(fēng)并治理爐底漏風(fēng)，確保再熱汽溫達(dá)標(biāo)，在調(diào)整的過(guò)程當(dāng)中，可令SOFA 擺角以及燃燒器參與其中， 避免負(fù)荷變化對(duì)汽溫造成過(guò)大的影響。
4 結(jié)語(yǔ)
綜上所述，針對(duì)低氮燃燒器的現(xiàn)狀對(duì)其進(jìn)行改造，可切實(shí)提高低氮燃燒器的使用性能，保證再熱汽溫滿(mǎn)足相關(guān)的使用要求。然而，無(wú)論是調(diào)整之前，抑或是調(diào)整之后，低氮燃燒器所存在的問(wèn)題依舊不能忽視，需要從調(diào)整二次風(fēng)配比、降低一次風(fēng)率、調(diào)整燃盡風(fēng)等方面出發(fā)，合理調(diào)整，科學(xué)改造，對(duì)相關(guān)的技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題繼續(xù)加以明確。
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