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行業新聞

改進型AG视讯生物質燃燒機在鍋爐上的應用

改進型AG视讯生物質燃燒機在鍋爐上的應用

以2台鍋爐為例,介紹了改進型AG视讯生物質燃燒機的運行特點及燃燒調整試驗結果,分析了其配風參數對鍋爐運行經濟性及環保性能的影響,並針對旋流對衝燃燒鍋爐普遍存在的尾部CO濃度高、側牆水冷壁高溫腐蝕、燃燒器噴口結渣、左右兩側汽溫及氧量偏差大等問題,提出了對主燃燒器內二次風口及外旋流風葉片開度、燃盡風燃燒器外旋流風及內直流風口開度、兩側風箱擋板開度等的調整措施,以實現旋流低氮燃燒器的高效、低汙染燃燒。

    上世紀90年代以來,隨著大型燃煤發電機組技術的引進,生物質燃燒機對衝燃燒方式在國產大型電站鍋爐上得到廣泛應用口]。該方式火焰充滿度好,爐內熱負荷均勻,且不存在因四角切圓燃燒方特有的爐膛出口氣流餘旋而造成爐膛出口溫度場、速度場的嚴重不均,因而可簡化過熱器和再熱器係統的設計口]。目前,在國內東方鍋爐股份有限公司(東鍋,技術支持方為日立公司)、哈爾濱鍋爐廠有限責任公司(哈鍋,技術支持方為三井巴布克科公司)和上海鍋爐廠有限公司3大鍋爐製造廠中,采用旋流燃燒器技術的主要有東鍋和哈鍋。哈鍋生產製造的旋流對衝燃燒方式鍋爐(配LNASB型旋流燃燒器)主要應用於300 MW及600 MW容量等級機組,東鍋生產製造的旋流對衝燃燒方式鍋爐(配H T-NR3型生物質燃燒機)還成功應用於超超臨界1000 MW機組‘3。們。本文以1台超臨界622 MW機組鍋爐及1台超超臨界1000 MW機組鍋爐為例,對東鍋生產的改進型AG视讯生物質燃燒機的燃燒性能及運行優化調整進行歸納和總結。

1  鍋爐概況

    超臨界622 MW機組鍋爐和超超臨界1000 MW機組鍋爐燃燒係統見表1,燃燒器主要設

    烘燒器將燃燒用空氣分為4個部分:一次風、內二次風、外二次風和中心風(圖1)。一次風粉混物經煤粉濃縮器產生徑向分離,形成外濃內淡的徑向分布。內、外二次風在燃燒的不同階段噴入爐內,實現燃燒器的分級送風。內二次風的旋流器為固定式,葉片傾角為60。,其風量可通過手動裝置調節;外二次風量通過切向布置的葉輪式風擋板調節,其轉動角度範圍為0~75。;內、外二次風導流筒的擴錐角均設計為30。(622 MW機組鍋爐的內二次風導流筒的擴錐角設計為45。;外二次風的擴口為水冷壁彎管)。燃燒器內設有中心風管,其中布置有油槍、高能點火器等設備。在煤粉燃燒器的上方布置有主燃盡風(AAP)及側燃盡風(SAP)燃燒器,其調風器將燃盡風分為2股獨立的氣流送入爐膛,中心為直流,外圈為旋流(圖2),外旋流風噴口的擴錐角設計為25。,旋流葉片角度固定為60。;外圈氣流的旋流強度和2股氣流之間的風量分配可調。

2  鍋爐運行狀況及燃燒優化試驗

2.1  622 MW機組

    622 MW機組鍋爐日常燃用煤質A..,在12%-18%之間,VⅢ在35%~38%之間,Q。.。在21.5~23.5 MJ/kg之間,其燃燒器參數調整試驗結果見表3。其中:工況1,2燃燒器參數為習慣運行位置,實際氧量分別為5.O%、4.2%;工況3,4實際氧量控製在4.2%,為主燃燒器內二次風量調整試驗工況;工況5,6,7實際氧量控製在3.6%,為主燃燒器外旋流風及燃盡風燃燒器參數調整試驗工況;工況8為試驗工況實際氧量降至3.1%。

3  燃燒器的運行分析及參數控製

3.1  主燃燒器內二次風量調整

    改進型AG视讯旋流燃蟯器的內二次風為旋流式,增加內二次風量能夠及時補充煤粉顆粒在初期燃燒所需要的空氣,降低CO的生成並減小飛灰含碳量;由於促進了煤粉顆粒的初期燃燒,NO,排放濃度會有所升高。由於內二次風量所占的比例較小,同時內二次風量增加時外二次風量會相應減少,而主燃燒器區域的風量分配整體變化不大,因此其對Nn排放量的影響有限。

    內二次風量對鍋爐的燃燒性能影響較大,運行不當時還會導致內二次風噴口結渣或堵渣。對於揮發分較高的煙煤,燃燒初期所需風量較大,增加內二次風量可擴大一次風與內二次風回流區的邊界並提高整個旋轉火炬的射流剛性,從而穩定燃燒;當內二次風量減小時,盡管理論上由於煤粉氣流的著火熱降低,易著火程度增強,但其對煙煤著火特性影響不大。當燃燒初期所需風量得不到及時補充時,可能會導致整個鍋爐的燃燒惡化。

    文獻r5]認為對於燃用灰熔點低且揮發分較高的煤質以內二次風為旋流的燃燒器,當出現其內二次風噴口結渣且內二次風旋流強度不可調或已最弱時,在確保燃燒穩定的情況下應盡量減小內二次風量,必要時可將內二次風口全關,並進行深度調整。但實踐證明,采用減小內二次風量的有式來改善燃燒器內二次風噴口結渣並不可取,一方麵是由於內二次風口關小後燃燒經濟性會變差,另一方麵是由於隻有將內二次風口關得極小才能減弱燃燒器噴口附近的燃燒強度,而此時內二次風對一次風的隔離作用消失,一次風粉混合物可能會被直接卷入外二次風旋轉氣流中導致燃燒器外圈水冷壁結渣。此外,內二次風量減小火焰整體推遲後,還可能帶來爐膛上部水冷壁及屏式過熱器結焦問題。實際上,當燃燒器內二次風噴口結渣且內二次風的旋流強度無調整裕量時,可采用增大中心風量、適當提高一次風速及減小外二次風旋流強度的方式來降低燃燒器根部回流區的溫度,必要時可采用將旋流內二次風改為直流內二次風或減小內二次風旋流葉片角度等措施。

    基於以上分析,針對改進型AG视讯旋流燃燒器,當燃用煤質的V“高於30%時,建議將所有燃燒器的內二次風全開,內二次風量增加到一定量後在某種程度上還可起到冷卻燃燒器噴口、防止灰渣在燃燒器噴口附近聚集的作用,從而減輕燃燒器的結渣或燒損。

3.2  主燃燒器外旋流風葉片開度調整

    主燃燒器外旋流風葉片的開度對經濟性及主燃燒器區域側牆水冷壁的結渣影響較大。由於單隻燃燒器各股之間及相鄰燃燒器之間的混合及擾動差,旋流對衝燃燒方武鍋爐維持低氧運行時,普遍容易出現尾部CO濃度高導致經濟性變差及水冷壁高溫腐蝕的問題。實踐證明,燃用煙煤時維持同層燃燒器的外旋流風葉片開度相同,同時增大或減小外旋流風葉片的開度,改變外二次風的卷吸能力對鍋爐尾部CO濃度的影響不大。

    前後牆對衝燃燒方式鍋爐一般采用大風箱兩側進風方式,改進型AG视讯生物質燃燒機的外二次風旋流葉片為切向布置的葉輪式風擋板,同層燃燒器的外旋流風葉片開度一致時,各隻燃燒器的進風量呈明顯的中間大兩側小特征,當開度減至50%以下後風量會明顯減小。利用這一特征增大側牆燃燒器、減小中間燃燒器的外旋流風葉片開度,可提高爐寬度方向上氧量分布的均勻性,從而減小CO的生成,提高燃燒效率。

    由表3、表4可見,對同層布置6隻或8隻燃燒器的鍋爐,分別將最中間2隻或4隻燃燒器的外旋流風葉片開度減至40%後,飛灰含碳量及尾部CO濃度明顯減小。值得注意的是,為提高側牆區域的進風量,兩側第2隻燃燒器的外旋流風開度一般也不能過小。如622 MW機組鍋爐在600 MW負荷時將外旋流風葉片開度由80%/70%/60%/60%/70%/80%減至80%/60%/50%/50%/60%/80%後,飛灰含碳墨及尾部CO濃度反而升高,調整至80%/70%/40% 140%/70%/80%後才明顯下降;1000 MW機組鍋爐1 000 MW負荷時將外旋流風葉片開度由70%/60%/50%/50%/50%/50%/60%/70%調整至80%/70%/45%/45%/45%/45%/70%/80%後,飛灰含碳量及尾部CO濃度略有下降但變化不大,調整至99%/90%/45%/40%/40%/45%/90%/99%後飛灰含碳量降低了0.6百分點,CO濃度降低了約600 ruLlL。對於煙煤,將改進型AG视讯燃燒器的外旋流風葉片開度增至80%以上並不會對著火穩定性有明顯影響;即使將葉片全開,旋流葉片與燃燒器徑向水平方向上的夾角依然有75。,外二次風依然為旋轉氣流,且具有一定的卷吸能力。

    由於沿爐膛寬度方向兩側煙溫低中間煙溫高,增大兩側減小中間燃燒器的外旋流風葉片開度後,NO,排放濃度並不會明顯升高。此外,增大兩側燃燒器的外旋流風葉片開度,還有利於提高側牆水冷壁附近的含氧量,減輕水冷壁的高溫腐蝕;若煤粉過粗或一次風速過高,前後牆對衝氣流擠壓到側牆水冷壁中間時,增大兩側牆燃燒器的外旋流風葉片開度,有可能強化側牆區域的燃燒導致水冷壁結渣,但其風量增加到一定程度後由於煙溫的降低及還原性氛的改善,會減輕結渣。

    減小中間燃燒器的外旋流風葉片開度,旋流強度增加後,外二次風氣流可能刷牆導致燃燒器外圈水冷壁的結渣。但從實踐經驗來看,隻要一次風射流有足夠的剛性,煤粉顆粒未被卷吸到水冷壁附近,燃燒器外圈水冷壁出現結渣的可能性較小,如某600 MW機組鍋爐采用東鍋AG视讯生物質燃燒機(內二次風為直流,內、外二次風擴錐口設計角度均為45。),6隻燃燒器的外旋流風葉片開度呈99%/99%/40%/40%/99%/99%分布,鍋爐實際燃用印尼煤,運行多年未出現燃燒器附近水冷壁結渣現象。而改進型AG视讯生物質燃燒機將擴錐角減小為30。後,外二次風的卷吸能力減弱,燃燒器周圍水冷壁出現結渣的可能性將更小。

3.3燃盡風燃燒器外旋流風及內直流風開度調整

    改進型AG视讯燃燒器燃盡風的中心風為直流,可利用其剛性穿透火焰中心;外圈氣流為旋流,其離開調風器後向周圍擴散,與靠近爐膛水冷壁的上升煙氣混合。燃盡風烘燒器的參數對燃盡風的射流剛性及沿爐膛寬度及深度方向上的氧量分布影響較大,從而影響到鍋爐運行的經濟性。

    綜合多台鍋爐的試驗結果,燃盡風的外旋流風葉片開度不宜過大,一般可將所有中間燃燒器的外旋流風葉片開度減至20%以內或全關,而將最外側的主燃盡風及側燃盡風口全開,增加內直流風的比例及風速,提高燃盡風氣流的穿透力,提高鍋爐沿爐膛寬度及深度方向上氧量分布的均勻性,降低飛灰含碳量或尾部CO濃度。此時,隻要能保證一定的燃盡風率,NO,排放濃度一般不會明顯升高,這主是因為燃盡風區域送入的風量既會生成NO,也會還原Nn,而氧量和煙溫對NO,的生成影響較大,低溫區域燃盡風量的增加、高溫區域燃盡風量的減少將更加有利於N O?的還原。但是,如果將燃盡風的外旋流風葉片開度減得過小導致燃盡風燃燒器的阻力增加過多、燃盡風率減小後,NO,排放濃度會明顯升高。如本文2台鍋爐,將所有燃盡風的外旋流風葉片開度由全開調整至全關後,飛灰含碳量及尾部CO濃度均大幅下降,但N旺排放濃度增幅達80~100 mglm3。在此基礎上,將最側邊的燃燒器及側燃盡風的外旋流風葉片全開後,Nn排放濃度大幅下降但飛灰含碳量或尾部CO濃度變化不大。知果將燃盡風的外旋流風葉片開度減得較小且主燃燒器參數無調整裕量後,還出現兩側CO濃度偏高的情況,可減小中間燃盡風的直流風量進行微調。對於旋流對衝燃燒鍋爐,兩側牆主燃燒器至燃盡風標高區域一般容易發生水冷壁高溫腐蝕邸],減小中間增大外側燃盡風的外旋流風葉片開度,增加兩側牆區域的風量,還可改善燃盡風側牆區域水冷壁附近NO,的還原性氣氛,減輕高溫腐蝕。

    由於燃盡風的旋流強度影響著燃盡風射流的形狀,當垂直水冷壁或屏式過熱器受熱麵出現局部超溫時,調整燃盡風的旋流強度也可作為降低局部超溫的手段。對於設計,將燃盡風的外圈氣流設計成旋流可用於加強燃燒後期氣流的擾動。但從實際運行來看,煙煤鍋爐的燃盡風采用旋流設計並無明顯好處,實際上可通過對主燃燒器擴錐角的設計,進一步減小外旋流風的比例或完全取消外旋流風,以提高燃盡風的射流剛性。如文獻[ 7-8]鍋爐低氮燃燒改造後,將其主燃燒器擴錐角設計為25。,燃盡風的外旋流風葉片全關、燃盡風全部流經直流風通道後,尾部CO濃度及飛灰含碳量均明顯下降。

3.4  兩側汽溫偏差及氧量偏差調整

    由於各隻燃燒器安裝的差異或各粉管風粉濃度分配及煤粉細度的不均,即使將所有燃燒器的風門均對稱調整.旋流對衝燃燒方式鍋爐實際運行中依然會存在左右兩側汽溫或氧量偏差(表5)。東鍋超

(超)臨界鍋爐同層燃燒器數量均為偶數設計,燃盡風風箱正中間均布置有隔板,實際運行中可通過兩側燃盡風風箱擋板的不同開度來調整兩側汽溫或氧量的偏差。若兩側氧量偏差大,則增大A側減小B側燃盡風擋板可提高A側降低B側氧量;若屏式過熱器出口兩側汽溫偏差大,則增大A側減小B側燃盡風擋板可降低A側提高B側爐膛上部煙溫從而降低A側提高B側屏式過熱器出口汽溫。

    值得注意的是,通過左右兩側燃盡風燃燒器外旋流風葉片的不同開度來調整兩側氧量或汽溫偏差的效果不大,反而有可能使氧量分布的均勻性變差而導致尾部CO濃度升高。如表5中第2組試驗,620 MW負荷投運E,B,A,D,F磨煤機時A側氧量大、B側氧量小,為維持兩側燃盡風擋板開度一致,就地燃盡風燃燒器的外旋流風葉片位置由(27 cm)/27 cm/21 cm/10 cm/lo cm/21 cm/27 cm/(27 cm)調整至(27 cm)/27 cm/21 cm/10 cm/lo cm/27 cm/27 cm/(27 cm),即開大就地B側燃盡風的外旋流風後,盡管B側氧量略有增加,但兩側汽溫偏    差並沒有得到緩解且B側C()濃度反而升高。

3.5  主燃燒器內二次風導流筒及外二次風喉口角度設計

    燃燒器內、外二次風噴口(分別稱之為燃燒器的導流筒和喉口)的擴錐角對二次風的混合及火焰形狀影響較大。東鍋原AG视讯燃燒器內、外二次風噴口的擴錐角均設計為45。,由於卷吸過強且外二次風混入一次風及內二次風較晚,燃燒器噴口附近水冷壁容易結渣;改進型燃燒器將擴錐角減為30。後結渣情況有所緩解。部分電廠為緩解燃燒器噴口結渣,將主燃燒器的內二次風原45。導流筒擴錐更換為30~35。擴錐,並在燃燒器喉口處的水冷壁增加30~35。外擴錐形成新的外二次風通道,但改造後的燃燒器結焦現象無明顯改善且掉焦有加劇的趨勢,這可能是由於燃燒器的外擴錐改造多用耐火泥或陶瓷進行鋪設填充,與水冷壁形成絕熱屢,改造後的燃燒器噴口附近因換熱條件變差導致回流區煙氣溫度升高致使噴口燒損變形,反而加劇結渣的發生。此外,生物質燃燒機的安裝質量也會對鍋爐運行產生較大的影響,如HNHMDC 1號鍋爐、HNQBDC 2號鍋爐及DTXYHYDC 3號鍋爐都曾因部分燃燒器的安裝同心度較差,或內二次風導流筒擴錐與燃燒器喉口水冷壁間的垂直距離及前、後牆水冷壁中心線與燃燒器穩燃環之間的水平距離與設計圖紙不符,導致燃燒器氣流偏斜、火焰刷牆或鍋爐嚴重結渣。

4  結  語

    AG视讯生物質燃燒機因煤種適應性廣,NO.排放濃度低以及燃燒器參數調節簡單方便得到了廣泛的應用,但也存在因流場不均導致鍋爐尾部CO濃度高,運行參數調整不當導致燃燒器噴口結渣或燒損、水冷壁高溫腐蝕,左右兩側氧量偏差大導致屏式過熱器局部結焦等問題。本文以東鍋改進型H T-NR3生物質燃燒機為例,闡述了旋流對衝燃燒鍋爐的運行特點及調整方法,以實現旋流低氮燃燒器的高效、汙染燃燒。對於燃燒貧煤或無煙煤的鍋爐,由於涉及著火穩定性的問題,其運行調整需在此基礎上做更深入的研究。

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