热电厂锅炉装置炉燃烧器改造项目工程可行性研究报告

1、辽阳XX分公司热电厂锅炉装置5号炉燃烧器改造项目工程可行性研究报告电力工程设计甲级证书 工程咨询甲级资质证书 XX电力勘测设计院目 录1 概述11.1项目概况及改造的必要性1.2设计依据1.3 设计范围1.4 主要设计原则2 燃烧器改造.22.1 燃烧器改造2.2 改造前后节能情况3 施工轮廓进度.154 投资估算及经济评价.164.1投资估算4.2经济评价5 结论.17 附件 1.5号锅炉燃烧器改造后方案简图附件2.辽阳XX分公司关于委托编制热电厂锅炉装置5炉燃烧器改造项目可行性研究报告的函1 概述1.1 项目概况及改造的必要性辽阳XX分公司热电厂现有机组均投产于20世纪90年代，总装机规模

2、为七炉八机。其中5号锅炉为BG-410/100-M型，是北京巴布科克.威尔科克有限公司生产厂生产的单汽包、自然循环、型布置的固态排渣煤粉炉。锅炉结构全部为钢结构，除下级省煤器和空气预热器采用支承方式外，锅炉本体全部悬吊于顶板上。炉膛断面为正方形，深度和宽度均为9980mm，炉膛四周由605，节距为80mm的膜式水冷壁，前后水冷壁下部管子倾斜与水平线成50角，形成冷灰斗，后水冷壁在炉膛出口下缘向炉内凸起形成具有35上倾角和30仰角的折焰角。从炉膛拐点（10100 mm）起至汽包中心绝对高度为32600mm。炉膛顶棚管标高39.0米，运转层标高为9.0米。由于辽阳XX热电厂煤源变化较大，燃煤煤质波

3、动范围大，造成锅炉燃烧器无法适应。5号锅炉自1993年投产以来，通过实际运行发现，锅炉负荷在400t/h左右常规运行时，减温水量比较大，炉膛部分结焦，屏式过热器结焦比较严重。在1996年由哈工大将原燃烧器改造为浓淡燃烧器，改造后的燃烧器仍然存在：锅炉炉内燃烧组织不好，锅炉结焦、减温水量大、370t/h以上负荷运行时燃烧不稳、氮氧化物排放量高、锅炉效率低等问题。为了解决现有问题，保持锅炉运行的稳定性、安全性、经济性，以适应燃烧多煤种的需要，辽阳XX分公司热电厂对5号锅炉进行燃烧系统改造是必要的。1.2 设计依据1.2.1严格执行火力发电厂设计规程（GB50049-94）。1.2.2经济评价按采用

4、中国石油天然气股份有限公司建设项目经济评价方法与参数。1.2.3辽阳XX分公司关于委托编制热电厂锅炉装置5号炉燃烧器改造可行性研究报告的函。1.3 设计范围1.3.1 对 5号锅炉燃烧系统进行改造：a.）燃烧器本体及固定装置。b.）燃烧器二次风箱及与之相接的二次风道接口。c.)燃烧器区域弯管水冷壁。d.)一次风管加装可调缩孔e.)部分一次风管弯头更换。 f.)燃烧器系统保温油漆及耐火塑料浇注。1.3.2 对上述系统的附属部分的设计：a.)燃烧器的二次风喷口。b.)下二次风喷口内的四个角高能点火枪及油枪。c.)火焰检测探头。1.4 主要设计原则1.4.1工艺系统设计应在保证电厂安全生产的条件下尽

5、可能的利用现有条件，减少拆迁量，以减少投资。1.4.2以安全生产，提高锅炉运行的稳定性、安全性，经济性为原则。各系统设计均应严格遵守相关的规程规定。2 燃烧器改造2.1燃烧器改造2.1.1 原有燃烧系统存在的问题辽阳XX分公司热电厂5号锅炉为BG-410/100-M型，单汽包、自然循环、型布置的固态排渣煤粉炉。锅炉结构全部为钢结构，除下级省煤器和空气预热器采用支承方式外，锅炉本体全部悬吊于顶板上。炉膛断面为正方形，深度和宽度均为9980mm，炉膛四周由605，节距为80mm的膜式水冷壁，前后水冷壁下部管子倾斜与水平线成50角，形成冷灰斗，后水冷壁在炉膛出口下缘向炉内凸起形成具有35上倾角和30

6、仰角的折焰角。从炉膛拐点（10100 mm）起至汽包中心绝对高度为32600mm。炉膛顶棚管标高39.0米，运转层标高为9.0米。锅炉采用辐射、对流过热器，按烟气流向炉顶分别悬挂屏式过热器、高温过热器和低温过热器。在后竖井布置有上级省煤器、上级空气预热器、下级省煤器和下级空气预热器。屏式过热器为辐射式，高温过热器和低温过热器为对流过热器。空预器为立式管式空预器。过热器系统采用两级减温水，一级减温布置在低温过热器和屏式过热器之间，在屏式过热器和高温过热器之间布置有二级减温器，喷水水源来自锅炉给水。炉膛出口烟气温度为1097.7。喷燃器为正四角切向的固定直流式煤粉喷燃器，于1996年8月由哈工大将

7、原燃烧器改造为水平浓淡燃烧器，保持二次风喷口不动，一次风喷口改成水平浓缩煤粉燃烧器，一次风速平均风速降为26m/s。考虑到所燃用的烟煤着火性能比较好，采用浓、淡不等风速设计，浓缩比为PQ=1.4，浓一次风流速30m/s，淡一次风流速22m/s。二次风喷口中间采用直隔板隔开，各喷口距离不变。一次风喷口与二次风喷口以反切的方法布置，两者的中心线夹角为534，其目的是利用一次风射入炉后偏转使煤粉更加密集，保证在高一次风速下的稳燃性能。二次风四角反向相切，假想切圆直径为600mm。每组喷燃器喷口由两层二次风夹一层一次风喷口，分三层共计六个二次风喷口，三个一次风喷口，在第一、二层下二次风喷口装有自动点火

8、装置。各二次风喷口均设置单独的风量调节装置。一次风喷口面积F10.1103m212，二次风口截面积F10.1395m224。原锅炉各参数见表1表5。表1 各喷口的标高层数喷口标高（mm）第三层上二次风16760上一次风16350下二次风15940第二层上二次风15160中一次风14750下二次风14340第一层上二次风13560下一次风13150下二次风12740表2 燃烧器主要设计参数名称一次风二次风漏风风率（%）3069.20.8风温（）57312风速（m/s）3045风口面积（单角）0.33080.837风口数量（个）1224表3 设计煤质分析序号名称符号单位数值1收到基碳Car%58.

9、6562收到基氢Har%3.363收到基氧Oar%7.284收到基氮Nar%0.795收到基硫Sar%0.636收到基灰分 A ar %19.777收到基水分Mar%9.618空气干燥基水分Mad%2.859收到基挥发分Mar%32.3110低位发热量Qnet.arKcal/kg536011灰熔点t1111012t2119013t31270表4 锅炉主要设计参数项目单位数值汽包工作压力MPa11.28主汽温度MPa540主汽压力T/H9.8主汽流量410给水温度215排烟温度130.3锅炉效率92.2燃料消耗量t/h50.759表5 锅炉原热力计算结果汇总表类别名称符号单位数值锅炉规范型号HG

10、-130/39-3燃烧方式煤粉蒸发量Djt/h410过热蒸汽压力PzqMPa 9.8过热蒸汽温度tzq540给水温度tgs215汽包蒸汽压力PqbMPa11.28热损失排烟热损失q2%5.35化学未燃烧热损失q3%0.5机械未燃烧热损失q4%1.5散热损失q5%0.41灰渣物理热损失q6%0热平衡锅炉机组效率%92.2燃料消耗量Bt/h50.759燃料计算耗量Bjt/h49.998炉膛空气过剩系数lt1.2容积VTm32545理论燃烧温度2027.6炉膛出口烟气温度1097.7总辐射受热面积HFSm21286.6炉膛总面积Fzm21298.6辐射传热量QFSkcal/kg2980.7容积热负荷

11、QVkcal/m3h107.5103截面积热负荷QFkcal/m3h2.731106辐射受热面热负荷Bj QFS/ HFSkcal/m3h118.3103减温器型 式喷水减温一级减温幅度t129.3二级减温幅度t213.8额定负荷一级喷水量D1%19.3额定负荷一级喷水量D2%6尾部受热面省煤器沸腾率X%0预热器进风温度tR30热风温度trf327.9排烟温度tpy130.35号锅炉1996年由哈工大将原燃烧器改造为浓淡燃烧器，改造后的燃烧器仍然存在影响锅炉运行稳定、安全的因素。现燃烧系统存在问题主要表现为锅炉炉内燃烧组织不好，具体如下： a. )一、二次风射流刚性差，易偏斜，使实际燃烧切圆过

12、大，造成火焰冲刷水冷壁，燃烧区域水冷壁结渣。并导致着火距离喷口太近，喷口区域结渣及烧坏喷口。b.）一、二风混合不好，造成煤粉燃烬推迟，火焰抬高，飞灰含碳量增加，致燃烧区域上部及大屏结渣，减温水量增加。c.）制粉系统一次风无法调整，造成一次风风速各角不一，致使各角刚性不一，无法与二次风组成合理燃烧工况(一、二次风动量比失衡)，炉膛火焰偏斜，运行中乙侧墙和后墙炉膛火焰温度较其它部分高。d.）在高负荷下喷口区域热负荷过大，在燃烧器区结焦和烧坏喷口。e.）在高负荷时，屏式过热器结焦比较严重,尤其在大多数在吹灰器喷口处结焦较为严重；角区及一、二次风喷口均有严重结焦现象，当运行时间较长时，炉膛掉焦，使得燃

13、烧不稳。f.）氮氧化物排放浓度较高，在锅炉负荷为408t/h时，氮氧化物浓度值约为700 mg/Nm3。2.1.2 “风包粉”系列浓淡燃烧器原理及特点 “风包粉”系列浓淡煤粉燃烧技术是针对我国电力工业对煤粉燃烧的需要，通过对炉内燃烧器区域气相及气固两相流场的深入研究，发现相当一部分锅炉炉膛内存在煤粉向炉膛四周分离，从而产生一系列不良后果。提出了解决这一问题的技术措施，使煤粉相对集中在火焰中部，而炉壁四角则空气相对过剩，从而实现了炉内“风包粉”的燃烧方式。浓淡燃烧的基本原理是将一次风分成浓淡两股气流，利用浓煤粉气流着火稳定性好的特点来提高燃烧器的着火稳燃能力，浓淡两股气流偏离各自燃烧的化学当量比

14、，可以抑制NOx的生成排放。还研制了配套的高浓缩比、低阻力的煤粉浓缩器，增强了浓缩燃烧的作用。综合“风包粉”和“浓淡”燃烧的特点，根据不同炉型、不同煤种的要求，开发研制成功水平浓缩煤粉燃烧器、水平浓淡风煤粉燃烧器、径向浓淡旋流煤粉燃烧器、不等切圆墙式布置直流煤粉燃烧器等“风包粉”系列浓淡煤粉燃烧技术。水平浓淡风煤粉燃烧技术。其原理如图所示：该燃烧系统在同一水平截面上将一次风气流分成浓淡两股，并在淡侧煤粉射流的外侧，增加一股侧二次风射流。这样，在同一水平截面上，浓一次风喷入炉膛中央，其假想切圆较小；淡一次风和侧二次风平行并与总的二次风气流旋转方向相同；淡一次风在里，侧二次风在外，侧二次风喷入切圆

15、最外面的背火侧，并且通过调整侧二次风风速的大小来调节一次风射流的刚性。采用水平浓淡风煤粉燃烧技术后，原高温腐蚀处壁面氧量O23.5%,高温腐蚀得到了有效控制，并且在燃用Vdaf=10.515%的贫煤时，由60%ECR断油稳燃改善为50%ECR断油稳燃，锅炉效率提高提高了0.85%。该型燃烧器的特点有： 1）安全因富粉气流在向火侧，贫粉气流(富氧)在近壁侧，使近壁面区为氧化性气氛有利于防止结渣和高温腐蚀(有的浓淡燃烧器采用上下浓淡型，浓煤粉气流贴壁就易产生结渣和高温腐蚀)。 2）煤粉浓度很易调整这样对煤种的适应性就强。另外，使设计裕度大大增强，可以将喷口内的稳燃体设计得比较保守，而通过调节挡块高

16、度来调节煤粉浓度，从而调节煤粉气流的着火距离：这也大大提高了安全性(而其它稳燃技术，如单纯在喷口加装稳燃体型及其它浓谈燃烧技术，因多数均不可调。这样，一是煤种适应性差；另外往往造成或是稳燃能力不能达到要求，或是着火距离过近，造成喷口结焦及烧坏等现象)。 3)改造工作量小只需对-层或几层一次风喷口及其后较短的一段管道进行改造即可。该型燃烧器的存在的问题有：1）存在着烧损、变形等问题，在南京热电厂5号炉改造中出现。 2）锅炉低负荷情况下主蒸汽和再热蒸汽温度偏低，如扬州电厂4、5号炉。 3）磨损问题 浓淡分离装置及有关部件、管道的磨损问题徐州电厂、南京热电厂出现过。2.1.3 “GD-LY（LDR）

17、双区燃烧技术”原理及特点GD-LY防渣低NOx双区燃烧技术，具有炉膛较强的抗结渣治污能力与低NOx的复合特性。通过对燃烧系统的设计，实现对射流的特殊组合，设法扩大煤粉燃烧的温度场、气固相浓度场、烟气流场两大区域（中心区、近壁区）的三场特性的差异，形成中心区有较高煤粉浓度、适宜的氧浓度、高燃烧强度，近壁区为较低温、较低CO浓度、较高氧浓度；以及利于阻止灰粒附壁，延长冷却路径的流场结构，从而提高了燃烧器的稳燃能力和抑制了结渣。在全炉膛全区域组织双区燃烧，避免了集中布置，燃尽区采用双级燃尽、多级燃尽风、可调燃尽风，从而保证了较高的炉膛出口燃尽率。在主燃区有利于着火的气动力结构与风粉分配，可使稳燃性能

18、大大提高。“双区燃烧”过程就可以使空气分级、燃料分级等措施“深度到位”，从而实现了与常规低NOx燃烧技术相比有较高脱NOx能力和较好的安全经济性，详见表6。表6 双区燃烧与常规低NOx燃烧技术比较表影响因素燃烧方式结渣沾污高温腐蚀飞灰可燃物汽温稳燃性能双区燃烧系统有强抗结渣沾污能力。13台锅炉业绩证明无任何加剧情况。可常年不吹灰。无任何高温腐蚀，最长已运行6年。壁区O22%。基本不变，200MW机组锅炉约上升0.30.5%无升高现象,200MW机组锅炉有下降趋势,已能解决。燃用烟煤时4050%负荷不投油稳燃常规低NOx燃烧技术结渣沾污在还原区加强，灰熔点在该区下降近100。水冷壁区CO含量高，

19、已有多台炉发生高温腐蚀。飞灰可燃物升高23%，与OFA高度密切相关。汽温升高偏差有加大趋势。不加一次风稳燃器时，稳燃能力下降，与主燃区有关。“GD-LY防渣低NOx双区燃烧技术”其主要技术特点如下： a.）实现了防渣、低NOx、低负荷稳燃功能的复合。b.）采用喷口冷却专有技术、大风箱内分专有技术等，使设备易于加工，改造投资低。c.）可配合采用炉内温度、CO、O2、NOx采集分析与风门闭环控制系统,使燃烧、NOx排放处于最优区。d.）在炉内全区域采用射流组合，简单易行。e.）在炉外不采用任何煤粉浓缩分离系统即可实现主燃烧器区的煤粉定向浓淡分布。f.）通过高度上射流调节可调节火焰中心高度。双区燃烧

20、对炉内燃烧过程存在以下优势a.)炉温适宜。b. )双还原氧化区分布明显，区域合理。c. )有独特循环滞流区。d. )炉内明显“双区”防渣，抑制沾污加剧。e. )较高的脱氮率。f. )适应燃用煤质的多样性。永昌电厂410t/h锅炉脱氮工程采用了“GD-LY防渣低污染双区燃烧技术”的燃烧器对原有燃烧器进行改造。改造后锅炉投入正常运行，解决了运行稳定性较差、锅炉结焦、排渣量大、减温水量不足、炉膛出口烟温高等问题，提高了锅炉稳燃性能、降低氮氧化物排放量，并取得了理想的效果。2.1.4燃烧器改造方案2.1.4.1 方案一 采用煤粉浓淡燃烧器进行改造 本工程1996年改造就是用浓淡燃烧器替换原有燃烧器，经

21、过一段时间的运行，出现一、二次风射流刚性差，易偏斜，一、二风混合不好，造成煤粉燃烬推迟，火焰抬高，制粉系统一次风无法调整，造成一次风风速各角不一，致使各角刚性不一，无法与二次风组成合理燃烧工况，屏式过热器结焦比较严重,尤其在大多数在吹灰器喷口处结焦较为严重等问题，结焦对锅炉正常运行影响很大。2.1.4.2 方案二 采用“GD-LY防渣低NOx双区燃烧技术”燃烧器进行改造利用“GD-LY防渣低NOx双区燃烧技术”改造后锅炉燃烧器参数见表7。表7 改造后锅炉燃烧器参数表名称一次风二次风漏风风率比（%）28702风温（）57320风速（m/s）3548风口数量（个）1228另外增加侧边、贴壁风共喷口

22、40个“GD-LY防渣低NOx双区燃烧技术”的燃烧器为直流煤粉燃烧器，每台锅炉配4组燃烧器，布置在4个角区。从上至下分别为二级燃烬风、DD层二次风、C层上一次风、CC二次风、一级燃烬风、BB层一次风、AB层二次风、A层一次风、AA层二次风。AB、DD两层二次风喷口两侧布置有贴壁风，各一次风喷口布置有侧边风。原来自动点火装置布置在AA、AB两层二次风喷口，二次风风门手动控制。燃烧器简图见附图。燃烧器采用四角切圆布置方式，1、3角燃烧器在炉膛中心形成一个600mm的假想切圆，2、4角燃烧器为对冲布置，其中一级燃烬风喷口四角均为对冲布置，喷口下倾5度。在一次风两侧加装了侧边风，增加了一次风刚性，有效

23、防止了一次风射流的偏斜，增加了着火距离，防止喷口区域结渣及烧坏喷口；增加了一次风的穿透能力，使在炉中心形成高浓度、高温区；同时侧边风与一次风的前期混合，利于一次风的着火。在主燃烧区中二次风处布置两层贴壁风，在近壁区形成氧化性气氛，可有效的防止结焦与水冷壁的高温腐蚀。将原燃烧器分为上下两组。在上下组中间、上组上部布置一、二级燃烬风。下组一次风间距比原燃烧器间距减小，采取特殊布置方式，保证低负荷的稳燃。上组燃烧器的分开布置，使火焰分布合理。一、二级燃尽风在实现补充焦碳颗粒燃尽所需氧量的同时，加强了炉内扰动，利于焦碳颗粒燃尽。另外，燃烧器采用了多喷口设计，便于在实际运行过程进行燃烧调整。燃烧器各个风

24、室的风量分配是通过调节各个风室风门挡板的开度来实现的。燃烧器二次风门除侧边风和贴壁风（无风门）外其余都设有手动风门。二次风箱重新设计，以适应与喷燃器的接口。二次风箱与燃烧器连接风道之间加装膨胀节，以适应热膨胀移动的需求。改造后的锅炉能有效地防止炉膛水冷壁结焦，并能达到满负荷长期安全稳定运行，氮氧化物排放量降低40。锅炉效率和改造前相比较在同一煤质、负荷下提高1%。锅炉主要运行参数达到设计值。具体如下:汽包工作压力 1128MPa(表压)主汽压力 9.8MPa(表压)主汽流量 410t/h主汽温度 540综上，辽阳XX分公司热电厂5号锅炉目前存在大屏与炉膛结焦，减温水量大，燃烧器喷口结渣，大负荷

25、时炉内燃烧不稳定，氮氧化物排放浓度高等问题，必须从燃烧系统进行技术改造着手，进行综合治理，以提高锅炉运行效率，降低自用设备电耗、燃用煤耗。根据目前锅炉的实际运行的情况和存在的问题，宜选择合理的防渣低污染燃烧技术对锅炉燃烧系统进行改造。“GD-LY（LDR）双区燃烧技术” 是国内领先的一项新型先进燃烧技术，在防止锅炉结焦、降低氮氧化物、节能降耗方面处于国内领先水平。其一定程度的优异表现，适合辽阳XX分公司热电厂5号锅炉燃烧系统改造的需要。2.1.2 所需改造的燃烧器材料清单 燃烧器改造的主要设备见表8、主要材料见表9。表8序号项目名称及规范单位数量备注1燃烧器本体 套41.1燃烧器配风箱套41.

26、2燃烧器组套42燃烧器风门个282.1二级燃烬风门个42.2一级燃烬风门个42.3AA二次风风门个42.4AB二次风风门个42.5BB二次风风门个42.6CC 二次风风门个42.7DD二次风风门个43燃烧器喷口个563.1二级燃烬风喷口个43.2一级燃烬风喷口个43.3AA二次风风喷口个43.4AB二次风风喷口个43.5BB二次风风喷口个43.6CC 二次风风喷口个43.7DD二次风风喷口个43.8A层一次风风喷口个43.9B层一次风风喷口个43.10C层一次风风喷口个43.11贴壁风喷口个164燃烧器固定装置套45一次风耐磨弯头个126二次风箱套47可调缩孔个108执行器套28表9序号名 称

27、 及 规 范单 位数 量备注1 角区水冷壁管T8.5 2 输粉管道T6.80 3 输粉管支架T2.50 4 热二次风支吊架T1.75 5 二次风箱吊架T1.70 7 燃烧区域梯子平台套4 8 硅酸铝板材m340.00 9 高温胶T4.00 10 拉链网10米260.00 11 保温砖m380.00 12 20mm抹面灰10米250.00 13 燃烧区高铝耐火水泥m330.00 14 硅酸铝保温材料敷设m340.00 15 火嘴区水冷壁白铁皮安装100米20.75 16 风道及燃烧器固定装置保温m385.00 17 普通钢管（镀锌）1（壁厚3.25mm）千米0.518 角钢 L45x45x5吨0

28、.32.2 改造前后节能情况改造前，由于原燃烧器的特点，锅炉运行时为了保证燃料的燃尽度必须大氧量运行，锅炉运行平均氧量为4.2%；改造后，锅炉运行氧量可以控制在3.0左右，由于氧量的降低，大大的降低了送风机的运行出力，使送风机电耗降低。同时由于锅炉正常运行时，必须保持合理的炉膛负压，随着氧量降低，炉膛烟气量减少，必然要降低引风机的运行出力，也就降低了引风机电耗。因此燃烧器改造后，实现低氧量满负荷稳定运行和煤耗量降低，5号炉送、引风机电耗降低，一年可节电129.6X104KWh（以年运行6000h计算），折合煤458.8t（根据辽化热电厂提供的煤耗354g/KWh），每年本机组可节约费用约22.

29、9万元。改造后，在现燃烧情况下锅炉效率约提高1，由此每台炉一小时可节约标煤0.41t，每吨标煤以500元计算，以年运行6000h计算，该炉一年可节约资金约123万元。根据2004年1月“国家计委、财政部、国家环保总局、国家经贸委关于发布排污收费标准（试行）及有关问题的通知”的精神：氮氧化物收费由原来的每吨200元提高到每吨700元。现5号锅炉的氮氧化物年排放量为2270.4t左右，经过燃烧器改造后，氮氧化物年排放量为1279.2t，按照平均脱氮效率40计算，5号锅炉氮氧化物年排放总量减少991.2t，可少缴纳排污费约69.3万元。改造后由于锅炉结焦问题的缓解，排渣量明显减少，可使捞渣机等设备的

30、运行时间减少、维护费用有所降低。同时减温水量较改造前有较大的降低，水耗大幅下降。5号锅炉每年可节约运行费用约22.9+123+69.3215.2万元，折合标煤约4303.2t（以年运行6000h计算）。综上，每台炉每年共节约运行费用215.2万元，所以利用“GD-LY（LDR）双区燃烧技术”燃烧器替代原有燃烧器，不但可以保持锅炉运行的稳定性、安全性、经济性，实施清洁燃烧，还可以节约能源，减少运行费用。 3 施工轮廓进度 施工进度安排如下：l 工程设计： 4个月l 设备加工、采购： 3个月l 施工工期： 2个月4 投资估算及经济评价4.1 投资估算4.1.1 编制依据4.1.1.1定额采用中华人民共和国国家经济贸易委员会2002年15号文颁发的电力建设工程概算定额。4.1.1.2建筑、安装工程人工费单价：建筑工程19.5元/工日、安装工程21.00元/工日。工资