燃煤锅炉脱销改造产生问题的原因分析及处理(1)

1、燃煤锅炉低NOx改造后减温水增加的原因分析及优化改进一、前言随着我国环保要求的日趋严格，新出台的火电厂大气污染物排放标准对国 内在役锅炉机组污染物排放提出了较高要求。 近年来，国内燃煤电站锅炉机组在 实施锅炉尾部烟气脱硝的同时，纷纷同步应用了最具有经济性的炉内脱硝技术改 造，即通过燃烧系统及设备的更新换代， 使锅炉出口氮氧化物排放大大降低， 减 轻尾部烟气脱硝的压力和经济成本。但在实施炉内脱硝改造的同时，又出现了各 种各样的新问题。本文研究对象为一台350MW亚临界燃煤发电机组，原锅炉由日本石川岛播 磨重工株式会社(IHI )设计制造，锅炉型号为IHI-FW SR, 次中间再热，自 然循环汽包

2、锅炉。燃烧系统采用 F&W公司早期的双调风旋流燃烧器和燃尽风系 统，改造前锅炉出口氮氧化物浓度达到 700-1000mg/Nm,无法满足现有环保和国 家火力发电政策要求。二、炉内脱硝改造方案为此，机组在新增锅炉尾部烟气脱硝的同时，同步实施了炉内的脱硝改造, 主要改造方案如下:1) 更换全部20只旋流燃烧器为新型低型燃烧器；2) 采用全炉膛分级燃烧技术，在燃烧器上方布置8只新型燃尽风喷口；3) 对点火系统和风量测量系统布置进行了相应的优化。三、脱硝改造产生问题及原因分析锅炉脱硝改造后，通过热态调试试验，锅炉出口氮氧化物排放均可控制在 355mg/Nrr以下，与改造前相比，降幅达到 50-

3、70%,脱硝效果明显。但也出现了 过热器减温水量大幅上升，高负荷工况下，一级减温水量达到90-125t/h。初步分析，改造后减温水量偏大的主要原因包括：除A磨外，其余各台磨煤机出口粉量相对偏差大，粉量最大相对偏差均 超过30%，其中C磨煤机出口粉管粉量最大相对偏差达 44.6%，粉量分布的不均匀不利于煤粉的着火、燃尽及消除烟温偏差，目前暂无有效的调节手段；锅炉热态运行时，由于磨煤机系统设备原因，所有运行燃烧器出口一次风速均未能达到设计值18m/s的要求，平均在1214m/s左右；三、优化改进方案煤粉锅炉炉内脱硝改造的技术关键之一是在初始燃烧区域维持低过量空气 系数燃烧，控制二次风混入一次风煤粉

4、火焰的时机。 但最终需保证二次风和燃尽 风与燃烧烟气的及时混合，避免在整个燃烧进程中的延迟现象。本文研究的锅炉在实施改造后，目前一次风系统的风粉偏差较大，而针对煤粉量偏大的燃烧器，在其燃烧进程中将出现明显的缺氧并导致燃烧延迟现象；同时，受炉膛高度的影响，若氧量不能及时有效地扩散到煤粉浓度高的区域，也将导致该区域的燃烧延迟；另外，一次风风速过低，也不利于煤粉在炉膛深度方向 上的扩展，对燃尽不利。基于上述问题分析，提出了多重优化措施，拟通过结构改进促进燃烧器区域 二次风与一次风粉气流的混合，达到强化燃烧的目的。1、切割导流筒扩锥，使得一、二次风能尽快混合；现有燃烧器结构中，导流筒及其扩锥是燃烧器一

5、次风粉混合物与二次风的分 隔板，其对燃烧火焰结构、稳定性及煤粉燃尽有重要作用。 故拟对粉量正偏差较 大的6只燃烧器的导流筒扩锥进行切割，并提出了如下三种切割方案，并数值模 拟手段进行优选。1）方案一：6只燃烧器外二次风导流筒锯齿形切割 80>50mm,如图3所示;2）方案二：6只燃烧器外二次风导流筒圆周切割 50mm，如图4所示；3）方案三：6只燃烧器外二次风导流筒锯齿形切割80X100mm，如图5所示。丄下miL下(.向 上图3:导流筒切割方案一图5:导流筒切割方案三图4:导流筒切割方案二山场1吾貝二更励：实际运行工况逞慶场：切蛰方秦二温度场切制77£二图6:导流筒扩锥切割方

6、案数值模拟温度场比较通过数值模拟结果分析，切割方案二火焰明显比其他工况提前变粗和扩展， 燃烧高温区域扩大，且火焰形状规整，无偏斜和贴壁趋势。表明一次风粉与二次 风混合达到比较理想的效果，有利于煤粉的提前着火和燃尽。故将导流筒扩锥切 割方案二作为优选改进实施方案之一。2、减小导流筒扩锥角度为促进燃烧器喷口区域一次风粉与二次风的快速混合，同时针对图6数值模拟发现的实际运行工况中产生的开放气流结构， 本文进一步提出了将所有燃烧器 导流筒扩锥角度从原设计的45°改为35°设想。在加强或提早一、二次风在燃 烧器出口混合的同时，避免出现开放气流场，使二次风能很好地包裹一次风粉进 行燃烧

7、，及时着火后在相对充足的氧量下加快煤粉的燃尽。为验证所有燃烧器导流筒扩锥角度改为35。，同时对部分煤粉正偏差燃烧器导流筒扩锥采用方案二进行切割最终方案的实际效果，本文在实施优化改造前通 过全炉膛数值模拟进行了研究。2 2032.1?e+032.0(8e+031 珀ng1.fltfr+0317tfr+03i.eae+osl.53*031.44<4-031.35fr+D31.26e+031.17e+031.07+037=-4.96z=-1.654z=1.654z=4.G虫应畑Oontouns of Total Temperature (k)Dec 04,2011FLUENT 6.3 (3d,

8、 pbns. pdt2D, wk曰e 01*4027.C»e*02618e4-02526e+a24 35fr+022.21e+C3212e+i32.D2e*03 i mse+o i & 1.74e*0311.5ee*03146t+U31 3?e+fl31,Cfte+d39.96O+02 g.DSe*盘2 E.D免胡2 7.164+C2 6.23e*02 5.30*+02 4.35e*Q2 3.43e+022 = -4.96Conlou-rs of Tolal Temperalure (k)Dec 04.2011FLUENT 6.3 (3d, pbns, pdfiJO. ske

9、)z=-L654图7:优化改进前温度场图&优化改造后温度场从数值模拟结果发现：35°扩锥的炉膛高温区域较45°要小一些，35°扩锥的炉膛最高温度略低；在燃烧器喉口区域，35°扩锥模型的温度低于45°扩口模型约60C左右。35°扩锥炉膛出口烟温比45°时小30C左右。主要温度对比见表1所 示。表145°扩锥与35°扩锥温度统计表万案最咼温 度（C）Y=27m处截面温度（C）Y=29m处截面温度（C）屏刖截面温度（C）燃烧器喉口温度（C）炉膛出口温度（C）45。扩锥19871321126010941260107235。扩锥196712501202102512021043四、优化改进后实施效果应用上述优化改进措施，同时结合制粉系统增加可调缩孔等辅助手段，在本文研究的350MW亚临界锅炉上完成了脱硝改造后的进一步优化改进工作。 经过 若干运行工况的热态试验调整和验证， 优化改进后锅炉运行情况良好，达到了预 期的效果。1、优化后炉膛中心