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燃煤锅炉低氮燃烧效能提升关键技术研究与应用

2017-11-16

我国是世界上主要的煤炭生产国和消费国,煤炭燃烧所引发的环境污染已引发社会广泛关注。我国《火电厂大气污染物排放标准》在1996年、2003年和2011年分别进行了三次修订,要求燃煤机组从2014年7月1日起达到标准规定的排放限值。《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》,要求中东部地区新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度达到燃气轮机组排放限值。达到上述标准,国内发电企业的脱氮装置必须保持高效稳定运行。

由中国大唐集团科学技术研究院有限公司华中分公司、国网河南省电力公司电力科学研究院、许昌龙岗发电有限责任公司、大唐三门峡发电有限责任公司、大唐洛阳热电有限责任公司等共同承担的“燃煤锅炉低氮燃烧效能提升关键技术研究与应用”项目针对上层二次风反切的再热汽温提升治理、新型贴壁风的水冷壁高温腐蚀治理、降低灰渣含碳量的煤粉细度治理以及燃烧器消缺及运行调整的再热减温水治理等燃煤锅炉低氮燃烧效能提升关键技术开展攻关,解决了低氮燃烧器改造后出现的低负荷再热汽温大幅偏低、水冷壁高温腐蚀、再热减温水异常偏高、灰渣含碳量异常偏高等问题,实现了低氮燃烧器的效能提升。项目成果在多台燃煤机组上得到应用,实施效果良好。

2017年6月2日,中国电机工程学会在郑州组织召开了“燃煤锅炉低氮燃烧效能提升关键技术研究与应用”项目技术鉴定会。鉴定委员会一致认为,研究成果实用性强,具有显著的经济效益及环保效益,应用前景广阔。

一、攻克的关键技术

(一)基于消除炉膛顶部残余旋的主燃区上层二次风反切技术

低氮燃烧器改造后,燃尽风的反切往往无法全部消除炉膛上部烟气旋转残余。该项关键技术通过改造主燃区上部二次风,使其水平摆角可调,增加燃烧器反切调整的灵活性以完全消除膛顶部烟气旋转残余,消除屏过部分超温点,为燃烧调整创造有利条件。

(二)基于降低炉膛近水冷壁区还原性气氛的贴壁风装置技术

通过数值仿真与物模试验研制出一种可行的贴壁风喷口及贴壁风布置方式,该关键技术解决了传统贴壁风布置方式无法覆盖侧墙水冷壁中间区域的缺点,实验及测试结果表明该技术大大降低了炉膛近水冷壁区的一氧化碳及硫化氢浓度,成功降低了炉膛水冷壁壁面附近还原性气氛,预防了高温腐蚀的发生。

(三)基于双轴向的粗粉分离器改造技术

该技术以轴向III型分离器为依托,为解决煤粉均匀性指数差的问题,增加一下级轴向挡板,同时设计了一种新型的粗粉一级分离装置,提高了分离效率,改善了煤粉均匀性指数。

(四)锅炉冷态动力场及燃烧调整技术

通过冷态空气动力场及燃烧调整试验,对燃烧器内外二次风门进行统一调整,并增加燃尽风刚度,成功解决了长期困扰电厂的再热减温水异常偏高及锅炉掉焦问题

二、主要创新点

(一)研发了一种不小于原燃烧器二次风动量的低氮燃烧器改造技术,解决了低氮燃烧器改造后低负荷再热汽温大幅降低这一技术难题

传统低氮燃烧分级改造技术是增加燃尽风,燃尽风的设置使主燃区二次风量减少,为保持主燃烧区二次风速,燃烧器喷口面积一般采用同比例减小。由于主燃区二次风动量受二次风量及二次风速两方面影响,只保持低氮燃烧器改造后主燃区二次风速无法维持燃烧器改造后二次风动量,燃烧器改造后主燃区二次风动量随二次风量的减小而减小,这就导致低氮燃烧器改造后主燃区切圆增大,使主燃区水冷壁吸热量增大,造成低氮燃烧器改造后再热汽温偏低。项目研发了一种不小于原燃烧器二次风动量的低氮燃烧器改造技术,解决了低氮燃烧器改造后低负荷再热汽温大幅降低这一行业普遍存在的技术难题。

(二)设计了一种新型贴壁风布置方式及与之相匹配的贴壁风喷口,解决了低氮燃烧器改造后侧墙水冷壁高温腐蚀问题

基于数模及物模试验,设计了一种新型贴壁风布置方式,该布置方式解决了传统贴壁风布置方式无法覆盖侧墙水冷壁中间区域的缺点,同时设计了与该新型贴壁风布置方式相匹配的贴壁风喷口。

(三)设计了一种粗粉分离器新型分离撞击装置,解决了分离效果差、煤粉均匀性指数差的技术难题

原老式HW-CB4300-I型粗粉分离器一级分离为叠加型圆台布置,煤粉进入分离器后直接撞击在水平叠加型圆台上,造成煤粉分离效果及均匀性指数较差。该新型一级分离撞击装置为倒圆锥形,煤粉进入分离器后,首先撞击在圆锥体的倾斜面上,能够改善该处流场,减小涡流,有效提升一级分离效果,提升煤粉均匀性指数。

三、应用情况

2014年7月以来,项目成果先后应用于5台火电机组,年产经济效益2 998万元,其中直接效益1 180万元,间接效益1 818万元。“低氮燃烧器改造后再热汽温偏低治理技术”应用于许昌龙岗发电有限责任公司1、2号炉,175MW时,再热汽温达531℃,较治理前提升20℃,降低2g/kW·h供电煤耗。“低氮燃烧器改造后水冷壁高温腐蚀治理技术”应用于大唐三门峡发电有限责任公司4号炉,设计了新型贴壁风布置方式及喷嘴,治理后主燃区水冷壁处还原性气氛大幅降低。“低氮燃烧器改造后灰渣含碳量治理技术”应用于大唐洛阳双源热电有限责任公司3、4号炉,飞灰由4.0%降至2.4%,炉渣由8%降至3%,炉效提高1.03%,降低供电煤耗3.7g/kW·h。“低氮燃烧器改造后再热减温水偏高治理技术”应用于大唐三门峡发电有限责任公司4号炉,再热减温水由治理前80t/h降至0t/h,降低供电煤耗3g/kW·h。

该项目基于锅炉低氮燃烧器改造后频繁出现的低负荷再热汽温大幅降低、高温腐蚀、灰渣含碳量升高、减温水升高等问题,选取火电机组重要燃烧设备入手,成功解决了上述问题,并为行业解决该类问题提供了新思路。项目研究成果具有很强的实用性和创新性,研究形成了一整套系统可行的方法,在无大量资金投入和较少设备改造的情况下,能够大幅提高燃煤机组低氮燃烧的安全性与经济性,具有很强的市场竞争力,对于促进行业科技进步具有重要意义。