1、300MW 锅炉燃烧设备技术改造专题1 前言某厂 2300MW锅炉系东方锅炉厂设计制造的 DG102518.219 型亚临界一次中间再热自然循环燃煤单炉膛汽包炉。锅炉采用平衡通风，全悬吊半露天布置，固态排渣，尾部双烟道，采用烟气挡板调节再热汽温。锅炉主要参数见表 1。表 1 锅炉主要参数（依设计煤种进行锅炉性能计算的结果）锅炉定压运行负荷项 目 单 位MCR ECR过热蒸汽量 t/h 1025 889.87过热蒸汽出口压力 MPa 17.35 17.16过热蒸汽出口温度 540 540再热蒸汽流量 t/h 846.47 741.76再热蒸汽进口压力 MPa 3.93 3.48再热蒸汽出口压力
2、MPa 3.76 3.32再热蒸汽进口温度 327.4 314.3再热蒸汽出口温度 540 540锅炉参数给水温度 280.4 271.2汽包工作压力 MPa 18.72 18.24过热器一级减温水量 t/h 29 24.49过热器三级减温水量 t/h 9.67 8.16炉膛容积热负荷 KW/m3 106.18 94.65炉膛截面热负荷 KW/m2 4808.0 4285.8计算燃料消耗量 t/h 171.86 153.19锅炉计算效率 % 92.56 92.66省煤器出口过剩空气系数 1.2 1.2空气预热器进口风温 20 20空气预热器出口一次风温度 251.4 239.8空气预热器出口二
3、次风温度 330.2 327.1炉膛出口烟气温度 997 991屏式过热器出口 997 991高温过热器出口 907 901烟气温度 高温再热器出口 807 802- 1 -低温再热器出口 381 372低温过热器出口 428 424省煤器出口 350 341空气预热器出口 125.4 124.7省煤器出口 299.3 291低温过热器出口 387 389大屏过热器出口 444 444屏式过热器出口 496 499高温过热器出口 540 540低温再热器出口 469 468介质温度高温再热器出口 540 540原设计燃用湖南资兴矿务局和资兴市煤炭公司的劣质烟煤,锅炉性能计算下述煤种进行。表 2
4、 锅炉设计煤种特性项 目 符号 单位 设计煤种 校核煤种 1 校核煤种 2元素分析(收到基)碳 Car % 42.73 46.71 37.78氢 Har % 2.63 2.87 2.54氧 Oar % 5.43 4.50 4.58氮 Nar % 0.79 0.78 0.79全硫份额 Star % 0.47 0.47 0.47工业分析收到基全水份 Mt % 7.6 7.6 7.1空气干燥基水份 Mad % 0.84 0.81 0.90干燥无灰基挥发份 Vdaf % 31.15 30.70 32.03收到基灰份 Aar % 40.35 37.07 46.74可磨系数 HGI 78 75 79收到基
5、低位发热量 Qnet.ar MJ/Kg 16.34 17.98 14.10灰成分分析二氧化硅 SiO2 % 59.26 61.32 61.74三氧化二铝 Al2O3 % 26.35 26.24 26.07三氧化二铁 Fe2O3 % 2.33 2.69 2.54氧化钙 CaO % 1.07 0.59 0.85- 2 -二氧化钛 TiO2 % 0.96 0.90 0.94氧化钾 K2O % 1.82 2.33 2.10氧化镁 MgO % 1.00 0.51 0.80二氧化锰 MnO2 % 0.013 0.008 0.006氧化钠 Na2O % 0.22 0.27 0.48灰熔点变形温度 DT 12
6、40 1500 1500软化温度 ST 1500 1500 1500熔化温度 FT 1500 1500 1500锅炉燃烧设备采用四角布置，切向燃烧，直流摆动式煤粉燃烧器。煤粉燃烧器除顶二次风喷口和三次风喷口能上下摆动15外，其余各层喷口均可上下摆动30。风、粉气流从炉膛四角喷进炉膛后，在炉膛中心形成一个假想切园，假想切圆直径790mm，燃烧设备布置见图 1，燃烧系统的主要参数见表 3。每角燃烧器共布置 15层喷口，包括有 5层一次风喷口，两层三次风喷口，1 层顶二次风(OFA)喷口，7 层二次风喷口(其中 3层布置有燃油装置)。一次风喷口和三次风喷口四周均布置有周界风，燃烧器喷口布置见图 2。
7、燃烧器风箱被隔成 15层风室，各层风室分别向对应的一次风喷口（周界风） 、三次风喷口（周界风） 、二次风喷口和顶二次风(OFA)喷口单独供风。各层风室之间的风量分配可通过调节各层风室入口处的风门挡板的开度来实现，燃烧器的设计参数见表 4。图 1 燃烧设备布置图 图 2 燃烧器喷口布置图- 3 -为了提高燃烧器的低负荷稳燃、防止结渣及降低 NOx排放，采用了百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器。浓煤粉气流从向火侧喷入炉膛，淡煤粉气流从背火侧喷入炉膛。为进一步降低 NOx生成量设置了顶部燃尽二次风(OFA)。表 3 燃烧系统主要参数项 目 单位 数 值大板梁标高 m 72.5/73.8汽包中心线标高 m 6
8、6顶棚标高 m 62炉膛容积 m3 7799炉膛尺寸（宽深高） m 12.812.855.5炉膛设计断面积 m2 162.7卫燃带面积 m2 0假想切圆直径 mm 790一次风喷口数量 个 45=20一次风喷口形式 喷燃直流式二次风喷口数量 个 48=32周界风数量 个 47=28三次风喷口数量 个 42=8喷口摆动情况 顶二次风和三次风喷口上下摆 15o,其余可上下摆 30o燃烧器组高度 m 11.2燃烧器层距 m 1.3燃烧器型式（单个） 百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器燃烧器布置方式 四角布置上一次风喷口中心至屏底距离 m 20.7下一次风喷口中心至灰渣斗拐点距离 m 4.517运行层标高 m
9、 12.6水冷壁下集箱标高 m 6.5水冷壁上集箱标高 m 62.9油枪形式 机械雾化油枪数量 支 12油枪出力 Kg/h 1810油枪工作压力 MPa 2.53- 4 -点火枪 支 12表 4 煤粉燃烧器主要设计参数（设计煤种）项 目 风速（m/s） 风温（） 阻力（Pa） 风率（%）一次风 26 155 1600 17二次风 45.0 320 960 46.06三次风 50 60 2190 24.77周界风 26 320 8制粉系统采用钢球磨中贮式热风送粉系统，每台炉配四台型号为 DTM350/700的钢球磨煤机。原设计煤种的煤粉细度为 R90=16.7%。干燥剂为热二次风加乏气再循环，送
10、粉为热一次风。A、B 制粉系统煤粉送入 A煤粉仓，通过给粉机送入下两层半煤粉燃烧器，C、D 制粉系统煤粉送入 B煤粉仓，通过给粉机送入上两层半煤粉燃烧器。过热汽温调节采用三级喷水减温器来调节过热蒸汽温度，一级减温器布置在低过出口集箱至大屏进口集箱的连接管上，二级减温器布置在全大屏过热器出口集箱至屏式过热器进口集箱的连接管上，三级减温器布置在屏式过热器出口集箱至高温过热器进口集箱的连接管上，共两只。根据锅炉再热汽温调节的要求，通过改变流经锅炉低温再热器的烟气流量份额，从而改变低温再热器的吸热量，达到调节再热汽温的目的。锅炉启动初期，为了保护再热器不超温，应关闭左、右侧低温再热器通道的烟气挡板。在
11、锅炉 50100%负荷范围内，两侧烟气挡板开度均处于有效调节区域。摆动燃燃烧器和再热器喷水微调减温器作为再热蒸汽温度的辅助调节手段。表 5 减温器布置和调温作用主蒸汽减温器 再热器减温器名 称一级 二级 三级 事故喷水 微量喷水型 式 多孔喷管式 喷管式数 量 1 2 2 2 2最大喷水量（t/h） 85 28.5 28.5 45 45调温情况粗调在高加全切时防超温全大屏出口汽温及左右偏差过热器左右侧偏差及其细调事故工况下使用辅助烟气挡板和燃烧器摆嘴使用安装位置 全大屏进口 管 全大屏出 口管 后屏出口 管 低再进口 管 高再进口管联箱工作温度（） 388 440 494 373.3 474-
12、 5 - 6 -图 3 DG1025/18.2-19 型锅炉每台锅炉所配主要辅机为：2台上海鼓风机厂有限公司生产的 SAF26.6-15-1引风机，单台烟气量为 231.32 m3/s，风压为 3777 Pa。2台上海鼓风机厂有限公司生产的 FAF21.1-11.8-1送风机，单台风量为 127.36 m3/s,风压为 3021 Pa。2台上海鼓风机厂有限公司生产的 1854B/960一次风机，单台风量为 38.48 m3/s，风压为 9405.7 Pa。4台株洲电力通达有限公司生产的 M5-29-11No20.5D排粉机，单台风机全压 10200 Pa，流量 34.47 m3/s。2 锅炉设
13、备现状和改造历史华润鲤鱼江电厂 1、2#炉实际燃用的是无烟煤、贫煤、劣质烟煤，而且煤质极不稳定。由于现场不具备混煤条件，只能使无烟煤上到一个原煤仓，贫煤或劣质烟煤上到另一个原煤仓，如果无烟煤上 A原煤仓，那么贫煤或劣质烟煤就上到 B原煤仓，于是无烟煤由 A、B 制粉系统磨制，煤粉送入 A煤粉仓，无烟煤通过给粉机送入下两层半煤粉燃烧器，贫煤或劣质烟煤由 C、D 制粉系统磨制，煤粉送入 B煤粉仓，贫煤或劣质烟煤通过给粉机送入上两层半煤粉燃烧器。或者相反。由于实际燃烧煤质与设计煤种有较大的差异，并且电厂一度采用上两层半一次风喷口燃烧无烟煤，下两层半一次风喷口燃烧烟煤的运行模式，因而造成锅炉燃烧效率较
14、低，燃烧稳定性较差。为此湖南华润鲤鱼江有限公司委托东方锅炉厂进行了炉膛增加卫燃带改造设计。东锅的改造设计方案为：在炉膛四角敷设100 m2卫燃带,卫燃带敷设高度从标高18.5m23.5m，从而提高喷口局部热负荷，提高燃烧无烟煤的稳定性，卫燃带敷设范围见图4（后来电厂又把卫燃带面积增加到160 m2） 。改造后，采用上两层半一次风喷口燃烧烟煤，下两层半一次风喷口燃烧无烟煤的运行模式进行运行优化和调整。改造后，东锅于 2004 年夏对 1#炉进行了燃烧调整试验。试验结果表明：在炉膛增加卫燃带改造后，在上两层半燃烧器燃用劣质烟煤和下两层半燃烧器燃烧无烟煤的掺烧运行方式下，锅炉稳燃性能得到明显改善，锅
15、炉飞灰可燃物含量降低，经济性提高；锅炉能在 50ECR 负荷下稳定燃烧；在额定负荷时，锅炉排烟中 NOX的排放量在小于750mg/m3。但锅炉存在过热蒸汽温度及再热蒸汽温度偏低、给粉不均、大渣含碳量高、下炉膛火焰温度低、飞灰可燃物含量高、运行经济性不理想等问题。特别是锅炉在运行中汽压波动非常大，影响锅炉的可控性和机组的经济性，锅炉仍然发生灭火事故，危及锅炉机组的安全，增加了发电成本。因此仍需继续进一步进行混煤掺烧改造的燃烧系统改造。- 7 -图 4 东锅改造敷设卫燃带示意图- 8 -3 存在问题及分析3.1 目前存在的问题1) 锅炉运行煤质差且变化大电厂来煤较杂，目前 1#炉燃用煤质：AB 制
16、为无烟煤，CD 制为烟煤或贫煤，由电厂2004/5/232004/6/9 日常煤质分析数据可见煤质波动较大，AB 制燃用无烟煤，Vdaf=7.2%18.92%，Q net.ar=12.4722.07（MJ/Kg） ；CD 制燃用贫煤，Vdaf=9.7%34.65%，Q net.ar=10.9920.13（MJ/Kg） 。2) 燃烧稳定性较差使得火焰的稳定性不能得到保证，锅炉平均每月灭火约两次，锅炉在运行中汽压波动非常大，难于控制。3) 过热蒸汽及再热蒸汽温度低过、再热蒸汽平均温度低设计值 10以上，减温水全关，特别是尾部烟道调温挡板中的过热侧挡板开度已经关至 25%以下，再热侧挡板开度维持 1
17、00%，仍然不能保证再热汽温。4) 大渣含碳量高锅炉大渣含碳量高，大渣平均含碳量为 17%。5) 大渣含碳量高锅炉飞灰可燃物含量偏高，2004 年 6月和 7月平均飞灰可燃物含量分别为平均为1#炉 11.29%和 12.16，2#炉 9.83%和 9.74%。3.2 原因分析燃烧组织的三要素是温度、混合和时间。湖南华润鲤鱼江有限公司 2300MW 锅炉系东方锅炉厂按照劣质烟煤设计制造的，当改为无烟煤和劣质烟煤混烧时，存在以下不足：1) 炉膛温度低由于设计煤种为劣质烟煤，因此炉膛容积较大，而且炉内原设计不布置卫燃带，导致炉膛温度较低，既不利于保证着火稳定性，也不利于燃尽。特别是为了降低飞灰可燃物
18、含量，在上组燃烧器投入贫煤或劣质烟煤，而把难于着火的无烟煤在下组燃烧器投入，更无法保证煤粉气流及时稳定的着火。由于上述原因，炉内燃烧工况不能组织到一个理想的状态，炉内温度水平偏低，导致飞灰可燃物含量偏高，燃尽不理想。另一个不良后果就是由于炉膛温度偏低，炉膛温度出口烟气温度低于设计值，导致过热器和再热器的换热量降低，汽温达不到设计值。锅炉改造后，炉膛内的卫燃带面积仍然较少，由于煤质较差，煤粉气流着火较迟，- 9 -下炉膛火焰温度低，同样不能不免上述不理想现象的发生。一二次风温度分别只有 305和 320，明显偏低，显然不能满足无烟煤燃烧组织的需要。2) 燃尽时间短由于设计煤种为劣质烟煤，因此炉膛
19、横截面积较大，炉膛较矮，导致煤粉的燃尽时间偏短，飞灰可燃物含量偏高。3) 一次风煤粉气流和热烟气的混合较差由于设计煤种为劣质烟煤，东锅没有在一次风喷口处加装钝体，导致一次风和高温烟气混合能力差，使得由于较低的炉膛温度造成的着火稳定性差的问题雪上加霜。4) 一次风煤粉气流和温度较低的周界风的混合较强一次风煤粉气流周围布置着量较大的周界风，是 ABB-CE 公司的设计特点，本来是针对着火性能较好的烟煤设计，起到推迟着火和保护喷口的作用，如图 5 所示。对于无烟煤，这种形式的周界风由于加强煤粉气流和温度较低的二次风的混合，阻拦了煤粉气流和温度较高的烟气的混合，因而不利于着火和燃烧。更重要的是，东锅在
20、设计中，居然没有采用带有折边的周界风喷口，更加剧了一次风煤粉气流和周界风的混合，恶化了着火条件。5) 一次风煤粉气流和温度较低的二次风的混合较早一次风煤粉气流和二次风均匀的间隔布置，也是 ABB-CE 公司的针对着火性能较好的烟煤的设计特点，起到在煤粉气流着火后及时补充氧量的作用。对于无烟煤，由于着火较晚，过早配入温度较低的二次风，只会降低煤粉气流温度，不利于煤粉气流的稳定燃烧。6) 一次风速高设计一次风速为 26m/s，实际运行平均一次风速达到 30m/s，远高于无烟煤、贫煤常规运行一次风速，使得着火推迟得较多，不利于煤粉气流的稳定着火。7) 三次风速过高由于煤质差，灰分高，制粉系统通风量偏大，导致日常运行中，三次风速往往达图 5 百叶窗煤粉浓缩器和燃烧器风箱布置图
