600MW超临界直流锅炉的燃烧调整试验.pdf

第27卷 第4期 2007年8月 动 力 工 程 Journal of Power Engineering Vol.27 No.4 Aug. 2007 文章编号1000267612007042502205 600 MW超临界直流锅炉的燃烧调整试验 杨 震 1 , 庄恩如 2 , 曹子栋 1 1. 西安交通大学,西安710049 ; 2.上海锅炉厂有限公司,上海200245 摘 要试验研究了600 MW锅炉超临界压力螺旋管圈直流炉在省煤器出口氧量、 炉膛风箱压差、 SOFA风投运组合、CCOFA风投运组合、 磨煤机投运组合、 煤粉细度、 偏置风开度等不同情况下对锅 炉效率、NOx排放的影响。超临界600 MW锅炉在燃烧神华煤时,试验得到较为合理的运行控制方 案锅炉省煤器出口氧量维持3. 2 ;炉膛、 风箱压差维持在850～900 Pa左右;SOFA风投3～4层; CCOFA风投2层;一次风压在8. 5 kPa左右;建议投运ABCEF磨煤机的分组运行模式;各二次风门 开度均布,并根据汽温偏差设定各风门开度。 关键词能源与动力工程; 600 MW超临界锅炉;燃烧调整;试验研究 中图分类号 TK227. 1 文献标识码 A Combustion Adjustment of a 600 MW Supercritical Once2through Boiler YANG Zhen 1 , ZHUANG En2ru 2 , CAO Zi2dong 1 1. Xi’an Jiaotong University , Xi’ an 710049 , China ; 2. Shanghai Boiler Works Co.Ltd. , Shanghai 200245 , China Abstract A 600 MW supercritical once2through boiler , with spirally2wound tubes , has been subjected to experimental research concerning the effects of the follwing varying factors on the boiler’s efficiency and NOxemission , namely oxygen content at the economizer’s exit , pressure difference between windbox and furnace , different conbinations of SOFA and CCOFA air supply as well as of the coal mills , fineness of the pulverized coal and opening of the offset secondary air damper. According to test results , it was found that , in case Shenhua coal is fired by the 600MW boiler , relatively reasonable operation requirements are 3. 2 oxygen content at economizer’s exit ; pressure difference between windbox and furnace kept at about 850～900Pa ; 3～4 stories of SOFA and 2 stories of CCOFA air dampers put in service; pressure of primary air kept at about 8. 5 kPa. It is further recommanded that group operation modes of the ABCEF mills be used , the secondary air ports should be opened unisly and all air port adjustments set in accordance with steam temperature deviations. Key words energy and power engineering; 600 MW supercritical boiler; combustion adjustment ; experimental study 收稿日期2006212225 作者简介杨 震,男,高级工程师,在读博士生,主要从事电站 锅炉设计和清洁能源技术研究。 1 600 MW超临界直流锅炉简介 镇江发电有限公司5号锅炉为上海锅炉厂有限 公司生产的锅炉超临界压力直流锅炉,锅炉为超临 界参数变压运行螺旋管圈直流炉,单炉膛、 一次中间 再热、 四角切圆燃烧方式、 平衡通风、 全钢架悬吊结 构 П型露天布置、 固态排渣,尾部布置2台三分仓 容克式空气预热器。设计煤种为神华煤。锅炉总体 布置示于图1。锅炉主要设计参数列于表1。 图1 600 MW超临界锅炉布置图 Fig 1 Lay2out of the 600 MW supercritical boiler 锅炉炉膛宽度18816 mm ,炉膛深度17696 mm。 炉膛由膜式壁组成。从炉膛下部四周布置螺旋管 圈,上方为垂直管圈。炉膛上部布置有分隔屏过热 器、 后屏过热器和高温再热器。水平烟道由后烟井 延伸部分组成,其中布置有末级过热器。后烟井布 置有低温再热器和省煤器。在低温过热器和分隔屏 过热器、 后屏过热器和高温过热器之间分别布置有 一、 二级过热蒸汽喷水减温器;在低温再热器入口布 置有再热器事故喷水减温器。 表1 锅炉主要设计参数 Tab. 1 Main design parameters of the boiler 项目BMCRECR 过热器出口蒸汽流量Πth- 119131822 过热器出口蒸汽压力ΠMPa25.425.3 过热器出口蒸汽温度Π℃571571 再热器出口蒸汽流量Π Πth- 11584.41513.6 再热器出口蒸汽温度Π℃569569 再热器出口蒸汽压力ΠMPa4.194.18 再热器入口蒸汽温度Π℃312306 再热器入口蒸汽压力ΠMPa4.384.00 给水温度Π℃282279 制粉系统采用中速磨煤机、 一次风机正压直吹 式,配6台HP1003型磨煤机。每台磨煤机带1层煤 粉喷嘴。燃烧方式采用低NOx同轴燃烧系统 LNCFS ,主风箱设有6层强化着火EI煤粉喷燃 器。在每只煤粉喷燃器周围布置有燃料风喷嘴。在 每相邻2层煤粉喷燃器之间布置有1层辅助风喷 嘴,辅助风喷嘴包括上、 下2个预置水平偏角的二次 风喷嘴CFS ,1个直流二次风喷嘴。主风箱顶部为 2层紧凑燃尽风喷嘴CCOFA ,主风箱底部为1层 UFA喷嘴。在主风箱上部布置有5层可水平摆动的 分离燃尽风SOFA。各组燃烧器4角布置,并可 上、 下摆动,用以调节再热蒸汽温度。 2 600 MW超临界直流锅炉燃烧调整 试验结果及分析 燃烧优化调整的目的在于保证锅炉达到额定参 数,着火稳定、 运行安全,同时具有较高的效率和环 保指标。在燃烧和其它条件一定的情况下,影响锅炉 燃烧工况的因素有燃料风、 辅助风、 周界风、 偏置风、 各层燃尽风的组合。本试验主要研究在省煤器出口 氧量、 炉膛风箱压差、SOFA风投运组合、CCOFA风投 运组合、 磨煤机投运组合、 煤粉细度、 偏置风开度等 不同情况下对锅炉效率、 锅炉NOx排放的影响。 2. 1 燃烧调整对锅炉效率的影响 2. 1. 1 省煤器出口氧量变化对锅炉效率的影响 在600 MW工况,投运5层煤粉喷嘴BCDEF磨 煤机的情况下,改变省煤器出口氧量,维持其它参 数不变图 2 。从图2可以看出当O2 2. 7 时的 锅炉效率高于O2 4. 5 时约0. 45 ,说明在省煤 器出口氧量增加的情况下,燃用神华煤采用LNCFS 燃烧系统后炉内燃烧增强,降低的灰渣中未燃尽碳 热损失无法弥补因排放烟气量增大导致的锅炉热损 失增大。通过试验可知在机组高负荷时维持3. 0 的省煤器出口氧量就可以取得较高的效率。 图2 省煤器出口氧量变化对锅炉效率的影响 Fig 2 Boiler efficiency vs. O2content at economizer’s outlet 2. 1. 2 炉膛风箱压差变化对锅炉效率的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、CCOFA风挡板开度、SOFA风挡板开度、 燃 料风挡板开度、 投运燃烧器及其摆动角度不变,增加 炉膛 、 风箱压差图 3 。 从图3可知,随着炉膛 、 风 图3 炉膛风箱压差变化对锅炉效率的影响 Fig 3 Boiler efficiency vs. pressure difference between windbox and furnace 305 第4期杨 震,等600 MW超临界直流锅炉的燃烧调整试验 箱压差612 Pa逐步增加,锅炉灰渣中未燃尽碳热 损失基本不变,对锅炉效率的影响不大。 2. 1. 3 SOFA风量变化对锅炉效率的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、CCOFA喷嘴挡板开度不 变,改变SOFA风挡板开度图 4 。从图4可以看 出随着SOFA风的投入由30 增加到100 ,改进 了主燃烧器区域和上部燃尽区的过量空气系数的比 例,主燃烧器区域的氧量供应水平由富氧改变为缺 氧状态,SOFA风燃烧器区域风量占总风量的比例也 由15 增加到28 左右,随着SOFA风挡板平均开 度的增加,虽然灰渣中未燃尽碳引起的热损失有所 降低,但排烟热损失要增加0. 2 左右,使得锅炉效 率反而下降约0. 15 。 图4 SOFA风量变化对锅炉热效率的影响 Fig 4 Boiler efficiency vs. SOFA air flow variation 2. 1. 4 CCOFA风量变化对锅炉效率的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA喷嘴挡板开度不变, 改变CCOFA风挡板开度。随着CCOFA投入层数的 增加,飞灰含碳量的变化仅0. 16 ;在CCOFA 2层从 全开、 修正到基准温度时的排烟温度为最低,但也仅 是4℃ 的变化。可以看到在改变CCOFA开度情况 下,对锅炉效率的影响并不大,但随着CCOFA投入 量的减少再热汽的减温水量减少,机组的经济性有 所提高。 图5 磨煤机组合方式变化对锅炉热效率的影响 Fig 5 Boiler efficiency vs. different mill groupings 2. 1. 5 不同磨煤机组合运行方式对锅炉效率的影 响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA风、CCOFA风挡板 开度不变,改变磨煤机组合方式图 5 。从图5的3 种情况的结果分析,在投入ABCEF磨煤机,采取上 层EF磨和下层ABC磨2组的燃烧组合方式比另2 种相对集中的投磨方式,在燃用神华煤等烟煤时的 锅炉效率要高。 2. 1. 6 煤粉细度变化对锅炉效率的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA风、CCOFA风挡板 开度不变,改变煤粉细度图 6 。从图6可以看出 在BCE磨煤机的折向门开度为1格磨煤机的折向 门开度分0～9共10格,出口煤粉细度相对从粗到 细 ,D 磨为3格,F磨为2格,此时的锅炉效率因煤 粉细度相对较粗而较低;当CDE磨煤机的折向门开 度为3格,而BF磨煤机的折向门开度为5格时,此 时的锅炉效率比BCE1D3F2时高出0. 31 。因此, 应适当提高煤粉细度从而合理提高锅炉效率。 图6 磨煤机出口折向门开度变化对锅炉热效率的影响 Fig 6 Boiler efficiency vs. changes in port opening at mill’s exit 2. 1. 7 偏置风量变化对锅炉效率的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA风、CCOFA风挡板开 度不变,改变偏置风挡板开度图 7 。从图7可以看 出随着偏置风挡板开度的增加,锅炉效率将会有所 提高,这是因为偏置风的增大加强了主燃烧器区域的 气流扰动强度,强化燃烧,使得锅炉效率有所提高。 图7 偏置风挡板开度变化对锅炉热效率的影响 Fig 7 Changes in the offset secondary air damper’s opening vs. boiler’s thermal efficiency 2. 2 燃烧调整对锅炉NOx排放的影响 2. 2. 1 省煤器出口氧量变化对NOx排放的影响 在机组负荷为600 MW时,投用BCDEF磨煤机 对应的上5层煤粉喷嘴,维持其它参数不变的情况 下,改变省煤器出口氧量图 8 。从图8可以看出 随着省煤器出口氧量的增加,在O2 2. 5 时省煤 器出口的NOx排放为200 mgΠm 3 ,当O2增加到3. 3 405 动 力 工 程 第27卷 时,NOx排放上升到228 mgΠm 3 ;当O2进一步升到 4 时,NOx的排放达到232 mgΠm 3 ;但氧量从3. 3 开始的NOx的排放增加趋势减缓;主燃烧器区域过 量空气系数增加,主燃烧器区域的中心温度增加, NOx排放增加。 图8 省煤器出口氧量变化对NOx排放的影响 Fig 8 Relationship between NOxemission and O2 content at economizer’s outlet 2. 2. 2 炉膛大风箱压差变化对NOx排放的影响 在机组负荷600 MW时,保持省煤器出口氧量 3 左右,投用BCDEF磨煤机对应的上5层煤粉喷 嘴,燃料风门开度32 左右,CCOFA全开,SOFA为4 层100 开度图 9 。从图9可见改变炉膛大风箱 压差,在600 Pa时,NOx的排放为208 mgΠm 3 ;在750 Pa时,NOx的排放降为198 mgΠm 3 ;在900 Pa后,NOx 的排放又升到202 mgΠm 3 。炉膛大风箱压差的变化 引起NOx的变化幅度只在5 以内,可见炉膛大风 箱压差变化对NOx排放的影响较小,但在750 Pa左 右的压差下,NOx排放相对较小。 图9 炉膛大风箱压差变化与NOx排放的关系曲线 Fig 9 NOxemission vs. pressure difference between windbox and furnace 2. 2. 3 SOFA风量变化对NOx排放的影响 在机组负荷600 MW时,保持省煤器出口氧量 3 左右,炉膛大风箱压差维持在1000 Pa左右,投用 BCDEF磨煤机对应的上5层煤粉喷嘴,燃料风门开 度32 左右图 10 。从图10可见在SOFA风投入 2层时,NOx的排放为250 mgΠm 3 ;在开3层以后,NOx 的排放降为210 mgΠm 3 ;在开5层以后,NOx的排放 降为153 mgΠm 3 。SOFA风量的增大,降低了主燃烧 器区域的燃烧份额,有利于高度方向的燃烧分级,可 明显降低NOx的生成。 图10 SOFA风挡板开度变化对NOx排放关系曲线 Fig 10 NOxemission vs. SOFA air baffle’s opening 2. 2. 4 CCOFA风量变化对NOx排放的影响 在机组负荷600 MW时,保持省煤器出口氧量 稳定,投用BCDEF磨煤机对应的上5层煤粉喷嘴, SOFA风开5层,燃料风门开度32 左右图 11 。 从图11可见在没有CCOFA风投入时,NOx的排放 为230 mgΠm 3 ,在开1层和2层以后,NOx的排放在 150～170 mgΠm 3 。 图11 CCOFA风挡板开度变化对NOx排放关系曲线 Fig 11 NOxemission vs. CCOFA air baffle’s opening 2. 2. 5 不同磨煤机运行组合对NOx排放的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA风、CCOFA风挡板 开度不变,改变磨煤机运行组合图 12 。从图12可 知在采用下5层磨煤机组合的NOx排放为最高,达 到236 mgΠm 3 ,在采用BCDEF的上5层磨煤机组合 方式的NOx排放为202 mgΠm 3 ,而当采用下3层和上 2层的分组燃烧方式的NOx排放为188 mgΠm 3 。 图12 不同磨煤机运行组合对NOx排放关系 Fig 12 Nox emission vs. different mill grouping modes 2. 2. 6 煤粉细度变化对NOx排放的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA风、CCOFA风挡板 开度不变,改变煤粉细度图 13 。从图13可知在 BC磨出口折向门开度为1格,D磨出口折向门开度 为3格,E磨出口折向门开度为5格,F磨出口折向 505 第4期杨 震,等600 MW超临界直流锅炉的燃烧调整试验 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 门开度为2格工况下,NOx的排放达到216 mgΠm 3 , 在BCDEF磨出口折向门开度均为3格工况下为208 mgΠm 3 ,在CDE磨出口折向门开度均为3格,BF磨出 口折向门开度均为5格工况下为197 mgΠm 3 ;从结果 看,最上层磨煤机的折向门开度对NOx排放的影响 最大,且各台磨煤机的平均折向门开度对NOx排放 的影响也较大。 图13 煤粉细度变化对NOx排放关系曲线 Fig 13 NOxemission vs.fineness of pulverized coal 2. 2. 7 偏置风量变化对NOx排放的影响 在600 MW工况的试验过程中,维持给煤量、 一 次风量、 主燃烧器辅助风、SOFA风、CCOFA风挡板 开度不变,改变偏置风挡板开度图 14 。从图14中 可以看到投用BCDEF上5层磨煤机,SOFA风开3 层,燃料风门开度30 左右,随着偏置风挡板开度 增大,在炉膛的主燃烧器区域加大了径向分级燃烧 的份额,NOx的排放明显下降。当偏置风挡板开度 从27 变化到55 时,NOx的排放量从250 mgΠm 3 降低到215 mgΠm 3 。偏置风挡板开度的变化对降低 NOx的作用比较明显。 图14 偏置风挡板开度变化对NOx排放关系曲线 Fig 14 NOxemission vs. changes in offset secondary air baffle’s opening 3 结 论 600 MW超临界压力锅炉在燃烧神华煤时,采用 LNCFS的四角切向燃烧后,可以达到高效、 清洁、 低 NOx排放污染的效果,实现了电力行业的可持续发 展目标。 1省煤器出口氧量对经济性、 环保指标的影 响都较为明显。省煤器出口氧量由2. 7 增大到 3. 3 ,效率略有下降,但仅为0. 05 ,NOx排放由 202 mgΠm 3 增加到229 mgΠm 3 ;当省煤器出口氧量由 3. 3 增大到4. 4 ,效率降低较多。适当提高省煤 器出口氧量,有利于避免或减轻炉膛受热面结渣。 锅炉的运行氧量的合理选取是提高锅炉效率和达到 环保排放的保证。通过试验表明在600 MW负荷 时,维持省煤器出口3. 2 的氧量是比较合理的。 2超临界600 MW锅炉的燃烧系统通过采用 低NOx同轴燃烧系统LNCFSTM设计和炉膛布置的 匹配来达到低NOx排放的要求。炉膛大风箱的压 差的合理控制使得主燃烧器和SOFA燃烧区域的燃 烧份额发生变化,随着炉膛大风箱的压差的提高,主 燃烧器区域的燃烧份额有所降低,体现出锅炉高度 方向燃烧分级的效果,结合锅炉效率和排放及达到 控制炉膛出口烟气温度的作用,我们认为850～900 Pa的炉膛大风箱压差较为合理。 3 SOFA风投入层数对NOx排放影响较大、 对 锅炉效率的影响较小。SOFA风投入层数由3增加 到5时,NOx排放由208 mgΠm 3 降低到159 mgΠm 3 ;超 临界600 MW锅炉采用LNCFS燃烧系统后,它的 SOFA风设计具有明显的降低NOx排放的作用,并 对锅炉效率的影响较小。 4对燃用神华煤的超临界600 MW锅炉,采用 NOx同轴燃烧系统LNCFSTM中,其CCOFA作为一 个重要组成部分,它起到了垂直燃烧分级的作用,可 降低约20 的NOx排放量;而对锅炉效率的影响不 大。 5在燃用神华煤的超临界600 MW锅炉中,通 过改变磨煤机组合方式,可以达到明显地提高锅炉 效率,降低NOx排放的效果。在额定负荷的运行工 况下,投用5层煤粉喷嘴,采取上下分组的磨煤机组 合方式是一个较为合理的选择。 6对燃用神华煤的超临界锅炉,采用HP1003 的中速磨煤机,通过改变其出口的折向门开度得到 合格的煤粉细度,可以达到高效和低污染。通过试 验比较,认为各种磨煤机出口的折向门开度,以平均 折向门开度4格较为合理,且顶层磨煤机出口的折 向门开度应为最大。 7在NOx同轴燃烧系统LNCFSTM中,偏置 风对锅炉运行的经济性影响较小,但对NOx排放有 明显影响。偏置风挡板平均开度为较大时,NOx排 放最小;且此时的锅炉效率也相对较好;而偏置风挡 板平均开度为较小时,NOx排放增大。维持偏置风 挡板平均开度50 左右,对降低NOx排放、 保证锅 炉效率和降低左右两侧的汽温和烟温偏差都较为有 利。下转第521页 605 动 力 工 程 第27卷 低负荷不投油着火、 稳燃性能。试验结果表明,对6 号炉进行的不投油低负荷稳燃试验中,锅炉不投油 稳燃较长时间运行在75 tΠh左右。整个试验期间, 炉膛负压稳定,煤粉着火迅速,燃烧稳定,火焰明亮, 锅炉各项参数正常,达到了50 BMCR不投油低负 荷稳燃要求。 3. 5 NOx排放考核试验 NOx排放浓度测量结果示于表4。 表4 NOx排放情况 Tab. 4 NOxemission 项目工况T01工况T06工况T07 A侧氧量Π5.216.766.58 空气预热器出口处实际测量植 A侧NO含量Π10- 6362257323 B侧氧量Π5.076.516.12 B侧NO含量Π10 - 6 386262320 空气预热器出口处换算至6 O2标准状态下 NOΠmgm- 3473362440 NOx以NO2计Πmgm- 3726556675 从表4可以看到,在 80 ～100 BMCR范围内 NOx排放量超出了国家标准中的规定650 mgΠm 3 ,标 态。与一些燃用相近煤种的锅炉相比,该锅炉的 NOx排放浓度显然要偏低150～300 mgΠm 3 左右 [4] 。 本次测试结果显示,锅炉NOx排放浓度较改造前有 大幅度下降,降幅达20 左右。可见,富氧助燃技 术的应用确能有效降低NOx排放浓度,具有较好的 环保性能。 4 结 论 1根据中铝公司河南分公司热力厂6号锅炉 实际情况,设计了膜法富氧系统及其附属设备。系 统具有投资少、 启动快、 寿命长、 操作简单、 使用方 便、 安全等优点。 2当富氧风率在2. 5 左右时,适当调整一次 风和二次风配入方式,飞灰碳含量和大渣碳含量明 显降低,固体未完全燃烧热损失基本小于2. 5 ,锅 炉热效率达到91. 5 ,超过性能保证值和设计值,比 常规运行效率提高了2. 5 。 3锅炉性能考核试验结果显示局部富氧助 燃技术显著提高了锅炉燃烧效率和热效率,有利于 防范水冷壁高温腐蚀和严重结渣现象的发生,提高 了不投油低负荷稳燃性能,有效地降低了NOx排放 浓度,具有较好的环保性能。 参考文献 [1] 方寿奇.富氧技术在燃煤锅炉上的应用[J ].膜科学与 技术,2001 ,481 46 - 47. 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