1150thFW锅炉燃烧优化试验分析.PDF

1150t/ hFW锅炉燃烧优化试验分析 陈 骞 湄洲湾火电厂 福建 莆田 351152 摘要 本文介绍了燃烧调整试验的几种方法和结果,分析并提出了湄洲湾电厂1150t/ h 锅炉燃烧优化所采取的措施。 关键词 燃烧调整试验与锅炉效率, NOx排放及结焦的关系 引言 湄洲湾电厂锅炉为FOSTER WHEELER制造的 1150t/ h亚临界中间再热自然循环炉,每台锅炉有16 只低NOx旋流燃烧器,后墙上部,前墙上部、前墙 下部,后墙下部分别为A、B、C、D层燃烧器并由 对应的MBF23辊式磨煤机供煤粉。在炉膛上部前、 后墙各有6只二次风燃烬风口,用于控制NOx的产 生。本锅炉燃用印尼Pinang煤,煤质如表1中所述, 3台磨煤机运行可以满足锅炉最大出力。由于煤质挥 发份高,着火点低,灰软化温度仅1200℃,易结焦, 自投产以来,多次发生磨煤机着火、石子煤排放口 冒火星、燃烧器喷口处结焦严重及掉焦引起煤火检 失去锅炉MFT等事故和高负荷时锅炉排烟温度高等 问题。本文试采用单因素轮换试验法于2002/02/20 - 2002/03/23期间在湄洲湾电厂 1锅炉分别进行改 变总风量、前后墙热负荷比例、上下层热负荷比、 不同磨煤机组合、磨煤机出口温度、磨煤机一次风 风煤比、停运燃烧器调风器位置等试验,试图从中 寻找出针对本锅炉最优化的运行方式,以提高经济 性、安全性和环保性。 表1 印尼Pinang煤品质特性 收到基灰份 6 收到基挥发份 39 收到基全水分 14 收到基低位发热量kCal/ kg5950 灰变形温度t1℃1100 灰熔化温度t3℃1300 收到基硫 015 收到基固定碳 41 收到基高位发热量kCal/ kg6200 哈氏可磨指数HGI45 灰软化温度t2℃1200 试验结果与分析 1、改变总风量试验 在其它参数不变的情况下,调节送引风机档板 开度改变锅炉总风量,试验在325MW负荷进行。试 验结果见图 图1 325WM负荷下排烟温度t及NOx和锅炉效率η与 锅炉总风量的关系 由图1可知,当入炉总风量增加时,燃烧区域 供氧量也增加,火焰温度上升,温度型NOx生成量 增加,同时燃烧区域氧浓度增加,也为燃料型NOx 生成提供了可能,使NOx排放量增加。 当O2在315- 412时,炉内过剩空气系数大 于112,可满足煤粉充分燃烧要求,锅炉效率η较 高,且氧量充足避免炉内还原性气氛,减少结焦。 当O2继续增加时则排烟温度上升,排烟损失q2增 加;当O2减少时则不但因氧量不足,煤燃烬度下 降,增加机械不完全燃烧损失q4。还会因燃烬推迟 排烟温度反而上升,增加q2。可见,保持O2在 315- 412可得较高经济性和较低NOx排放量, 且可以抑制结焦。 62 节 能 技 术 福建能源开发与节约 2002年第3期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 2、改变前后墙热负荷比例试验 试验在225MW负荷进行,改变前后墙燃烧器出 力,调整炉膛热负荷的分布。试验结果如图2 图2 锅炉经济性及NOx与前后墙热负荷比的关系 由于旋流燃烧器火焰相对独立,相互之间混合 较弱,各燃烧器形成的烟气流循自己的轨道行走。 从图2可看出,前、后墙燃烧器出力约1∶1时,炉内 热负荷较均匀,煤粉燃烧较充分,减少q4,同时前 后墙水冷壁吸热较均匀,减少水冷壁热偏差并防止 局部过热,且排烟温度下降,减少q2,提高η。布置 在尾部烟道的一级过热器金属壁温均匀且较低,布 置在折焰角处的屏式过热器金属壁温也较低,这说 明锅炉炉内温度低且换热良好,有利于减少温度型 NOx的产生,同时减少结焦。考虑到磨煤机出力低 于17t/ h无油助燃则跳磨、磨煤机最大出力仅46t/ h、 磨煤机电流达56A将引起煤量迫降以及单层燃烧器 热负荷过高将产生火焰飞边刷墙易引起燃烧器周围 结焦等因素,在过低负荷和过高负荷下无法满足前 后墙燃烧器出力均匀要求,则应优先从锅炉安全的 角度组织燃烧。在正常情况下则应尽量使前后墙热 负荷均匀。 3、改变上下层热负荷比例试验 试验在225WM负荷进行,改变上下层燃烧器的 出力调整层间热负荷比例。试验结果如图3 图3 锅炉经济性及NOx与上下层热负荷比例的关系 随着上下层煤粉浓度分配比例的减少,较多煤 粉在炉内停留时间较长,有利于煤粉燃烬,减少q4, 同时由于煤粉停留时间长,换热时间更长,降低排 烟温度,减小q2,提高η;燃烬风抑制NOx的作用对 下层燃烧器较明显,故减少了NOx排放量。同样, 受磨煤机本身和燃烧的约束条件限制,在磨煤机电 流许可和磨煤机出力满足情况下尽量提高下层燃烧 器对应磨煤机的出力。 4、不同磨煤机组合试验 试验在325MW时进行,分析不同磨煤机运行组 合下锅炉运行状况。结果如表2 表2 不同磨组合下的运行参数对照表 磨组合A/B/ CA/B/ DA/ C/ DB/ C/ D η 9114911593159312 t ℃13817138131331813316 NOx ppm 190178131129 从试验数据可看出,在一层上层燃烧器和两层 燃烧器A/ C/ D或B/ C/ D运行组合下,燃烬风的 作用较为明显,煤粉在炉膛中停留时间相对更长, 所以无论是排烟温度、耗煤量还是NOx排放量均较 两层上层燃烧器和一层燃烧器A/B/ C或A/B/ D 运行组合要小得多,既经济,污染又小。 5、改变磨煤机出口温度试验 因Pinang煤挥发份达39 ,着火点低,所以磨 煤机出口温度设定值较其它厂低得多,试验在 320MW时进行,结果如图4 72 2002年第3期 福建能源开发与节约 节 能 技 术 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图4 锅炉经济性及NOx与磨煤机出口风粉温度关系图 降低磨煤机出口温度可使磨煤机入口混合一次 风温降低到煤粉着火点以下,防止磨煤机内部着火 冒烟等事故的发生。但风粉温度下降,着火推迟, 引起排烟温度上升, q2增加,煤耗上升。磨煤机出 口风粉温度低,温度型NOx生成量较少,从而减少 NOx排放量。而且因为着火推迟,可以降低燃烧器 口的温度,燃烧器喷口结焦量减少。综合以上因素, 磨煤机出口风粉温度应控制在58℃- 61℃ 为宜。 6、改变磨煤机一次风风煤比试验 在给煤量不变情况下,改变磨煤机一次风量, 观察不同风煤比对燃烧等的影响情况,试验在 300MW进行,结果如图5 图5 锅炉经济性及NOx与一次风风煤比的关系 给煤量一定的情况下,较高的风煤比例意味着 较高一次风量和一次风速,减少煤粉在高温区停留 时间,且一次风量过高使着火热上升,同样卷吸烟 气量下煤粉气流加热到着火温度时间更长,特别是 在低负荷时,二次风量小,二次风穿透力较差情况 下,可能降低煤燃烬度,而且一次风量增加时排烟 温度也上升,增加q2,增加煤耗。燃烧区域氧浓度 增加,燃料型NOx生成量增多,但因着火推迟,喷 口附近温度较低及氧化性气氛可抑制结焦形成,对 锅炉安全有利。 因此,低负荷时为提高锅炉效率,在保证不发 生磨煤机堵煤和因为一次风量过低限制磨煤机出力 情况下,尽量降低风煤比;高负荷下,炉膛温度高, 煤粉易于着火,为减少结焦,保证锅炉安全,在满 足磨煤机一次风量档板开度条件下尽量提高风煤比。 7、改变停运燃烧器调风器位置试验 燃烧器壁端部受到燃烧器附近火焰的辐射作用, 以及燃烧器本身煤粉流和二次风的对流冷却作用, 对于运行的燃烧器,对流冷却作用大于辐射作用, 其燃烧器壁温一般低于290℃;而未投运的燃烧器, 辐射作用强于对流冷却作用,因此其燃烧器壁温较 高,达400℃- 490℃。试验在325MW时改变停运燃 烧器调风器的位置观察燃烧器的壁温等情况; 711 A、B、D磨运行时改变停运的C层燃烧器 调风器位置 图6 燃烧器壁温、锅炉经济性及NOx与C层调风套筒的关系 图6中t1为C层燃烧器内二次风金属壁温, t2 为C层燃烧器金属壁温,调风套筒开度40为点火 位,70为正常运行位置 开大未运行的下层C燃烧器调风套筒,壁温降 低。特别是从全关至点火位置时燃烧器壁温下降约 30℃,内二次风壁温反而上升,这主要是因为热二 次风温正常为300℃ 左右,开大调风套筒反而对内二 次风壁有加热作用。调整C层燃烧器调风套筒时B 82 节 能 技 术 福建能源开发与节约 2002年第3期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 层燃烧器壁温下降约6℃,可减少燃烧器周围结焦 量,对对侧燃烧器却几乎没有影响。下层燃烧器的 二次风能被上层燃烧器有效利用,虽然冷却风未能 进入其主燃烧区,但已起到助燃作用,从而降低q4。 但由于下层二次风量增大,改变各个燃烧器的二次 风配比,减少上层燃烬风量,使NOx排放量增加, 但总体上仍可以接受,因此未运行下层燃烧器调风 套筒应放置在全开位以提高锅炉效率。 712 B、C、D磨运行时改变停运的A层燃烧器 调风器位置 图7 燃烧器壁温、锅炉经济性及NOx与C层调风套筒的关系 图7中t1为A层燃烧器内二次风金属壁温, t2 为A层燃烧器金属壁温 由于上层燃烧器处于火焰中心处,炉膛辐射作 用较强,未运行燃烧器壁温较高,开大未运行A层 燃烧器调风套筒,壁温降低较小,只有10℃,对其 它运行的燃烧器则几乎没有影响。下层燃烧器运行 时燃烬风口二次风的作用较明显,锅炉NOx排放量 总体较少,所以上层燃烧器调风套筒开度的变化对 NOx排放量影响较小。且A层燃烧器二次风无法被 运行的燃烧器所利用,开度过大将使运行燃烧器风 量不足,形成还原性气氛,易于结焦。因此,未运 行的上层燃烧器其调风套筒应全关为好。 结论 本锅炉采用A/ C/ D或B/ C/ D运行组合,在磨煤 机条件许可和考虑燃烧器出力过大防止飞边情况下 尽量提高下层燃烧器C/ D层出力和使炉内热负 荷均匀,合理控制磨煤机出口风粉温度和炉内过剩 空气系数,适当调节未运行燃烧器调风套筒可以提 高锅炉效率,降低NOx排放,并有效抑制锅炉结焦, 保证锅炉安全。 上接25页 D6090型,风机电动机功率为 215kW ,2001年6月份在2 立窑风机上安装了变频 调速控制装置,为了对比,6月1日- 15日仍采用原 先的蝶阀放风控制方法操作。6月16日- 30日采用 变频调速控制。 2 机立窑风机使用变频调速控制前后用电情况 日期运行时间生产产量用电量吨产量耗电量 使用前 6月1日- 15日 265159h2216135t22104kWh9197kWh/ t 使用后 6月16日- 30日 190183h1579192t8940kWh5167kWh/ t 由表中的用电对比情况可以看出,使用变频调 速控制风机后,生产吨熟料风机耗电量节约了 4130kWh。该立窑年产熟料818万吨,全年可节约用 电量37184万kWh;按电价0140元/ kWh计算,一年 内即可收回投资。由于安装变频调速控制风机具有 明显的节电效果和经济效益,同时还取消了放风操 作,声源噪声和环境噪声均降低20dB以上,电动机 的起动电流也从1200A降至10 - 20A ,延长了风机齿 轮和轴承的使用寿命。从水泥工艺角度分析,采用 蝶阀放风控制风量的方法,易造成窑内风压波动, 影响立窑底火层的稳定;而采用变频调节,风压变 化小,更利于窑况的稳定,提高了熟料质量。 此外,我们还将变频调速用于烘干引风机、磨 机引风机、生料入窑等场所。总结变频调速控制技 术,其优点可归纳为下列五点 1、减少电动机的输出功率,节约能耗。 2、随着转速降低,机械损耗减少,使用寿命延长。 3、平滑启动,启动电流低,电器元件的使用寿命长。 4、工艺控制更加合理,产品质量稳定。 5、降低噪声,环境污染减少。 92 2002年第3期 福建能源开发与节约 节 能 技 术 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. 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