330MW机组锅炉燃烧系统改造及效果评价

330MW机组锅炉燃烧系统改造及效果评价

段凯

国电新疆红雁池发电有限公司830047

摘要：火力发电厂大气污染排放控制问题，已经越来越受到世界各国政府的关注和重视，发达国家对污染排放控制标准较高。我国是能源生产和消费大国，随着我国国民经济的快速发展，能源供应与经济发展的矛盾日趋尖锐，与工业发达国家相比，我国单位能耗所创造的经济收入较低，提高能源使用效率，降低能源消耗是我国面临的首要任务。鉴于此，本文主要分析330MW机组锅炉燃烧系统改造及效果评价。

关键词：330MW机组锅炉；燃烧系统；改造

1、锅炉概况

红雁池公司始建于1958年，1970年第一台机组投产发电，2003年划归中国国电集团公司，是国电新疆公司全资子公司。主营业务有发电、资源综合利用、热力供应和对外检修等。公司2×330MW锅炉为亚临界参数、一次中间再热、紧身封闭、自然循环汽包炉，采用平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，燃用烟煤，最大连续蒸发量为1065t/h。

#1、#2汽轮机为北京北重电机有限责任公司生产的NC330-17.75/0.4/540/540亚临界、中间一次再热、三缸双排汽、单轴、采暖抽汽、凝汽式汽轮机。

#1、#2发电机为北京汽轮电机有限公司T255-460型三相两极同步交流发电机，发电机冷却方式为水氢氢，励磁方式采用静止可控硅自并励。

#1、#2机组均采用发电机-变压器组单元接线，经主变升压至220kV后接入220kV母线，以220kV电压接入系统。两台330MW机组设置一台高压启备变，三相分裂变，容量52/35-35/17.3MVA。

2、燃烧系统改造分析

2.1、制粉系统改造方案分析

制粉系统是燃煤锅炉机组的重要组成部分，它的主要任务是连续、稳定、均匀地向锅炉提供合格、经济的煤粉。煤粉要适应燃煤特性的需要，达到足够的细度，并具有较高的煤粉均匀性；制粉设备要有较低的单位出力下的能耗和钢耗；除此之外，制粉系统还应在输送过程中防堵、防爆，并具有较小的输送阻力；在干燥过程中能达到最终煤粉水分和温度的要求。因此，制粉系统要综合考虑碾磨、输送、干燥3方面的要求。由上章煤质变化对锅炉影响分析可知，锅炉原制粉系统在不做改造前提下已无法满足改烧烟煤的要求。

改造前制粉系统为中间仓储式热风送粉系统配四台型号为DTM350/600的单进单出钢球磨煤机，查阅《DLT5145-2002火力发电厂制粉系统设计技术规定》知采用原中间储仓式热风送粉系统已不符合安全要求，需要改进。由于煤种改变需将原来的钢球磨贮仓式热风送粉改造为钢球磨贮仓式乏气送粉或中速磨直吹式送粉系统。

2.2、燃烧器改造方案分析

燃烧器原始设计上没有采取深度低NOx控制措施，燃煤挥发分含量较低，导致锅炉NOx排放浓度远达不到排放要求。因此，采取综合性的燃烧系统升级改造能够降低NOx排放并使锅炉性能得到提升，既有显著的经济效益，也有很明显的环保效益和社会效益。

（1）百叶窗水平浓淡燃烧技术实现低NOx排放的技术原理

此次改造选用的主一次风燃烧器应用哈工大改进水平浓淡煤粉燃烧技术，采用百叶窗式煤粉浓缩器。通过调节百叶窗结构，可控制浓淡两侧气流流率、阻力损失和煤粉浓度。在一次风管道内使煤粉气流流向百叶窗浓缩栅时产生不同的偏转程度，通过颗粒惯性使气固分离，经隔板在水平方向上分流成浓度不同的两股煤粉气流；经分离后淡煤粉气流在背火侧喷入炉膛，形成外侧假想切圆；而浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛，形成内侧假想切圆。浓煤粉气流在欠氧条件下处在还原性气氛下燃烧，达到降低NOx生成效果；同样道理，淡煤粉气流一侧由于煤粉浓度较小，含氮基团的析出量有限从而与氧反应生成NOx的量也较小。

（2）炉内垂直空气分级燃烧实现低NOx排放的技术原理

炉内垂直空气分级燃烧技术因其投资低、效果好是应用最广泛的低氮燃烧技术。该技术基本原理为：分两级将燃烧所消耗的空气量送入炉内，保证在主燃烧区内的过量空气系数控制在在0.78~0.9，主燃烧区内燃烧在富燃料条件下进行，燃烧速度和温度变小导致燃烧过程延迟，实现还原性气氛下大量含氮基团与NOx反应转化为N2，氮氧化物在此区域的生成量大大降低；在主燃烧器上方布置的燃尽风喷口将燃烧所需要其余空气送入炉膛，形成富氧燃烧条件。在此区域内火焰温度受多余空气量影响降低，加上煤中多数含氮基团在主燃区已参加完反应，最终NOx的生成量也不高。

（3）立体分级燃烧技术优势

将水平浓淡燃烧技术和空气垂直分级燃烧相结合的立体分级燃烧技术能提升四角切圆燃烧方式锅炉的运行性能。该技术能一定程度上抵消由于燃尽风喷口在水冷壁上开口导致的炉膛辐射受热面积的减小，保证炉膛出口烟温不发生太大变化，缓解了炉膛出口屏区的结渣和烟温偏差，将保证高温过热器和再热器的减温水正常运行投入量不超过改造前。此项技术能够加强主燃烧器中心区的还原性气氛，含氮基团反应率大大提升，从而实现降低NOx排放的效果；同时浓煤粉气流使挥发分析出速度加快，加快煤粉气流着火速度，同时增大煤粉在高温燃烧区域的停留时间，增大煤粉中焦炭燃尽率。

3、改造后效益分析

3.1、尾部脱硝性能提高

此次换煤种改造工程中仅增加的烟气抽取口在空预器上方烟道上，不占用锅炉尾部烟道的位置，对锅炉增加SCR脱硝装置的现场布置空间和载荷不产生影响。实施烟煤改造后尾部烟道的烟温基本不变，不会对SCR脱硝装置的效率造成影响。为贯彻落实《中华人民共和国大气污染防治法》，满足日趋严格的排放标准有效地改善大气环境质量，进一步推进燃煤锅炉低氮燃烧技术的规范化和标准化，减少燃煤锅炉氮氧化物排放量，#1机组在进行燃烧系统改造的同时进行脱硝改造。工程采用目前国内绝大多多数火电机组应用的“SCR(选择性催化还原法)”的技术方案。#1机组SCR改造设置两个SCR反应器，布置在炉后除尘器前烟道上部，省煤器与空预器之间，脱硝还原剂采用液氮，对锅炉烟气进行100%脱硝处理，脱硝系统设计效率为77.8%，能满足新国家标准将氮氧化物排放浓度控制在100毫克/立方米以下。进行SCR改造后，一号机组实际运行脱硝率达80%以上，烟气氮氧化物排放浓度由350毫克/立方米降至65毫克/立方米，远低于国家限定排放标准，年可消减氮氧化物排放量1500多吨。

3.2、机组带负荷能力增强

由于改造锅炉燃煤由贫煤改为高挥发分烟煤，煤粉细度R90由之前的12%改为现在的18%，制粉系统出力得到提高，未发生因制粉困难降出力现象从而增强了机组带负荷的能力。

锅炉飞灰、大渣可燃物较改造之前降低两倍以上，锅炉再热汽温也能达到锅炉设计值，改造节能效果明显。根据山东电力研究院所做《某发电有限公司#1锅炉性能测试报告》，#1锅炉机组满负荷时效率为93.04%，较烟煤改造前锅炉效率提高1.34%，降低机组煤耗4.69g/kWh。

总之，本论文介绍了改造前设备概况及改造前锅炉燃烧系统存在问题。结合改造拟选用烟煤与原设计煤种对比分析煤质变化对锅炉及辅机设备的影响。从改造经济性和难易程度角度分析中速磨直吹式送粉系统与中间储仓式乏气送粉两种送粉方式哪种更适合此次烟煤改造。由此可见，本文的研究也就显得十分的有意义。

参考文献：

[1]钱培东,张刚.330MW机组低氮氧化物燃烧系统改造[J].内蒙古科技与经济,2016(09):85-86.