水平浓淡（精选4篇）
水平浓淡 篇1
摘要：本文阐述了燃煤锅炉多空气分级低NOx燃烧技术改造项目和特点, 提出了对燃烧器浓淡燃烧改造、一次风管道、二次风系统和空预器系统等系统进行具体的低氮改造措施。分析了300MW燃煤锅炉低氮改造后的热经济性和安全性。经试验验证, 锅炉低氮改造后, 排放浓度标准降到了240 mg/m3。
关键词：再热器,空气分级燃烧,SOFA风,氮氧化物
引言
《火电厂大气污染物排放标准》从2012年开始实施, 其中, 从2012年1月1日开始, 所有新建火电机组NOx排放浓度标准要求达到100mg/m3。
莱城发电厂装机容量为4×300MW国产燃煤发电机组。均为亚临界控制循环蒸汽发电机组。锅炉燃烧采用CE技术四角切圆方式, 燃烧器6层布置, 每层4个燃烧喷口, 3台制粉系统。采用单炉膛平衡通风方式;过热器为两级喷水调温, 再热器采用紧急事故喷水方式调温;采用3台双进双出磨煤机, 单台磨煤机每侧可独立运行;机组有两台一次风机, 空预器后的管道压力通过调节一次风机导叶进行;机组有两台送风机将预热空气送进炉膛, 送风命令信号来自风/煤交叉控制, 送风机主控通过调节风机导叶设定来满足风量要求。机械雾化小油枪点火及稳燃燃烧器共计四台, 安装在A2层煤粉燃烧器位置, 每角一台。
1机组存在问题
1.1莱城电厂#3锅炉负荷波动大时, 锅炉再热器管壁超温频繁, 但再热器温达不到额定值541℃。
1.2出现水冷壁高温腐蚀和结焦情况, 严重时停炉检修。
1.3为响应国家环保政策, 莱城发电厂对#3锅炉进行了低氮燃烧改造, 以实现氮氧化物排放浓度降低的目标。进一步提高锅炉运行的安全性和的经济性, 同时降低了污染物排放水平。
2锅炉改造
2.1保留主燃烧器的管路、壳体不动, 制粉系统不变, 锅炉构造不变。
2.2在主燃烧器上方增加两层SOFA燃烧器, 即低位SOFA和高位SOFA。由锅炉两侧大风道引热风到四角SOFA燃烧器, SOFA风向采用逆时针。
2.3对A2层微油点火燃烧器进行改造, 并将其余5层共20只一次风上下垂直浓淡 (WR燃烧器) 全部更换为弯头式水平浓淡装置, 且一次风喷口、喷嘴体均重新进行优化设计, 采用顺时针切圆, 主燃烧器各层二次风标高及数量均不变 (共11层) 。
2.4所有主燃烧器区域的二次风喷嘴全部重新优化设计更换。主燃烧器的一、二次风喷嘴仍分别维持原来可上下摆动20°和30°的功能。主燃烧器中布置2层水平偏置辅助二次风, 并将2层油风室对应的辅助二次风喷口中的部分风设计为水平偏置 (贴壁) 辅助二次风 (CFS) 。
2.5空预器吹灰器新增两只, 加强尾部烟道的吹灰, 有效预防了尾部烟道再燃烧。
3改造内容
3.1一次风室采用了水平浓淡燃烧器, 并配有周界风, 百叶窗型煤粉浓缩器根据煤粉气流在叶片间隙转弯时发生浓淡分离, 在燃烧器出口处形成浓度有差异的两股水平气流。气流的切圆方向为浓煤粉, 水冷壁侧为淡煤粉。
3.2周界风加强了煤粉的前期着火和防止结焦, 也起到了冷却停运的一次风口的作用。
3.3偏置周界风可确保燃烧后的气流不贴壁, 增加燃烧器水冷壁壁面附近的氧化性气氛, 避免水冷壁发生高温腐蚀及结焦现象。
3.4 SOFA风量占总风量的30%左右, 将SOFA与主燃烧器拉开一定的距离, 形成下部主燃烧器高温区域缺氧燃烧控制NOx生成, 上部燃尽区域富氧燃烧控制飞灰含碳量的燃烧格局, 大幅降低NOx排放。
4改造后燃烧调整
4.1低负荷尽量不开或少开SOFA风门, 随负荷增长, 逐渐开启部分SOFA风运行。
经试验验证, 开大SOFA风门, 能提高再热汽温, 有效减小烟温偏差, 降低NOx, 同时会导致锅炉飞灰可燃物增加, 锅炉稳燃能力下降。开大SOFA风门时, 应结合机组负荷、汽温参数、锅炉稳燃情况、NOx排放数值、飞灰可燃物等综合考虑SOFA风门开度。
4.2由于#3炉低氮燃烧器改造后, 着火距离延长, 建议#3炉尽量避免A、C磨煤机隔层运行。不得不隔层运行时, 应采取单独配煤、提高磨煤机出口温度等强化燃烧稳燃措施。为增加#3炉燃烧器着火稳定性, 低负荷运行期间, 应注意关小喷燃器周界风。
4.3关小各层贴避风开度, 可有效的提高再热蒸汽温度。为防止#3炉燃烧器区域结焦, 适当开大各层贴避风开度运行, 但当开大贴避风和提高再热汽温矛盾时, 应以防锅炉掉焦灭火为主。
4.4因二次风喷嘴进行了更换, 二次风喷嘴的通风面积减少, 二次风速增加, 在负荷变化时应及时的调整二次风挡板开度, 防止二次风速过快, 对燃烧不利。
5改造后的效果
5.1改造前#3炉再热蒸汽温度达不到规程的额定值541℃, 改造后再热蒸汽温度可在额定值稳定运行, 提高了机组运行效率, 降低了煤耗。
5.2有效防止了水冷壁高温腐蚀和结焦, 由于缩小了假想切圆, 燃烧器适当拉开布置, 水平浓淡燃烧器加上偏置周界风等诸多预防措施, 结焦状况必将改善。
5.3提高了燃烧效率, 降低了NOx排放, 有效的减小了炉膛两侧出口烟温偏差, 着火稳定, 火焰明亮, 提高了煤粉的燃尽率。NOx排放量达到300毫克/立方米以下, 通过调整SOFA风, 高负荷烟温偏差能控制在50℃内, 低负荷锅炉稳燃能力大为改善。
5.4杜绝了再热器管壁频繁超温现象。#3锅炉负荷波动大时, 锅炉再热器管壁超温现象不再出现, 燃烧器摆动灵活, 烟温、管壁温度调节性能加强。
结语
莱城电厂#3锅炉的成功改造, 为其余3台锅炉改造提供了理论基础和实践经验, 为300MW及以上等级锅炉改造及运行提供了经验。因本次机组改造还涉及汽机侧, DCS控制系统改造, 使得机组满负荷达到330MW, 突破了CE对单只燃烧器热功率的限制要求, 并运行良好。
通过此次燃烧系统升级改造后, 机组在额度负荷下, NOx的排放浓度由600mg/m3降到了240 mg/m3, 达到了减排的目的, 取得了良好的效果。
参考文献
[1]GB13223-2011, 火电厂大气污染物排放标准[S].
[2]李刚, 李锡孝, 魏铜生, 等.1025t/h锅炉水冷壁高温腐蚀原因分析及解决措施[J].热力发电, 2012 (02) :53.
水平浓淡 篇2
关键词：锅炉,水平浓淡燃烧器,分析
一、设备简介
热电厂3#CG-130/3.82-M16型四角切圆煤气混烧锅炉，采用固态排渣、中间贮仓乏气送粉，锅炉设计煤质为新疆塔城和丰地区烟煤，燃气为炼厂废气。2001年12月28日投入运行后，应用水平浓淡燃烧器，但低氮排放、高负荷防止结渣的预期目标未能真正实现。
锅炉应用气力调节型水平浓淡煤粉燃烧器、单枪多孔扩散式气体燃烧器，纯燃煤、纯燃气额定出力分别为130t/h、91t/h。燃烧器一、二次风射流中心线假想切圆直径分别为Ф350mm、Ф400mm，逆时针旋转，每组燃烧器一、二次风及气喷口共8层交错布置，由上至下排序为：2—1—2—2(上层气)—2—1—2(点火枪)—2(下层气)。燃气分两路：一路为天然气，供点火气枪;一路为炼厂废气，供上、下层燃气喷口。
二、水平浓淡燃烧器结构及原理
西安交通大学于1987年率先在国内提出水平浓淡燃烧概念，并先后研发出不同结构型式的水平浓淡燃烧器。其基本技术原理是，在水平弯管内，当弯曲角度超过1rad时，固体颗粒在惯性力作用下开始大量向弯管外壁聚集，约在1～2rad的范围内，85%以上的固体颗粒集中在弯管的外侧壁，形成煤粉浓度的最高区域，不考虑煤粉浓度恢复效应，则在切圆燃烧锅炉的炉膛截面上，会出现图1所示的浓度分布。利用一次风进入炉膛前弯头的惯性离心分离作用，使含粉气流在弯头出口形成贫粉流和富粉流两部分，用煤粉浓缩器将富粉流引至向火侧，贫粉流引到背火侧。图1中c、d角，富粉流已处于向火侧，只需在弯头后的直管段中用隔板在铅直方向将贫、富粉流隔开;a、b角富粉流处于背火面，利用浓缩扭曲板将管道外侧的富粉流引至管道内侧，将管道内侧的贫粉流引至管道外侧，从而使富粉流处于向火面，贫粉流处于背火面。若隔板位置恰当，煤粉气流浓缩比Rc=2.9，阻力系数ζ=0.08，浓缩扭曲板阻力系数ζ=0.15～0.40，实测隔板、浓缩板阻力为100～400Pa。为了在负荷变化时能调节煤粉浓度，并抑制高负荷工况燃烧器喷口可能出现的结渣，在浓淡燃烧器上加装了气力式煤粉浓度调节装置，如图2所示。
水平浓淡煤粉燃烧器富粉流在向火侧，贫粉流在背火侧，富粉流中的煤粉在过量空气系数远小于1的条件下燃烧，贫粉流中的煤粉则在过量空气系数大于或接近于1的条件下燃烧，但燃烧器出口的总过量空气系数仍保持在合理的范围内，因此，水平浓淡燃烧器具有抑制燃烧器区域水冷壁结渣、降低NOx排放、稳定燃烧等突出优点[1]。
三、水平浓淡燃烧器应用中存在的问题
根据煤质特点，为同时实现抑制燃烧器区域水冷壁结渣、降低NOx排放、稳定燃烧等目的，热电厂3#锅炉选用了水平浓淡燃烧器设计方案。但锅炉投产后，水平浓淡燃烧器在应用过程中却存在以下两方面问题。
1. NOx排放浓度高
煤与空气在高温燃烧时生成的NOx成分一般为NO和NO2，其中NO约占95%，NO2仅占5%。毒性不大的NO排入大气后在空气中氧化成具有较大毒性的NO2, NO2在一定条件下进一步氧化成N2O。氮氧化物是参与光化学反应并形成光化学烟雾的关键组分，不但污染环境，而且对动植物产生严重危害，可刺激人体肺部。由于氮氧化物损害大、治理代价高，我国对不同时段锅炉制定了明确的NOx排放标准。
热电厂3#锅炉虽然采取了低氮燃烧器设计，但2003年3月13日，自治区环境监测中心监测却发现锅炉NOx排放浓度为1130mg/m3，为国家标准值的1.74倍。热电厂2004年、2005年多次监测数据也表明，3#锅炉水平浓淡燃烧器未能达到降低NOx排放浓度的预期目的。
2. 煤粉浓度调节装置设计欠合理，易诱发事故
如图2所示，气力型煤粉浓度调节装置设计气源为二次风，纯燃煤工况下，仅在锅炉负荷超过75%时，二次风箱压力才大于一次风压力。2002年1月7日凌晨，3#锅炉负荷由100t/h左右突然降低低到75t/h左右，由于煤粉浓度调节装置未及时关闭，一次风中煤粉气流将倒流进二次风箱，半个小时左右，二次风箱中沉积的煤粉自燃即将3#二次风箱烧毁。
四、原因分析
1. NOx排放浓度高原因
按锅炉煤燃烧释放出NOx的生成机理，可分为热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx。热力型NOx是燃烧时空气中的N2在高温下氧化而生成氮氧化物;快速型NOx是燃料挥发分中的碳氢化合物高温分解形成的CH自由基撞击N2分子，生成CN化合物，再进一步以极快的速度与氧化合生成氮氧化物;而燃料型NOx是燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化生成的氮氧化物。
热力型NOx的生成速度与燃烧温度呈指数关系，如图3所示。在燃烧温度低于1500℃时，热力型NOx的生成量很少，而温度高于1500℃时，每增加100℃，反应速度将增大6～7倍，因此燃烧局部高温区对炉内整个热力型NOx的生成起到决定性作用。在温度为1600℃时，煤粉燃烧生成的热力型NOx约占NOx生成总量的25%～30%。热力NOx的生成量也与氧浓度(过量空气系数)、停留时间有关，如图4所示。在普通燃煤锅炉中，快速型NOx的生成量比热力型NOx和燃料型NOx少得多，仅占NOx生成总量的5%以下，快速型NOx对温度的依赖很弱。当燃料中的氮质量含量超过0.1%时，燃烧生成总NOx则以燃料型NOx为主，由于锅炉用燃料中的含氮量以煤粉最多，燃料型NOx占煤粉燃烧过程中释放氮氧化物总量的60%～80%，而且随燃烧温度的降低，所占比例增大，其生成量大小也与过量空气系数关系密切，当过量空气系数小于1时，NOx的生成量明显降低，当过量空气系数为0.7时，燃料型NOx生成量几乎为零[2]。
水平浓淡燃烧器实现低氮排放的理论基础是，燃烧器煤粉喷口水平方向浓煤粉在过量空气系数小于1的条件下燃烧，一方面降低了燃料型NOx的形成，同时由于空气不足，造成燃料只能部分燃烧，延长了燃烧过程，也降低了燃烧区域温度水平，从而降低了热力型NOx;而燃烧器煤粉喷口水平方向淡煤粉在过量空气系数大于1的条件下燃烧，燃烧区域温度低，同时空气与煤粉比例远偏离理论当量比，可有效地抑制NOx在该区形成。最终避免高氧量、高煤粉浓度、高温度环境下大量生成NOx。
但对于中小型四角切圆燃烧煤粉锅炉，若采用水平浓淡煤粉燃烧器燃烧高挥发份烟煤，富粉流位于向火侧，贫粉流位于背火侧，由于富粉流的流速较低、煤挥发份极高的原因，富粉流着火明显提前，尽管富粉流本身过量空气系数小于1，但在同一水平面上，按气流燃烧旋转方向，富粉流在得到与之相邻的上游贫粉流空气的及时、充足供应的条件下，在燃烧器喷口附近即实现了在过量空气系数小于1到大于1条件下燃烧的逆转，从而大量生成NOx(图1)。因此，对于中小型煤粉锅炉，切圆直径越大、煤的挥发份越高、一次风速越低、一、二次风温度越高，水平浓淡燃烧器降低NOx排放浓度的效果越差。而对于大型四角切向燃烧煤粉锅炉，由于炉膛断面较大，切圆直径相对较小，水平浓淡燃烧器的降低排放浓度效果相对较好。
2. 煤粉浓度调节装置设计缺陷
气力式水平浓淡燃烧器设计煤粉浓度调节装置是为了在负荷变化时调节煤粉浓度，并抑制高负荷工况燃烧器喷口可能出现的结渣，煤粉浓度调节装置调节气源为二次风，调节阀门在高负荷时打开，低负荷时关闭。煤粉浓度调节装置设计缺陷在于调节气源及调节方式选择不合理，未充分考虑到作为调节气源的二次风压力随锅炉负荷变化频繁波动，而运行中操作人员也很难根据锅炉负荷变化，及时到现场对煤粉浓度调节装置进行调整。当锅炉负荷降低、二次风箱压力低于一次风压力后，若气力式煤粉浓度调节装置阀门不能及时关闭，一次风中煤粉气流将倒流入二次风箱，在高温空气中存积自燃，引发事故。
五、对策
虽然水平浓淡燃烧器存在一定不足，但其抑制燃烧器区域水冷壁结渣、较强的低负荷稳燃能力等优点仍得到广大用户的好评。近20年来，水平浓淡燃烧器经过不断改进，一次风管外的气力型浓淡煤粉调节器也逐渐被管内的可调楔块、百叶窗所替代，煤粉浓淡调节性能大大改善[3]。但对于已应用气力式调节型水平浓淡燃烧器的中小型四角切向燃烧高挥发份煤粉的锅炉，为防止气力型煤粉浓度调节装置在锅炉负荷频繁变化过程中诱发事故，同时也有效抑制锅炉NOx生成，可采取以下两方面措施。
1. 煤粉浓淡调节装置上增设气流逆止阀
在煤粉浓度调节阀与一次风管之间加装气流逆止阀，二次风可通过调节阀、逆止阀进入一次风中，调节煤粉浓淡分离比例，而一次风却不能倒进入二次风箱中。既避免了事故发生，同时实现了煤粉浓度调节，抑制高负荷工况燃烧器喷口可能出现的结渣。另外，可将煤粉浓度手动调节阀改为电动调节阀，从而实现锅炉不同负荷的煤粉浓、淡调节比例，改善锅炉燃烧工况。
2．变水平浓淡燃烧为风分级、燃料分级燃烧，有效抑止NOx生成
由于锅炉容量、炉膛结构等原因，小型锅炉安装水平浓淡燃烧器很难实现低NOx排放的预期目的。因此，根据生成机理及影响因素，结合实际，可采取风分级、燃料分级两种措施降低NOx排放。实践证明，对于煤、气混烧、交叉配风的锅炉，风分级、燃料分级两种措施对降低NOx排放极为有效。
2005年9月，燃烧相同煤质，通过燃料与风分级燃烧，热电厂3#锅炉NOx排放折算浓度平均值由试验前的989mg/m3下降为488mg/m3，降低幅度为50.1%，达到最新国家环保标准所规定的低于650mg/m3的要求。同时，锅炉燃烧运行状况及热效率测试结果表明，与以往运行方式相比，锅炉灰、渣含碳量没有明显增加，且燃烧状况良好，热效率基本保持不变，为今后同类水平浓淡燃烧器锅炉NOx控制提供参考。
六、结论
(1)锅炉容量相对较小、煤质挥发份较高、一次风速低、风量大及二次风温较高等原因综合作用，大幅度削弱了水平浓淡燃烧器的浓、淡分离燃烧效果，致使煤燃烧过程中的燃料型NOx、热力型NOx不能得到有效控制，这是热电厂3#锅炉气力式水平浓淡燃烧器不能实现低氮燃烧排放的根源。
(2)结合煤燃烧NOx生成机理及3#锅炉设备实际，在无资金投入条件下，无需进行设备改造，变3#锅炉水平浓淡燃烧为风分级、燃料分级燃烧，通过运行调整手段，NOx排放浓度可降低50%左右，满足国家最新标准要求。
(3) 3#锅炉水平浓淡燃烧器煤粉浓淡调节装置设计不切合锅炉运行实际，存在严重的安全隐患，此问题虽已解决，但类似问题值得热电厂三期锅炉扩建中防范。
参考文献
[1]胡荫平.电站锅炉手册[M].北京:中国电力出版社, 2005
[2]岑可法, 周昊, 池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术[M].北京:中国电力出版社, 2002
浓淡皆相宜——读秦海写意花鸟画 篇3
秦海在繁忙的工作之余,二十多年来潜心挥毫,研究泼墨,在写意花鸟画方面达到如此高的水平,奉献出如此令人惊叹的作品,应归于他的悟性、灵气、才气诸方面的修养,应归于他对中国画全身心的追求。他推崇徐渭、八大、吴昌硕、齐白石诸大家。他认真解读,深切领悟,大胆实践,勇于创造。在近几年新创作的一批画作中,其风格令人耳目一新,已步入了属于他自己的艺术天地。在意境、意象、传情的探索上,他追求大块大面的宏观整体结构形式,吸收乐、韵、舞蹈的表意符号,运用独到的意象造型,使画面充满诗情画意和生机灵气。他的画既有传统又富新意,把写意花鸟画的力度结构与情态,劲简朴茂与风流奔放融会贯通,因而,在欣赏他的作品时,会让人感受到他作画时那洋溢的激情,以及透露出的那股“当其下手风雨快,笔所未到气已吞”的气息。他把绘画要素处理得得心应手。他成熟了。
画家的作品贵在有自己的艺术语言。但艺术语言不是以人的意志为转移的,它是画家情感、素养、生活阅历、艺术技巧等诸方面的积累所致,是随时间潜移默化而水到渠成,而不是刻意设计。写意花鸟画的创新尤为艰难,这要求画家扬长避短,创造自己的艺术语言,在画面上要有自己的意象符号,这些意象符号的提炼,既是对具象的超越,又是对象外的升华。秦海曾在创作心语中写道:“天地有大美而不言,故作画要景到随机,得景随形,道法自然,宜浓则浓,宜淡则淡,浓到极至,淡到极至。”在《生命之歌》这幅画里,他采用横幅构图,让几只墨团团似的鸟儿栖息在似冰挂的树枝上,这种破断不连、似非而是、举重若轻、运之犹游的意象造型,其中那韵律、节奏、对比,结构都是属于他所独有的。在《吾爱吾家》中他又把那雄健的苍鹰赋予了更多的人性化、情感化,可见他对事物观察、领悟的独到之处。《微风燕子斜》中的燕子,《地久天长》中的秦海1957年生,山东省乳山市人。国家一级美术师、中国美术家协会会员、山东省美术家协会理事、乳山市政协副主席、乳山市美协主席。作品曾在中国美协举办的多次展览中分获金奖和铜奖。先后在中国美术馆、山东省美术馆、法国巴黎、台湾高雄、台北市举办个人画展。作品由中国美术馆、中国画研究院、山东省美术馆等收藏。2007年12月28日至2008年1月6日由中国美术家协会主办的“秦海写意花鸟画展”在中国美术馆2号、3号厅举办。
鸽子,《远雷》中的斑鸠等,经他概括、洗练的笔墨,简洁清新的造型使其独具个人面貌。《个个成器》中的葫芦,那洒脱飘逸沉稳的线条,非一定功力所能及。总之,从他的画作中,我看到了写意画,特别是写意花鸟画在如何传承、如何创新方面的希望。在如今的中国画坛上,新材料的使用、新技法的尝试、新观念的形成等等因素,极大地丰富了传统的中国画,包括花鸟画,这是毋庸置疑的,整体上看也是应当鼓励和肯定的。但是,中国画的制作之风日盛,无论在技巧层面还是精神层面,写意的发展并不尽如人意,学术界对此也多有忧思。近年来,我们在展览评奖中对写意有所侧重,并举办了写意画大展,旨在呼唤写意。秦海的花鸟画却让我眼前一亮,值得我们思考。我们还是要提倡画家在继承传统的基础上深入生活,感悟生活,动情生活,从生活中汲取营养。正如秦海所说的“生活、感悟、真情,乃创作的要素”,他对时下写意画的无病呻吟、刻意制作之风不屑一顾。他认为:“祖传(传统)丢掉,皮之不存,毛将焉附。写意画贵在一个‘情’字。作者无激情、观者心难动。下笔有如神助,那是‘情’在左右”。
秦海的成功在于他常读、常思、常悟和笔耕不辍。多年来,他先后在山东美术馆、中国美术馆、法国巴黎举办个人画展,作品被山东美术馆、中国美术馆、中国国家画院和海外收藏机构收藏。作品在《美术》、《中国画研究》、《美术观察》及《人民日报》等杂志报刊均有作品发表和专题介绍。出版有《秦海画集》、《秦海写意花鸟画集》,近期他将携新作赴台湾举办个人作品巡回展。
水平浓淡 篇4
上世纪末至本世纪初, ××电厂330MW锅炉由于实际燃用煤灰分高、发热量低、挥发分低, 严重偏离了原设计煤种, 使得锅炉的燃烧稳定性差, 特别是低负荷和燃用煤热值波动时, 锅炉熄火频繁。锅炉在高负荷 (250MW以上) 时需投天然气稳燃。同时, 锅炉燃烧器周围及中温过热器结焦现象突出, 燃烧器周围水冷壁高温腐蚀明显。
1 锅炉特性
××电厂 #32机组锅炉最大连续蒸发量为1004t/h, 主汽压力18.4Mpa、主汽温度543℃。锅炉是斯坦因工业公司制造的亚临界参数、强制循环、中间一次再热、四角切向燃烧、固态排渣、п型布置煤粉炉。
锅炉炉膛断面尺寸为12.742×12.627m, 采用直流摆动式燃烧器, 四角切圆布置方式 (双切圆Ф1610mm/Ф1770mm) 。采用四组共20只四角布置直流燃烧器, 热风送粉, 燃烧系统采用天然气二级点火及低负荷稳燃, 四组燃烧器分别由五层煤粉燃烧器 (FEA、FEB、FEC、FED、FEE) 和三层天然气燃烧器 (FDA、FDC、FDD) 组成。四角燃烧器周围均布置有卫燃带。过热器采用两级喷水减温调节汽温, 再热器采用改变燃烧器喷口倾角调节汽温。
锅炉采用两侧大风箱方式配二次风, 煤粉燃烧器配有周界风, 每只煤粉燃烧器和天然气燃烧器的上下二次风量均不可调, 运行中靠控制总风量及烟气氧量修正总风量。每路一次风从一次风箱引出, 通过三通分成两路, 与同层对角两只燃烧器连接, 双出口给粉机同时向同层对角的两只燃烧器给粉, 实现同层对角的两只燃烧器同时投或停。
2 锅炉燃煤情况及燃烧分析
2.1××电厂330MW锅炉设计煤种和实际燃用煤种发生了较大差异。实际煤质低位发热量只有设计煤质的65%, 设计煤质灰分为32.4%, 实际煤质灰分为55.2%。
2.2燃烧分析
从锅炉运行和试验情况看, 锅炉燃用煤质变差是导致锅炉燃烧稳定性差的直接原因。由于煤质变差, 锅炉要达到满负荷, 投入燃料量增加, 风量增加, 导致锅炉炉内温度水平低, 直接导致煤粉气流的着火热源温度低, 煤粉气流着火困难。要燃用实际煤, 并保持锅炉高负荷, 必将导致入炉煤粉气流浓度增加, 直流燃烧器已不能适应运行需要。根据我国现有电站锅炉燃烧技术, 采用浓淡燃烧器可以改善运行状况。
3 浓淡技术
3.1 浓淡燃烧技术简介
煤粉浓淡燃烧技术是指通过一定的措施把一次风分成煤粉浓度高的浓气流和煤粉浓度低的淡气流喷入炉内进行燃烧。理论和实践均证明:采用浓淡燃烧技术可提高煤粉着火的稳定性和有效地降低NOx排放量。
煤粉的燃烧过程包括煤粉的预热、挥发份析出、着火 (燃烧的初始阶段) 和煤焦的燃尽 (燃烧的结束阶段) 。研究表明:煤粉燃烧的初始阶段是强化燃烧的关键。粒度为0~200μm的煤粉的燃烧试验显示:煤粉从常温升至1500℃, 在0.2S的时间内, 煤粉燃尽率达到80%左右, 而余下的约20%的部分则需要四倍左右的时间才能烧完。因此, 稳燃技术的关键在于燃烧器出口附近的气流和煤粉流的组织。
百叶窗浓淡燃烧技术是东方锅炉集团 (股份) 有限公司于上世纪九十年代从哈尔滨工业大学引进的。百叶窗叶片式浓缩器实现浓淡分离的原理图见图1。
百叶窗水平浓淡燃烧器实现浓淡分离的基本原理是利用煤粉和空气的惯性不同来实现煤粉和空气的分离。百叶窗水平浓淡燃烧器对气固两相的分离从本质上讲, 仍然是一种惯性分离装置, 它与WR燃烧器、旋风分离器等分离装置的原理是一致的, 都是利用了气、固两相在改变流动方向时, 因惯性的不同而流动方向也不同的特性。
3.2 百叶窗浓淡燃烧技术特点
百叶窗水平浓淡燃烧器除了具有上述浓淡燃烧器的特点外, 由于自身结构及布置上的特点, 还具有如下优点。
(1) 燃烧器的布置。水平浓淡燃烧器在布置上使浓侧气流靠近向火侧, 使进入炉膛的浓侧煤粉气流直接与上游来的高温烟气混合。上游来的高温烟气直接冲刷浓侧一次风气流, 使一次风气流迅速得到加热。煤粉气流能通过这种强烈的混合得到大量的着火燃烧所需要的热量, 能及时地着火燃烧, 提高含粉气流的着火稳定性。
(2) 防止结渣和高温腐蚀。熔渣大多都属于非牛顿流体, 熔渣刚开始出现固体物时的温度称为熔渣的临界粘度温度Tcv, 它与灰渣的软化温度Tst可用下式简单描述:
研究表明, Tcv与灰渣的化学成分有关:
其中:
熔渣所在区域的气氛状态通过化学成分改变Tcv。由于淡侧煤粉气流中氧含量较高, 氧化性气氛强, 此时二价铁离子将被氧化为三价铁离子Fe+3, 就可以提高Tcv, 从而达到提高灰渣软化温度Tst的目的。
较之WR和PM型等竖直浓淡型燃烧器, 水平浓淡燃烧器中的淡侧一次风位于背火侧可减小颗粒冲刷水冷壁的可能。一方面, 目前的水平浓淡燃烧器基本上都采用的是惯性分离的原理, 这使得淡侧一次风的煤粉含量少、颗粒细, 这可避免大量颗粒冲刷水冷壁。另一方面, 煤粉浓度低的淡一次风在客观上起到了“风屏”的作用, 可有效地阻碍和延缓浓侧一次风中大的煤粉颗粒向水冷壁方向移动, 进一步减小颗粒冲刷水冷壁的可能。WR和PM型等竖直浓淡型燃烧器的浓侧气流与水冷壁间没有起阻碍和延缓作用的空气 (或煤粉浓度极低) 气流, 高浓度的煤粉气流极易冲墙贴壁。比起不采用浓淡燃烧的普通燃烧器, 竖直浓淡型燃烧器将使颗粒冲墙贴壁的可能性增加, 而水平浓淡燃烧器将使颗粒冲墙贴壁的可能性降低。
(3) NOx排放
Pershing等对煤粉燃烧过程中的NOx的形成进行研究的结果表明, 对煤粉燃烧过程中的NOx的形成进行研究阐述, 煤燃烧时形成的NOx中, 燃料型NOx占90%, 热力型NOx占10%。燃料燃烧时, 燃料N几乎全部迅速分解而形成产物HCN、N、CN、NHi等中间产物。这些中间产物与O、O2、OH反应生成NO, 与NO发生反应生成N2。因此, 在燃烧过程中减少燃料N向燃料型NO转化的重要措施就是尽量减少含氧化合物的存在, 从而强化NO的还原反应, 使燃料N转化为N2。
NOx生成机理:
再燃区:
燃尽区:
从水平浓淡燃烧器的燃烧过程来看, 浓侧煤粉气流先着火, 然后是淡侧气流的混入, 然后才是与二次风的混合, 因此从燃烧过程看, 它属于分级燃烧, 有利于降低锅炉机组的NOx排放量;一次风煤粉气流经过浓缩器分离后, 浓侧煤粉气流内浓度高, 含粉量大, 空气量变化不大, 浓侧一次风气流中的空气量仅仅能维持煤粉内挥发份的着火和燃烧, 燃料相对较多, 即过量空气系数小, 属于缺氧燃烧, 燃烧温度低, 故燃料型NOx和热力型NOx都低, 因而能大大降低NOx的排放量;而在淡侧由于空气量相对较大, 属于富氧燃烧, 燃烧温度也低, 热力型NOx生成也少。这样水平浓淡燃烧器就能从总体上控制热力型NOx, 降低锅炉机组的NOx等污染物的排放量, 根据研究, 采用分级燃烧, 最高可降低NOx30%~40%。经工业性试验表明, 对于不同的煤种, 采用水平浓淡煤粉燃烧技术可以将NOx的排放量控制在以下范围:无烟煤<650mg/mn3, 贫煤<550mg/mn3, 烟煤<450mg/mn3, 达到国家排放标准。
(4) 水平浓淡燃烧技术的着火燃尽性能
由于浓侧煤粉气流固体颗粒浓度高, 一次风量相对较少, 煤粉气流所需着火热少, 着火温度低、火焰传播速度大、浓侧煤粉气流的一次风量仅能维持浓侧煤粉气流中挥发份的燃烧, 煤粉气流着火及时;而一、二次风的混合特性与传统的燃烧器没有本质上的区别, 因而水平浓淡燃烧器的燃烧效率不会低于传统的燃烧器的燃烧效率。在布置上, 使浓侧煤粉气流处于上游已着火燃烧的高温烟气的直接冲刷下, 也能保证煤粉气流能得到足够的热源, 加热煤粉气流, 使煤粉气流能及时地着火燃烧。
图2显示了在冷态模化试验台上利用PDA (Particle DynamicAnalyzer) 分别就竖直浓淡和水平浓淡燃烧方式炉膛内的颗粒浓度场的测量结果。从该图2中可以看到, 采用水平浓淡燃烧器时, 水冷壁面附近的颗粒浓度远小于采用竖直浓淡燃烧器时的情况。
4 技术改造方案
采用百叶窗水平浓淡燃烧器对××电厂 #32锅炉A、B、C层直流燃烧器进行改造。具体方案 (确保原一次风管、燃烧器位置不改变) :重新设计燃烧器喷口、设计加装浓淡分离器。具体布置图见图3。
根据本次燃烧器改造的目的对百叶窗燃烧器的结构参数进行选取, 使百叶窗燃烧器出口浓淡侧风量比达到1.1:1, 以满足改造目的。
为保证燃烧器改造后和原有一次风煤粉管道相连接, 改造后的燃烧器总长度与原有燃烧器长度一致, 以减小现场改动工作量。
5 试验结果
5.1首先进行了一次风调平试验、二次风喷口流量偏差试验, 对一次风速度进行了标定;根据二次风喷口气流速度偏差, 对二次风喷口速度进行了修正。
5.2炉内空气动力场试验。炉内空气动力场试验的表盘参数分别为:一次风风量80000m3/h、二次风风量390000m3/h、乏气风量58000m3/h, 采用炉底挡板调节控制燃烧系统风量, 保证系统设备一次风机、二次风机、引风机的安全运行。
从空气动力场的测量结果看, 炉内切圆直径约7600mm, 切圆略微偏小, 对煤粉的燃尽影响不大, 而对于防止锅炉结焦有利。
6 运行情况
6.1 增强了低负荷稳燃能力和带负荷能力
#32锅炉A、B、C层煤粉燃烧器改造结束投运以来, 燃烧低位发热量在11000~17000KJ/Kg范围内煤种, 未出现一次熄火。同时, 如果燃烧低位发热量在16000KJ/Kg左右煤种, 可以不投天然气稳燃。燃烧低位发热量在16500Kj/Kg的煤质, 投A、B、C层煤粉带170MW负荷稳燃。每天较改造前节约稳燃天然气约60000m3。
6.2 NOx排放有一定降低
改造前平均462.43mg/ndm3, 改造后平均415.23mg/ndm3, 减少47.2mg/ndm3。
6.3 结焦现象有所改善、水冷壁高温腐蚀现象消除
改造前, 锅炉燃烧器周围结焦严重, 中温过热器 (屏过) 管束之间长期存在挂焦现象。改造后煤粉燃烧器周围及卫燃带、水冷壁上没有了结焦现象, 中温过热器管束之间挂焦也消除了。同时, 燃烧器改造后由于火焰中心的稳定, 高温区较之直流燃烧器远离炉膛水冷壁, 火焰冲刷水冷壁较少, 以及水冷壁周围的富氧环境, 水冷壁高温腐蚀得到了有效控制。
7 结束语
上世纪末至本世纪初, 国内电厂用煤普遍紧张, 原煤掺假现象突出, 煤质参数宽幅波动。由于直流燃烧器受设计煤质影响较大, 煤质差时, 锅炉带高负荷能力和低负荷稳燃性能较差, 熄火频发、NOX排放超标。随着国家环保排放要求越来越严, 直流燃技术在燃煤电厂受到极大冲击。很多燃煤电厂为了解决高效、稳燃、低污染以及防止结渣和高温腐蚀问题, 纷纷采用浓淡燃烧器对直流燃烧器进行技术改造。比如青岛电厂、富拉尔基电厂、四川江油电厂等, 从而, 浓淡燃烧技术在我国燃煤电厂得到了广泛推广和发展。
摘要：××电厂采用水平浓淡燃烧器对锅炉原美国CE技术直流煤粉燃烧器进行了技术改造, 从运行来看, 锅炉燃烧稳定性显著提高, 锅炉结焦明显好转, 烟气中NOX含量减少。
关键词：燃煤严重偏离设计值,燃烧稳定性,减少NOX排放,减少助燃
参考文献
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[3]秦裕琨, 李争起, 吴少华.风包粉系列浓淡煤粉燃烧技术研究[J].中国工程科学.