21 百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器

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1、百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器在燃贫煤 300MW 机组的应用研究王纪宏（河南安阳电厂）摘要 ：为适应市场经济下的运行模式，针对发电企业改革中的深度调峰、超低NOx 排放问题，本文从百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器的结构分析了其稳燃性、 NOx 低排放的机理，并通过安阳电厂 #9 、#10 炉燃烧 器的改造情况和试验结果分析， NOx 低排放量、稳燃性达到了国际领先水平，为企业创造了可观的经济效 益和社会效益。文章还提出了对洁净燃烧和节能的一些新观点和建设性建议。关键词 ：300MW 机组；百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器；改造；试验；Nox ；稳燃性1 前言安阳电厂 #9、#10 炉（ DG1025/18.

2、2-II4 ）为亚临界一次中间再热自然循环汽包炉，平衡 通风，固态排渣，中储式结构，分别于 1998 年 3、9 月投产，运行基本稳定。为了适应电力 市场频繁调峰、保证锅炉洁净燃烧，分别在 2000 、2001 年机组大修中，将五层一次风全部改 造为百叶窗式水平浓淡煤粉燃烧器。设计燃煤特性见附表。附付表1设计混煤特,性表Car %Har %Oar %Nar %Sar %Aar %War %Vadf %Qnet.ar kj/kg61.493.094.071.280.8325.63.6215.85241102 燃烧器概述2.1 结构特点 水平浓淡煤粉燃烧器分浓缩器和喷口两部分（如图 1）。浓缩器由

3、五块有一定倾角的耐磨陶瓷板组成，又称百叶窗浓缩器。燃烧器喷口由三部分 组成：从向火侧到背火侧依次为浓相喷口、淡相喷口和侧二次风喷口，三者均属于狭长形喷 口。浓相喷口由波形船体和四块稳燃齿组成，淡相喷口和侧二次风喷口中间均有横隔板。浓 相与淡相喷口之间有 8 度的偏离角。浓缩器和喷口之间为文丘里式气流加速管。同时整个喷 口与风室之间上下各有 14mm 、左右各有 9mm 间隙，以形成周界风。2.2 降低 NOx 含量机理燃煤燃烧过程中，所产生的氮氧化物 NOx 有两种：燃料型 NOx 和温度型 NOx 。燃料型NOx:这是燃料氮在燃烧过程中氧化生成的。生成温度一般在600800 C,正常燃烧情况

4、下，燃料型 NOx 的生成量约占 8085%，最高可达 90%。研究表明：当过量空气系 数a W0.7时，没有燃料型NOx产生。可见，提高煤粉浓度，降低氧气浓度，可以有效控制 NOx 生成。温度型NOx:这是在高温下由燃烧所需空气中的氮气氧化生成的。研究表明，当温度小 于1500 C，几乎测不出NOx ；当温度大于1500 C，NOx的生成量相当明显。控制温度型NOx 生成的主要措施是:降低燃烧温度水平；降低氧浓度；缩短烟气在高温区停留时间。燃煤炉 中，温度型 NOx 的生成量约占 1520%。目前，控制锅炉燃烧中 NOx 主要从三个途径入手:改善燃烧、燃料脱氮和烟气净化。改 善燃烧，包括改进

5、燃烧器，改善运行条件两方面。其指导思想是降低燃烧温度和燃烧区的过 量空气系数，组织二级燃烧。此燃烧器是综合利用了上述方式。一次风喷口向火侧煤粉浓度 比背火侧煤粉浓度高 6 倍左右，在向火侧，相对氧气量低；在背火侧，燃烧温度相对较低。 这样，有效地抑制了两种 NOx 的生成量。同时该燃烧器淡相气流、侧二风均偏离浓相气流 8 度，一定意义上组织了二级燃烧。水平摆动二次风喷口正常运行时，向增大切圆方向摆动15，下层二次风假想切圆由Q 700/500mm，改造为Q 1667.4/1468.6mm，即均偏离了燃烧区， 对整个燃烧区形成包围状态，构成了“外包风” ，组织二级燃烧，极大程度地抑制了两种 NO

6、x 的生成。2.3 稳燃节能机理水平浓淡煤粉燃烧器节能性表现在三方面:低负荷不投油稳燃性；缩短点火时间；燃 尽性。该燃烧器设计指导思想之一是:充分发挥向火侧着火优势，在向火侧实现高浓度燃烧 创造了一个高浓度、高温、高湍动度及低氧气的环境，即“三高一低”区，形成热源丰富的 着火基地。浓相煤粉着火后，为淡相煤粉提供了高温热源，淡相煤粉也迅速着火，最终形成了稳定的燃烧 火炬。该燃烧器浓相喷口内的波形船体形成燃烧“三 高区”，增加了一次风与回流高温烟气的接触面积； 四 块稳燃齿，每个齿附近均有一个小小的旋涡与回流。 这些均有利于点火、稳燃和燃尽。3 改造情况3.1 燃烧器改造情况（如图 2） 五层一次

7、风全部更换为百叶窗式水平浓淡煤粉燃图2燃烧器喷口排列示意图 烧器，喷口可上下摆动 18 度；二次风 BC、CC 、EX 层更换为上下、水平摆动刚性风喷口， 可向增大切圆方向水平摆动 020。，上下随一次风同步摆动；对 AA层二次风喷口进行 了改造，将其竖隔板向增大切圆方向扳 3 度。燃烧器改造主要技术要求：假想切圆精确；燃 烧器同层标高一致，并且保证浓缩器水平；喷口上下或左右摆动角度准确；喷口与风室间隙 符合技术指标。3.2 一次风管道及其弯头的改造 煤粉气流因离心分离作用，必然冲刷弯头进口的内侧和弯头出口的外侧，相对部位则 受 保护。将弯头旋转 180 度安装后，冲刷面将是弯头原进口的外侧和

8、弯头出口的内侧，已冲刷 部位受到保护，这样，起到“以旧代新”的效果。弯头材料为优质耐磨 Mn 钢，价格较贵， 单价：14元/Kg,弯头总重约20吨，这样节约费用约28万元。规程要求，与燃烧器连接的直 管段长不小于10-15d （d:管直径），以均匀煤粉浓度，该炉 D层燃烧器直管段长仅为4-5d。 借鉴美国CE公司燃烧器中的“反射挡板”原理，在弯头出口外侧焊接均流块（200 X 30 X20mm ），对均匀浓相、淡相喷口内的煤粉浓度有一定效果，有利于燃烧、燃尽。3.3 加大 #2、#4 角假想切圆直径 由煤质和炉型情况，东方锅炉厂把该炉假想切圆设计为直径较小的双切圆布置，即 #1、#3角：700

9、mm ； #2、#4角：0 500mm。水平浓淡煤粉燃烧器脱氮、稳燃机理上比较适合 较大的假想切圆，同时，每层一次风喷口均设置了侧二次风，完全可以避免煤粉冲刷炉墙而 结焦现象，于是， #2、 #4 角假想切圆直径由 0 500mm 增大为 0 700mm。3.4 加强油枪根部二次风吹扫安阳电厂 #9 炉因油枪喷口结焦事故连续停炉两次。焦渣堵塞油枪喷口，导致油枪金属软 管内压力过高而爆破，燃油压力远大于油枪冷却风压力，油枪冷却风来自一次风机出口，则 燃油进入两侧一次风机内，被迫停炉。为避免燃烧器喷口附近出现还原气氛（结焦原因） ，在 改造后的动力场试验及燃烧调整中，加强了油燃烧器的送风，到目前为

10、止，无同类事故发生。4 燃烧调整4.1 燃烧调整内容 改变一次风速、二次风的配风方式，调整二次风的水平摆角，考察一次风速、二次风的 配风方式、炉内氧量等对飞灰可燃物含量和 NOx 排放的影响，从而为实现锅炉的安全、清洁 和经济运行提供依据。通过原煤、煤粉、大渣、飞灰和烟气成分的取样分析，排烟温度、炉 膛温度、热风温度及蒸汽温度压力流量和给水温度流量的测量分析， 分别在 300MW、240MW、 180MW、 150MW、 120MW 五种工况下，进行了燃烧调整试验。4.2 炉膛出口氧量对 NOx 排放量和飞灰可燃物含量的影响 随着出口氧量的增加， NOx 排放量随着增加，而飞灰可燃物的含量逐渐

11、减少。因此，考 虑经济性和 NOx 排放量，应该将炉膛出口氧量控制在 3%以上。4.3 一次风速对 NOx 排放量和飞灰可燃物含量的影响 为考察一次风速对燃烧的经济性和 NOx 排放量的影响，进行了两个不同一次风速下的 对比试验，一次风压在 4.4MPa 时飞灰可燃物的含量较小， NOx 排放量随着一次风压的变化 不明显。一次风压应保持在 4.34.4Mpa 之间。4.4 配风方式对 NOx 排放量、飞灰可燃物含量和再热汽温的影响在对塔配风、倒塔配风和均等配风三个工况的对比试验中，在均等配风方式下锅炉燃烧 经济性最好，对塔配风下锅炉的飞灰可燃物的含量明显偏高；从再热汽温的变化情况看，均 等配风

12、方式下再热汽温最差，在518 C,而在对塔配风方式下最好，能达540C甚至更高；均 等配风下的 NOx 排放量要比对塔配风下的 NOx 排放量高出 10%左右，由于对塔配分风在一 定程度上实现了分级送风，对降低 NOx 排放量起一定作用。综合上述各项，应采用对塔配风 方式运行。4.5 二次风喷口水平摆角 二次风喷口水平摆角直接影响着二次风和煤粉气流的混合时机。角度越大，二次风混入 越晚，这将有利于降低 NOx 排放量；但不能无限度地增加，否则将影响炉内空气动力场的合 理组织。试验数据表明，当二次风喷口水平摆角在 18 度时， NOx 排放量最小，在试验条件 下可以达到490mg/ m3；在二次

13、风喷口水平摆角在14度时，飞灰含碳量最低，在试验条件下 可达1.2%，在 18度时略有升高。因此二次风喷口水平摆角应锁定在 18度位置。4.6 燃料分配方式在300MW负荷下分别进行了全部20只火嘴、18只火嘴及16只（停运E层）的对比试 验，试验表明，当投运的火嘴数量减少时，为了维持相同的锅炉负荷，其它各层的一次风煤 粉浓度要相应增加， 这将有利于减少 NOx 排放量；但过高的煤粉浓度对燃烧的经济性产生负 作用，当投运 16只火嘴运行时，飞灰可燃物的含量要低于投运 18和20只火嘴的情况。可见 投运所有 20 只火嘴并不是最好的运行方式，根据试验数据，在煤质发热量不低的情况下，应 采用 16

14、 只火嘴运行。另外，制粉系统组合方式、侧二次风量对 NOx 排放量和飞灰可燃物含量也有影响。5 改造效果从一年来的运行情况看，应用水平浓淡燃烧技术后，锅炉运行的安全性、稳定性、可靠 性、经济性及调节性已大大提高。实验证明：燃用设计煤，锅炉不投油稳燃界限可降至额定 负荷40% （即120MW ）；在额定负荷下，排烟的 NOx可降至520mg/Nm3,飞灰含碳量可降至 2.0%。减轻水冷壁管的高温腐蚀，炉内结焦状况得以改善，也加大了锅炉对煤种的适应性。 改造效果表如下。附表2效果表序号项目#9、#10炉改造前#9炉改造后#10炉改造后1调峰能力50%额定负荷以上40%额定负荷40%额定负荷2NOX

15、 排放量（O2=6% ）800mg/Nm 3570mg/Nm 3520mg/Nm 33飞灰含碳量（%）7.0%2.3%2.0%4燃烧原因灭火11次（半年）2次（半年）0次（半年）6 效益分析6.1 经济效益分析生计科资料证明： #9、 #10 炉飞灰含碳量降低 1%，年节省标准煤 2038.43 吨，这样#9 炉 年节省标准煤 9580.62 吨， #10 炉年节省标准煤 10192.15 吨，按年均标煤价 226.5 元/吨计算， 共计年节省资金可达 447.85 万元。#9、#10 机组调峰负荷小于 50% 额定负荷时，至少需投助燃油油枪两支。单支油枪额定 出力为 2.7T/H ，按平均每

16、天 4.5 小时、每年 200 天计算，油价年平均 2400 元/吨，则年可节 省燃油 4860 吨，相当于创效 1166.4 万元。最近统计， #9、#10 机组 2002 年前三季度已节约 燃油 1000 多万元。资料证明 300MW 机组锅炉灭火一次直接经济损失约 24.7 万元，相对灭火次数减少 9 次， 相当于创效 222.3 万元。采用水平浓淡燃烧技术可缩短机组点火启动时间， 每次缩短点火稳燃时间可在 10 分钟以 上，可以计算所创造效益十分可观。由上可见，每年共计可创效 1836.55 万元以上。6.2 社会效益分析据统计：#10 炉在国内 300MW 机组中不投油稳燃负荷比全国

17、平均水平低约 15% ；与国 家一流火力发电厂考核标准相比：不投油稳燃负荷比考核标准低10%，飞灰含碳量比考核标准低 3% 。从NOX的排放量前后对比可以看出，#9炉燃烧器改造后降低了 230mg/Nm 3, #10炉燃烧 X器后改造降低了 280 mg/Nm3，则#9炉每天NOX排放量减少65118.55kg ，#10炉每天NOXXX 排放量减少79274.76kg。总计每天NOX排放量可减少144.39吨，实现了普通燃煤锅炉的洁X净燃烧，对环境保护做出了巨大的贡献。由表三可以看出，#10炉NOX排放量达到国际领先X 水平，极大地提高了安阳电厂的声誉和地位，也为“竟价上网”奠定了竞争基础。附

18、表3 NOX国家排放标准表国家排放标准mg/Nm3国家X 排放标准mg/Nm 3国家排放标准mg/Nm3欧盟650美国555德国650加拿大740日本515意大利6507 持续改进的探讨持续改进和不断创新是现代企业的永恒主题和赖以生存的前提。 该燃烧器在燃贫煤 300MW机组中，利用浓淡分离和有效组织二级燃烧以实现深度调峰、超低NOX排放在国内X 处于领先水平，但应进一步完善和提高，故探讨如下：1、可借鉴A-PM低NOX燃烧器的结X 构特点，在轴向和径向均为浓淡分隔燃烧方式，既减少过量空气又利于煤粉的着火燃烧。2、可采用先进的MACT燃烧系统进行炉内脱 NOX处理，在主燃烧器上方留有足够的空间

19、作为XNOX的还原区，使NOX与碳作用降低NOX的含量；在NOX的还原区的上方再供给空气实现XXXX未燃烧碳的完全燃烧，进一步降低飞灰含碳量。3、可提高煤粉细度，实现超细煤粉燃烧，也有利于煤粉的完全燃烧和降低NOX的排放。4、可加装稳燃小油枪：为进一步节约燃油，A、 D 层一次风浓相喷口处可加装稳燃小油枪。5、可改进为浓淡可调式燃烧器：试验证明，因煤质和负荷不同，最佳煤粉浓淡比变化很大。该燃烧器分离叶窗改进为转动式，并加装调节叶 窗的执行机构，可保证最佳煤粉浓淡比。这些建议目的是进一步提高深度调峰和超低NOX排放，可行与否尚待深入研究和探讨。参考文献：1 徐通模.锅炉燃烧设备M西安：西安交通大学，1993.2 安恩科，徐通模水平浓淡燃烧器的研究J.热能动力工程,1999.14 : 37-393 范从振.锅炉原理M.南京：东南大学,1992.44 郑运之.浓淡燃烧技术A.豫电科普文摘C.郑州：河南电力局，1997.616-61720015 孙绍增.安阳电厂#9和#10炉燃烧调整试验报告R.哈尔滨：哈尔滨工业大学，7 陈听宽.超临界锅炉技术的发展 J. 电力设备， 2002.3： 19-24