1、鍋爐存在的主要問題及分析
1.1主要問題
浙江北侖發(fā)電廠5號鍋爐是由日本IHI公司提供的600 MW亞臨界自然循環(huán)鍋爐。鍋爐整體設(shè)計技術(shù)采用美國Foster Wheeler技術(shù)，共配備24只雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，采用前后墻對沖布置方式；直吹式制粉系統(tǒng)配備6臺MBF-23型中速磨煤機，額定工況下1臺磨備用。鍋爐自投運以來，主要存在以下幾方面問題：
(l)燃燒器一次風(fēng)進口蝸殼、中心筒、消旋槽等部位磨損嚴(yán)重，使用壽命一般在2年內(nèi)，遠(yuǎn)低于鍋爐的大修周期。由于磨損造成煤粉頻繁泄漏，并已數(shù)次發(fā)生燃燒器著火險情，對鍋爐安全運行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。
(2)燃燒器一、二次風(fēng)旋流強度過大，火焰卷吸作用造成著火距離小，火炬邊界模糊，燃燒器噴口燒損情況時有發(fā)生。富通新能源生產(chǎn)銷售
生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒
顆粒機、
木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
(3)燃燒器尤其是上層燃燒器和燃燼風(fēng)(OFA)及側(cè)墻區(qū)域易結(jié)渣，煤種的適應(yīng)性差。
(4)NOx排放濃度過高，額定工況下達700—800mg/m3。
1.2問題分析
5號鍋爐存在上述問題，主要與爐膛燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷，燃燒器結(jié)構(gòu)與布置方式，一、二次風(fēng)流速，OFA系統(tǒng)的布置型式等相關(guān)。
1.2.1爐膛結(jié)構(gòu)分析
5號鍋爐爐膛寬為22.20m．深為15.97 m，高為59.0 m。爐膛截面積為354m2．爐膛有效容積為17987m3。從鍋爐的設(shè)計參數(shù)分析，爐膛容積熱負(fù)荷及截面熱負(fù)荷相對較小。但是，鍋爐設(shè)置24只燃燒器，每層燃燒器中心之間的垂直距離僅為3.5 m，熱負(fù)荷比較集中。
爐膛容積熱負(fù)荷(BMCR)為85.9 kW/m3，爐膛斷面熱負(fù)荷(BMCR)為4.36 MW/m2，燃燒器區(qū)壁面熱負(fù)荷(BMCR)為2.02 MW/m2。鍋爐單只燃燒器的熱負(fù)荷偏大，燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷高，因此，在燃燒器區(qū)域極易出現(xiàn)嚴(yán)重結(jié)渣。
1.2.2燃燒器結(jié)構(gòu)分析
5號鍋爐燃燒器具有以下特點：
(l)-次風(fēng)通過渦殼切向進入燃燒器，使煤粉產(chǎn)生旋流，擴散角較大，煤粉容易貼壁。
(2)煤粉噴口與水冷壁管中心距離達676咖，使煤粉與二次風(fēng)提前混合，著火距離短。
(3)采用了徑向葉片調(diào)風(fēng)器，二次風(fēng)旋流強度較大，強化燃燒的作用明顯，比較適用于劣質(zhì)煙煤和貧煤等煤種。
(4)在煤粉燃燒初期，燃燒火炬急劇膨脹，形成了速度很高、擴散程度較大的火焰，在噴口外周產(chǎn)生熾熱回流區(qū)，極易生成環(huán)形渣丘。
因此，該燃燒器結(jié)構(gòu)設(shè)計使一次風(fēng)切向旋流，煤粉和二次風(fēng)提前混合，擴散角過大產(chǎn)生火焰貼壁，且燃燒器區(qū)域局部熱負(fù)荷過高，這是5號爐燃燒器磨損、燒損、結(jié)渣、NOx排放濃度過高的根本原因。
1.2.3一、二次風(fēng)系統(tǒng)和OFA系統(tǒng)分析
由于磨煤機石子煤問題相當(dāng)突出，雖對各磨煤機風(fēng)環(huán)進行了改造，但運行中一次風(fēng)量仍在98t/h左右，比設(shè)計值高出約13%，煤粉管總截面比同類鍋爐小20%左右．煤粉管流速達到30m/s左右。因此，一次風(fēng)速過高大大加劇了燃燒器局部磨損，同時也影響到NOx排放濃度。
燃燒器噴口二次風(fēng)流速也明顯偏高，且燃燒器區(qū)域二次風(fēng)箱結(jié)構(gòu)不合理，各燃燒器二次風(fēng)量分配不均勻，對爐膛結(jié)渣和NOx控制產(chǎn)生了不利影響。
5號鍋爐設(shè)計有OAP控制風(fēng)門，其主要作用是實現(xiàn)分級燃燒，減少煙氣中NOx的生成與排放。但OAP控制風(fēng)門與最上層燃燒器之間的距離僅為3.5m．氮氧化物還原區(qū)域過小，大大削弱了分級燃燒對NOx控制的有效功能。
2、低氮燃燒器改造可行性研究
目前，在國內(nèi)600MW等級、前后墻對沖燃燒方式的鍋爐中，應(yīng)用比較廣泛的旋流燃燒器主要有3種：英巴技術(shù)燃燒器、東方鍋爐廠燃燒器、美巴技術(shù)燃燒器。現(xiàn)針對這3種燃燒器進行改造方案研究。
2.1英巴技術(shù)燃燒器改造方案
2.1.1英巴技術(shù)低氮燃燒器特點
2.1.1.1 -次風(fēng)由煤粉燃燒器入口彎頭切向進入燃燒器，煤粉氣流在一次風(fēng)道內(nèi)旋轉(zhuǎn)前進。為改善煤粉氣流通過煤粉管道所造成的濃度徑向分布不均勻的問題，在煤粉分配器出口裝有縱向均流槽，使煤粉在一次風(fēng)道內(nèi)沿徑向均勻分布。
2.1.1.2在噴口出口處裝有8個半圓形的煤粉濃縮器，利用煤粉氣流旋轉(zhuǎn)慣性，使煤粉在8個濃縮器附近密集，形成煤粉濃相區(qū)，從而沿圓周上形成濃、淡煤粉分離，實現(xiàn)濃淡燃燒。
2.1.1.3二次風(fēng)被分成3股：內(nèi)二次風(fēng)、四次風(fēng)、三次風(fēng)。內(nèi)二次風(fēng)設(shè)計成軸向旋流可調(diào)節(jié)的形式，通過由拉桿控制的軸向可動葉輪旋流器改變旋流強度。
2.1.1.4在二次風(fēng)外側(cè)布置了風(fēng)量少但速度較高的四次風(fēng)。將高速四次風(fēng)引入，使在燃燒初期形成的NO，在高速湍流混合的條件下迅速還原為N2，從而有效抑制NOx的生成水平。
2.1.1.5最外層三次風(fēng)擋板為徑向可調(diào)式，每個擋板由1個獨立的手動調(diào)節(jié)裝置單獨調(diào)節(jié)，大部分空氣從外三次風(fēng)道送入，三次風(fēng)與煤粉氣流的動壓比高，混合強烈，而擴散角不大，可促使焦炭粒子的燃燼，在提高燃燒效率的同時，不致造成火焰刷墻。
2.1.1.6中心風(fēng)管為筒狀，其軸線即為燃燒器的水平軸線，其作用包括2方面：向點火油槍供風(fēng)，以避免油槍火焰燒壞噴口；在燃燒器使用過程中，提供吹掃空氣，防止漏油或煤粉沉積。
2.1.1.7考慮部件的耐磨性以及盡量減少使用成本，燃燒器喉口使用硅碳瓦衛(wèi)燃帶，燃燒器內(nèi)部具有鑄金屬防磨內(nèi)襯。
2.1.2改造方案
2.1.2.1基礎(chǔ)方案：在燃燒器和OFA噴嘴原有位置上．更換成英巴燃燒器和新OFA噴嘴。
2.1.2.2備選方案1：在燃燒器原有的位置上更換成英巴燃燒器，將OFA噴嘴位置提高至上層燃燒器上方6.4m處，并更換成新的OFA噴嘴。
2.1.23備選方案2：根據(jù)爐膛寬度重新布置燃燒器間距，并更換成英巴燃燒器；使用高速OFA系統(tǒng)，并將OFA噴嘴位置提高至上層燃燒器上方12.7 m處。
2.2東方鍋爐廠燃燒器改造方案
2.2.1東方鍋爐廠燃燒器特點
2.2.1.1東方鍋爐廠燃燒器是在日立燃燒器基礎(chǔ)上改進而成的，采用徑向煤粉濃縮器，獲得外濃內(nèi)淡的煤粉氣流，一次風(fēng)管出口外設(shè)計了穩(wěn)焰齒環(huán)及一、二次風(fēng)導(dǎo)向錐，可以在噴口附近獲得環(huán)型回流區(qū)和較高的一次風(fēng)湍動度，極大地提高了燃燒器的低負(fù)荷穩(wěn)燃性能。
2. 2.1.2設(shè)置中心風(fēng)管，通過調(diào)節(jié)中心風(fēng)風(fēng)量，為運行油槍提供最佳配風(fēng)和燃煤時控制煤粉著火點，防止結(jié)渣并獲得最佳火焰形狀。
2. 2.1.3采用雙調(diào)風(fēng)結(jié)構(gòu)，分級供給燃燒用風(fēng)，盡量使燃料中揮發(fā)分揮發(fā)速率最大化，揮發(fā)最完全，有利于在噴口區(qū)域使生成的NO.還原反應(yīng)，同時保證煤粉的燃燼效率。
2.2.1.4二次風(fēng)門開度，三次風(fēng)旋流強度及風(fēng)量可調(diào)，可以獲得希望的汽流旋流強度和風(fēng)量的大小，以保證各燃燒器之間配風(fēng)均勻和調(diào)節(jié)燃燒器內(nèi)的配風(fēng)。
2.2.1.5合理設(shè)計燃燒器結(jié)構(gòu)特別是調(diào)節(jié)機構(gòu)，保證燃燒器安裝和更換檢修方便，調(diào)節(jié)機構(gòu)操作簡便、靈活。
2.2.2改造方案
2.2.2.1改造方案1
(1)降低燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷，加大燃燒器的垂直距離，最上層燃燒器不動，將下二層燃燒器下移，使燃燒器區(qū)域壁面熱負(fù)荷約為1 650 kW/m2。燃燒器垂直間距增加后，火焰中心約下降1.4 m。
(2)采用東方鍋爐廠自主型燃燒器更換原燃燒器。
(3)增加全爐膛分級程度，加大OFA與上層燃燒器的間距，同時適當(dāng)增加OFA比率，使主燃燒器區(qū)域空氣系數(shù)在0.9—1.0。
(4)通過優(yōu)化燃燒器結(jié)構(gòu)和風(fēng)箱配風(fēng)條件，使?fàn)t膛出口過量空氣系數(shù)從1.20降至1.15．以實現(xiàn)低氧燃燒，降低NOx的生成。
(5)適當(dāng)提高OFA風(fēng)速，以增強燃燒的后期混合，提高燃料的燃燼率。根據(jù)現(xiàn)在的風(fēng)機壓頭，如有必要，可設(shè)增壓風(fēng)機。
(6)燃燒器垂直間距改變使?fàn)t膛火焰中心下移后，可能造成爐膛煙氣溫度降低，可通過提高OFA與上層燃燒器的間距得到部分補償，如有必要，還可以在OFA噴口以上的爐膛側(cè)水冷壁上敷設(shè)適當(dāng)面積的耐火材料．以減少鍋爐蒸發(fā)吸熱量。
以上改造主要涉及的設(shè)備包括：鍋爐下爐膛水冷壁（前、后墻）、OFA調(diào)風(fēng)器、煤粉燃燒器、大風(fēng)箱、爐前垂直煤粉管道以及燃燒器控制的相關(guān)設(shè)備等。
2.2.2.2 改造方案2
(1)燃燒器和OFA調(diào)風(fēng)器的位置保持不變，采用東方鍋爐廠自主型燃燒器，并對OFA調(diào)風(fēng)器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。
(2)優(yōu)化大風(fēng)箱、燃燒器控制相關(guān)設(shè)備。
(3)適當(dāng)增加OFA的風(fēng)量和風(fēng)速，如現(xiàn)場條件允許，將OFA噴口適當(dāng)上移。
改造技術(shù)方案2的鍋爐改造工作量較小，NOx排放濃度可望達到550mg/m3以下。
2.3美巴技術(shù)燃燒器改造方案
2.3.1 美巴DRB-42低氮燃燒器特點
2.3.1.1燃燒器在一次風(fēng)人口彎頭后設(shè)有導(dǎo)向器和錐形擴散器，其作用是在管道近壁處形成一個高煤粉濃度的環(huán)狀氣流，而在中間形成富氧的低煤粉濃度區(qū)。著火區(qū)的還原性氣氛可以減少NOx的生成量。還原性物質(zhì)在進入焦炭氧化區(qū)后又能用于分解已生成的NOx。
2.3.1.2燃燒器一次風(fēng)管外圍設(shè)有2個分別由軸向葉片控制的二次風(fēng)調(diào)風(fēng)器：內(nèi)二次風(fēng)調(diào)風(fēng)器的主要功能是促進著火和穩(wěn)燃；外二次風(fēng)調(diào)風(fēng)器主要是在火焰下游供風(fēng)以完成燃燒。這種燃燒器形成的火焰，其核心是還原性的，其下游逐步混入二次風(fēng)。由于旋流強度和燃燒強度可調(diào)節(jié)，既能降低NO，生成量，又可保證燃燒效率。
2.3.1.3燃燒器一次風(fēng)噴口采用耐高溫、耐磨損的稀土高鉻鎳錳氮高溫耐熱鑄鋼ZG8Cr26Ni4Mn3N．可以滿足燃燒器噴嘴使用壽命不低于50 000 h的要求。燃燒器結(jié)構(gòu)充分考慮了檢修的方便，每臺燃燒器均裝有觀察孔，并留有安裝火焰檢測器的位置。
2.3.1.4燃燒器自身構(gòu)成一個獨立的燃燒單元，其內(nèi)、外二次風(fēng)形成良好的空氣動力場，卷吸著火、穩(wěn)燃所必需的高溫?zé)煔猓⑦m時補充燃燒所需的氧氣和產(chǎn)生必需的氣流擾動。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較小時，可適當(dāng)調(diào)整燃燒器的風(fēng)、粉供給量和燃燒器的二次風(fēng)量。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化較大時，可切除或投入l層燃燒器及相應(yīng)的磨煤機，并相應(yīng)地減少或增加總二次風(fēng)量。
2.3.1.5燃燒器具有對單只燃燒器進行二次風(fēng)量控制的調(diào)風(fēng)擋板。當(dāng)鍋爐負(fù)荷變化時，燃燒系統(tǒng)和燃燒器只需做少量調(diào)整工作，就可以適應(yīng)鍋爐負(fù)荷變化。燃燒器改造后能夠確保在30%BMCR負(fù)荷下不投油穩(wěn)燃。
2.3.1.6燃燒器結(jié)構(gòu)考慮了檢修時能夠從外部進行拆裝的條件，每個大風(fēng)箱與水冷壁密封焊接，并隨水冷壁一起膨脹。燃燒器外二次風(fēng)喉口與水冷壁上燃燒器開口的聯(lián)接采用非焊接結(jié)構(gòu)，并用硅酸鋁耐火纖維繩密封。煤粉管道彎頭與送粉管道采用法蘭連接，富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯的選擇。
2.3.2改造方案
2.3.2.1在燃燒器原有位置上，用24只DRB-42燃燒器替代現(xiàn)有的燃燒器，并將煤粉進口更換成900彎頭。
2.3.2.2用Dual Zone NO.噴口替代現(xiàn)有的OFA噴口。
2.3. 23燃燒器區(qū)域二次風(fēng)箱改造，使各燃燒器之間配風(fēng)更均勻。改造后，預(yù)計5號爐NO，排放濃度可達349 mg/m3。
3、可行性研究
5號鍋爐燃燒器改造，原則上燃燒器數(shù)量、位置、層間距不變，合理控制改造范圍，確保鍋爐的總體性能基本不變，飛灰含炭量控制在3%以內(nèi)，N2濃度控制在400～00mg/m3。另外，還須解決磨損問題，通過增加燃燒器進口截面積以降低流速，改進燃燒器材質(zhì)，局部采取防磨措施等手段，以確保改造后的燃燒器磨損壽命達到預(yù)期目標(biāo)。
從燃燒器技術(shù)比較：英巴燃燒器與5號爐燃燒器比較接近，現(xiàn)場改造工作量較小；日立燃燒器燃料濃淡分級效果明顯，NOx排放濃度較低，東方鍋爐廠自主型燃燒器特點與日立燃燒器基本相同；美巴燃燒器總體性能良好，但與5號爐燃燒器差別較大。
從燃燒器磨損情況比較，美巴燃燒器磨損較輕；英巴燃燒器中心風(fēng)筒局部有磨損；日立燃燒器煤粉濃縮器及中心風(fēng)筒磨損較嚴(yán)重，更換周期大約為2年。
3種改造方案均有利弊，具體采用哪種方案還需結(jié)合北侖電廠鍋爐改造實際情況，對其技術(shù)及經(jīng)濟性進行進一步論證。
