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锅炉低氮燃烧改造后结渣原因分析处理 摘要: 为降低NOx排放浓度,现对2台330MW机组锅炉的燃烧系统进行了改造。改造后,NOx 排放浓度平均降幅达63%和71% ,但2台锅炉的烟道进口处均发生严重结渣。为此,电厂进行了多次试验和调整,找出了改造后烟道进口处结渣的原因, 并通过调整燃烧器配风方式解决了结渣问题,为今后运行方式的选择及连 续高负荷运行工况的调整提供了依据。 关键词: 锅炉; 低氮燃烧; 结渣; 燃尽风; 氧量 引言：为了降低NOx排放浓度,满足今后日益严格的环保排放要求,某电厂于 2012年和 2013年分别对 1号和 2 号炉进行了改造。本文介绍了这 2 台锅炉低氮燃烧的改造情况、改造后出现的结渣问题及其原因分析和解决方法。 一、锅炉改造前、后的设备状况及改造效果 1号、2 号炉为330 MW 机组, 是由东方锅炉厂生产的亚临界自然循环汽包锅炉。每台锅炉配有16只流量可调的双调风喷燃器,分4层布置于前墙,由上至下依次编号为 A、B、C、D, 从 B 侧到 A 侧编号为 1、2、3、4。每只喷燃器分别配 1 个电动的二次风量调节套筒, 内、外二次风旋流角度可在线手动调节, 一次风喷口内套筒也可进行轴向调节。2 台送风机输送的二次风经空气预热器加热后从锅炉两侧风道汇集于炉前,所有喷燃器共用 1 个大的二次风箱。为了防止喷燃器区域的高温腐蚀和结渣,在前墙最下层喷燃器下部两侧各设 1 个直径为 930 mm 的边界风喷口。每台炉各配 4 台 MBF-23 型中速磨煤机,每台磨煤机出口有 4 根煤粉管给同层的 4 只喷燃器供煤。任意 3 台磨煤机运行时, 机组可满负荷运行。 改造方案的主要内容如下: 保持原有喷燃器数量和位置不变, 将其更换为具有更低 NOx 功能的Opt-i FlowT M喷燃器; 在喷燃器的上方增加 4 个燃尽风(OFA) 喷口, 在上层喷燃器靠两侧墙处增加 2 个防止高温腐蚀的侧翼风( wing port) 喷口; 经过计算流体动力学分析软件(CFD) 优化后, 在原来的大二次风箱上增加了均流装置, 以提高各层喷燃器进口之间二次风压的均匀性; 一次风管由蜗壳式进入改为弯头轴向进入, 并在喷燃器进口处的一次风管弯头上加装均衡器, 以提高喷燃器一次风管中煤粉分布的均匀性; 在磨煤机出口的一次风粉管上加装平衡阀, 以实现各煤粉管之间的均衡分配。改造后的调整试验由电厂配合 ABT 公司的调试人员进行, 并由西安热工研究院苏州分院进行测量. 与改造前的基础试验相比, 1 号炉改造后,NOx 排放浓度平均降幅达63%(2 种工况的平均值),1号炉4 种不同磨煤机组合工况的平均值如下: NOx 排放浓度为 410 mg/ m3(标准状态下),飞灰含碳量为 13.61%; 2号炉改造后 NOx 排放浓度平均降幅达到 71% ( 比较 4 种组合的平均值),2号炉 4 种不同磨煤机组合工况的平均值如下: NOx排放浓度为 401 mg/ m3( 标准状态下),飞灰含碳量为13. 24%. 改造后, 锅炉排烟温度基本不变, NOx排放浓度降幅较大, 飞灰含碳量升幅较大. 但改造后,2 台锅炉的凝渣管和前烟道进口处均出现严重堆渣。 二、改造后锅炉烟道进口处结渣的原因分析及处理 1号炉燃烧系统改造后不久, 在炉膛中部的凝渣管处和前烟道进口处出现严重堆渣, 从而影响了烟道的通风, 造成吸风机的抢风. 并且由于较多焦块穿过烟道受热面后堆积到烟气挡板, 造成烟气挡板卡住, 再热汽温无法调节, 影响机组的正常运行. 在机组检修停运时, 将堆渣彻底清理, 但机组重新运行后很快在相同位置再次出现灰渣的堆积(见图1),而且堆积速度较快. 在2000年, 2 号炉前烟道进口处首次发生堆渣, 经过综合分析认为: 炉膛顶部过热器处的 1 组蒸汽吹灰枪长时间故障, 造成屏式过热器和高温过热器吸热减少, 烟气流出炉膛凝渣管时的温度高于灰熔点, 从而使灰渣粘结在一起, 并堆积在凝渣管出口的前烟道进口小室中. 当时用高温仪测量后发现: 在完全相同的运行工况下, 2 号炉凝渣管出口的烟温比 1 号炉高70 K 以上, 停炉清焦并将炉膛顶部 过热器处的吹灰枪修复投用后, 烟道进口处不再发生结渣. 在 2011 年, 1 号炉在相同位置也出现了堆渣, 经分析认为是大量燃用一种易结渣煤种造成的, 因为同时燃用该煤种的 4 台锅炉都在不同位置处发生大面积结渣, 其中 1 台锅炉还因严重结渣被迫停炉. 停止燃用该煤种后, 1号炉运行正常, 烟道进口处不再发生结渣.1 号炉燃烧系统改造后出现了结渣, 通过烟温测量、运行参数以及运行煤种分析, 可以排除是吹灰枪和煤种的原因造成了前烟道进口处堆渣. 在燃烧器改造前, 因大风箱中部风压高于两侧风压, 中间两列燃烧器的风量远大于两侧燃烧器的风量.为解决这个问题, 在燃烧系统改造时将中间两列 8 只燃烧器的二次风孔板的部分孔进行了封堵, 减少了该调风器套筒挡板内部的通流面积, 而且将调风器套筒挡板调到开度较小的位置(重新定位逻辑全开位置) , 以减少其二次风通流量, 使 1 排 4 只喷燃器的配风均衡. 对改造情况进行全面分析, 并对烟道内的氧量进行了测量, 发现烟道内沿宽度方向的氧量分布不均匀, 中部偏 A 侧的氧量较低. 因此可初步认为: 燃烧器改造时设定的中间两列燃烧器的调风器风量偏小, 沿炉膛宽度方向的中部氧量偏低. 炉膛中部偏 A 侧区域的煤粉因缺氧使得燃尽时间增加, 而且还可能生成较多的 CO 使灰熔点降低. 燃烧系统改造时, 燃烧器上方增加了 OFA, 在相同的运行工况下, 改造后燃烧器区域的过量空气系数比改造前小 10%至15% , 从而使煤粉的燃尽时间增加. 如果中间两列燃烧器的配风低于两侧的燃烧器, 就会造成中部燃烧器的煤粉燃尽时间增加, 煤粉在凝渣管出口处的温度高于灰熔点, 导致凝渣管和前烟道进口小室中大量堆渣. 在机组调停时, 将堆渣进行了清理, 并第 1 次对改造后的中间两列燃烧器套筒挡板的位置进行了调整.第 1 次调整中间两列燃烧器套筒挡板的位置后, 经过近 5 个月的运行表明: 相同位置没有再出现堆渣. 为了降低锅炉飞灰含碳量并进一步巩固处理堆渣的效果, 电厂第 2 次调整了中间两列燃烧器套筒挡板的位置, 实际位置开大了约 40mm. 但第 2 次调整后烟道又发生了堆渣, 尤其是在下 3 层燃烧器运行方式下( BCD) , 焦渣堆积非常快, 渣子从中部一直堆到 A 侧的烟道墙处. 为此, 再次对几种不同磨煤机运行工况下的烟道氧量分布进行了测量, 发现第 2 次对中间 2 列燃烧器套筒挡板调整后, 虽然增加了中间 2 列燃烧器的二次风量, 但因为大风箱内风压分布不均匀, 使得燃烧器区域的二次风分配更加不平衡, 炉膛氧量分布也更加不均匀, 因此再次造成了凝渣管和前烟道进口小室中堆渣. 因为燃烧系统改造时, 燃烧器上部增加了 OFA, 在相同的运行工况下, 改造后燃烧器区域的过量空气系数比改造前小.在 2 号炉调试结束后, 电厂对中间 2 列调风器的全开逻辑位置重新进行了定位, 定位原则兼顾燃烧的安全性和经济性, 不以降低 NOx 排放浓度作为唯一目的. 此后, 运行中烟道进口小室没有发生堆渣现象. 三、结束语： 2台锅炉改造后, NOx 的排放浓度分别下降了约 60% 和 70% , 同时再热器管超温的问题得到了有效控制, 但飞灰含碳量有较大幅度的增加, 并且锅炉烟道进口处均发生严重结渣. 经分析认为, 烟道堆渣的原因是燃烧器配风不均匀. 锅炉增加 OFA 后, 燃烧器区域的氧量减小. 在特殊运行工况下, 当发现两侧氧量偏差和 CO 含量升高时, 可通过手动进一步细调调风器和 OFA 配