低氮燃烧器改造技术方案

1、*发电有限公司300MW亚临界锅炉降低NOx的改造技术方案90报告名称：*发电有限公司300MW亚临界锅炉降低NOx的改造技术方案承担单位：*有限公司报告撰写：*（燃烧部分）*（性能部分）报告校对：*（燃烧部分）*（性能部分）报告审核：*目 录1. 项目背景51.1 锅炉概况71.1.1 锅炉B-MCR主要设计参数71.1.2 锅炉原设计煤质资料101.1.3 锅炉目前运行参数、存在的问题和进行过的改造111.1.4 锅炉目前燃用煤质资料131.1.5 锅炉改造设计煤质资料141.1.6 锅炉燃烧设备设计情况151.2 锅炉配套辅机情况151.3 电厂改造目标172. 制粉系统改造172.1

2、两种制粉系统特性分析172.2 改造设计煤种燃烧特性分析202.3 制粉系统改造必要性分析222.4 制粉系统改造性能分析232.4.1煤粉管道层数的选择262.4.2煤粉管道流速302.4.3 一次风率312.5 空气预热器对制粉系统改造的适应性分析322.6 风机对制粉系统改造的适应性分析323. 上锅低NOx煤粉燃烧技术的发展333.1 第1代同心切圆燃烧系统343.1.1 设计情况介绍343.1.2 运行情况分析353.1.3 小结373.2 第2代引进型低NOx切向燃烧系统LNCFS373.2.1 设计情况介绍383.2.2运行情况分析403.2.3 小结423.3 第2.5代复合空

3、气分级低NOx燃烧系统423.4 第3代高级复合空气分级低NOx燃烧系统443.4.1 已经完成的高级复合空气分级燃烧课题成果介绍443.4.2.上锅公司低NOx燃烧技术专利介绍484. 上锅的技术优势、改造业绩和优化目标494.1上锅技术优势494.1.1“炉”侧优势504.1.2“锅”侧优势534.2改造业绩544.3优化目标545.*发电有限公司300MW机组改造方案555.1 改造原则及措施555.2 燃烧器一次风/煤粉喷嘴层数的选择565.2 燃烧器一次风/煤粉喷嘴标高的选择565.3 *发电有限公司300MW机组改造方案57单只煤粉喷嘴输入热量576 避免改造后出现问题的措施606

4、.1低负荷下保证NOx排放的措施606.1.1 低负荷下影响NOx排放的因素606.1.2 变氧量条件下分级燃烧的试验研究636.1.3 变负荷工况下NOx排放特性的试验研究646.1.4 低负荷工况下保证NOx排放的措施676.2改造后锅炉效率不降低的措施676.2.1神华煤分级燃烧的试验结果676.2.2 小结686.3改造后锅炉不出现炉膛严重结渣和高温腐蚀的技术措施686.3.1改造后防止炉膛严重结渣和高温腐蚀的措施686.3.2数值模拟计算结果706.3.3锅炉运行业绩716.3.4小结716.4改造后保证与锅炉辅机匹配的技术措施726.5改造后保证水动力和热力平衡的技术措施727.

5、锅炉改造性能指标768. 锅炉改造内容和范围778.1. 锅炉改造内容和范围778.2. 设计供货分界点788.3 可以利旧的设备788.4 供货范围799. 锅炉其他部分改造809.1 制粉系统改造对锅炉性能的影响809.2 燃烧设备改造多锅炉热力性能的影响809.3增加低温再热器受热面必要性分析和原则方案8210. 总结831. 项目背景*发电有限公司位于*省咸阳市，建设有4×300MW燃煤发电机组。*发电有限公司3号4号机组300MW亚临界锅炉是上海锅炉厂有限公司生产的亚临界压力一次中间再热自然循环汽包炉，型号为SG-1025/16.7-M315。3号4号机组于1991、199

6、2年建成投产。锅炉采用四角切圆摆动式直流燃烧器，配用钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，单炉膛，露天布置，全钢架悬吊结构，平衡通风，固态排渣。锅炉装有*有限公司设计制造的对冲同心正反切圆燃烧系统，其NOx排放设计值650mg/m3（O2=6%）。实际运行中，燃用挥发份较高煤种时，NOx排放测试值在400700mg/Nm3（O2=6%）之间，燃烧烟煤：贫煤=1:1的煤种时，NOx排放为900mg/Nm3（O2=6%）左右，燃烧100%贫煤时，NOx排放为12001500mg/Nm3（O2=6%），已经不能满足目前火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003中NOx排放450mg/m3（O2=6

7、%）要求。我国人均装机容量远低于发达国家的平均水平，我国的能源结构决定了在今后相当长的时间内，燃煤机组装机容量还将不断增长，火电厂排放的二氧化硫、氮氧化物和烟尘仍将增加。火电厂排放的大气污染物若得不到有效控制，将直接影响我国大气环境质量的改善和电力工业的可持续和健康发展。为此，环境保护部对火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2003）进行了修订。十几天前，也就是2011年09月21日，环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了新修订的GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准，新标准将自2012年1月1日起实施。按照GB13223-2011火电厂大气污染物排放标准，NOx排放标

8、准参见表1-1：非重点地区NOx排放标准。表1-2：重点地区NOx排放标准。表1-1 非重点地区NOx排放标准项目项目燃料执行时间NOx单位现有机组2003.12.31后建成的，除W火焰炉、CFB锅炉外的机组。煤2014.7.1100mg/Nm3（O2=6%）W火焰炉和CFB锅炉。2003.12.31前建成的，除W火焰炉、CFB锅炉外的机组。煤2014.7.1200mg/Nm3（O2=6%）新建机组除W火焰炉外的锅炉煤2012.2.1100mg/Nm3（O2=6%）W火焰炉煤2012.2.1200mg/Nm3（O2=6%）表1-2 重点地区NOx排放标准项目项目燃料执行时间NOx单位现有机组2

9、003.12.31后建成的，除W火焰炉、CFB锅炉外的机组。煤2014.7.1100mg/Nm3（O2=6%）W火焰炉和CFB锅炉。2003.12.31前建成的，除W火焰炉、CFB锅炉外的机组。煤2014.7.1100mg/Nm3（O2=6%）新建机组除W火焰炉外的锅炉煤2012.2.1100mg/Nm3（O2=6%）W火焰炉煤2012.2.1100mg/Nm3（O2=6%）注：重点地区，指根据环境保护工作的要求，在国土开发密度较高，环境承载能力开始减弱，或大气环境容量较小、生态环境脆弱，容易发生严重大气环境污染问题而需要严格控制大气污染排放的地区。*发电有限公司位于*大城市区域，将按照重点地

10、区，NOx排放限值100mg/m3（O2=6%）进行考核。为此，必须对机组进行烟气脱硝改造，同时对锅炉燃烧系统进行优化设计，采用上锅最新第3代高级复合空气分级低NOx燃烧技术对燃烧器进行改造，在燃用目前运行煤种的件下，在40%-MCR到100%-MCR负荷段，全过程锅炉出口NOx排放将不超过400mg/Nm3（O2=6%）。从而降低烟气脱硝装置的运行成本。根据国家新的排放政策要求，*发电有限公司，计划对二期3号4号机组300MW亚临界锅炉进行低氮燃烧改造和脱硝改造。计划工期分别为：4号锅炉为2012年46月，3号锅炉为2013年。1.1 锅炉概况*发电有限公司3号4号机组300MW亚临界锅炉是

11、上海锅炉厂有限公司生产的SG1025/16.7M315型亚临界压力一次中间再热自然循环汽包炉。采用四角切圆摆动式直流燃烧器，配用钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，单炉膛型露天布置，、燃煤、平衡通风全钢架悬吊结构，平衡通风，固态排渣。尾部烟道为双烟道，前部烟道布置有低温再热器，后部烟道布置低温过热器，低再低过下方布置省煤器，再热汽温的调整主要靠布置于省煤器下方的烟气调温挡板进行调整。原设计煤种为铜川烟煤与贫煤的1：4的混煤，校核煤种为全贫煤。由于煤炭市场的变化，为降低发电成本，*发电有限公司已于2002年开始大量采购彬长长焰煤与贫煤进行掺烧，掺烧比例为烟煤：贫煤=2:1。1.1.1 锅炉B-MC

12、R主要设计参数锅炉B-MCR主要设计参数，参见表1-3：锅炉B-MCR主要设计参数。表1-3：锅炉B-MCR主要设计参数项目名称单位数据项目名称单位数据蒸发量t/h1025第一级喷水量t/h18.41过热蒸汽压力MPa16.72第二级喷水量t/h6.14过热蒸汽温度540炉膛容积热负荷kW/m3129.0锅筒工作压力MPa 17.74炉膛断面热负荷kW/m24942再热蒸汽进口压力MPa 3.68炉膛断面宽m13.26再热蒸汽出口压力MPa 3.45炉膛断面深m12.50再热蒸汽进口温度323.2锅炉总宽度m再热蒸汽出口温度540锅炉总深度m再热蒸汽流量t/h874.8运转层标高m12.60给

13、水温度262.4锅筒中心线标高m62.50炉膛出口温度1161锅炉效率90.94热风温度343.3排烟温度（修正后）155燃烧方式四角切圆燃烧预热器形式回转式空气预热器调温方式挡板、喷水锅炉布置方式倒U型露天布置制粉系统：钢球磨中间储仓制热风送粉系统锅炉按燃用烟煤和贫煤的混煤设计，系亚临界、一次中间再热、自然循环、燃煤汽包锅炉。锅筒采用单段蒸发系统，内装导流式旋风分离器、立式百叶窗分离器和均汽孔板，炉膛四周为全焊膜式水冷壁。过热蒸汽采用喷水减温，再热蒸汽温度调节采用烟气挡板和喷水（微调）相结合。锅炉带基本负荷，采用定压或定滑定的方式运行。配备三分仓容克式回转式空气预热器。锅炉总图参见图1-1：

14、锅炉总图。图1-1：锅炉总图燃烧器为四角布置摆动式直流式煤粉燃烧器，每角燃烧器由6层二次风喷口、4层一次风喷口和两层三次风喷口组成。一次风喷嘴与二次风喷嘴间隔布置，两层三次风喷嘴布置在顶部消旋二次风喷咀下方。在A、D、G三层二次风喷咀内设置了轻油油枪，每支油枪出力0.8-1.0吨/h。目前第2层、第3层一次风喷嘴上扬3°，其余水平位置、固定、焊死，不参与过热汽温和再热汽温的摆动调整。燃烧器总图参见图1-2：燃烧器总图。图1-2 燃烧器总图锅炉制粉系统为中间储仓式热风送粉系统，采用4台筒式钢球磨煤机，型号为MG350/600-。给粉机型号为GF-15，共16台。锅炉配备2台冷一次风机。

15、1.1.2 锅炉原设计煤质资料锅炉原设计煤质为贫煤：烟煤=4：1的混煤，参见表1-4：锅炉原设计煤质资料。表1-4：锅炉原设计煤质资料项目符号单位锅炉原设计煤种水份Mt%7.15挥发份Vdaf%23.45灰份Aar%31.83碳Car%50.77氢Har%2.76氧Oar%3.93氮Nar%0.58硫Sar%2.98低位发热量OdwKJ/kg19593煤粉细度R90%18灰变形温度t11240灰软化温度t21280灰融化温度t31314锅炉燃用#0轻柴油，炉前油压1.2MPa，参见表1-5：锅炉燃油资料。表1-5：锅炉燃油资料名称凝固点闪点（闭口）硫灰份水份低位热值恩氏粘度（20时）单位%/k

16、J/kg°E数值065<10.02痕迹42000381.1.3 锅炉目前运行参数、存在的问题和进行过的改造锅炉目前运行参数，参见表1-6：锅炉目前运行参数。表1-6：锅炉目前运行参数项目单位数值机组负荷MW302过热蒸汽流量t/h978.3过热蒸汽压力(甲/乙)MPa16.65/16.67过热蒸汽温度(甲/乙)522.7/538.6过热汽一减流量t/h3.95过热汽二减流量（甲/乙）t/h3.48/1.85再热蒸汽流量t/h再热蒸汽压力(甲/乙)MPa3.29/3.30再热蒸汽温度(甲/乙)523/533再热汽事故喷水流量（甲/乙）t/h0.0/10.5给水流量t/h1004.

17、4给水压力MPa18.33给水温度252.4排烟温度（甲/乙）144.2/148.4一次风量（甲/乙）KNm3/h甲侧测点坏死/127.7一次风温（甲/乙）337/332二次风量（甲/乙）KNm3/h294.7/370.2二次风温（甲/乙）341.3/341.0过热器侧烟气挡板开度（甲/乙）%11.6/93.5再热器侧烟气挡板开度（甲/乙）%99.3/10.5炉膛出口氧量（甲/乙）%3.6/4.0磨煤机投运数量台3给粉机投运数量台16锅炉目前存在的问题主要有：1、锅炉正常运行中甲乙侧再热汽温偏差较大。2、低负荷时再热汽温偏低，需增加氧量来提高再热汽温度。3、燃烧器喷口不能摆动，运行中摆角无法调

18、整，气温调整手段少，影响机组经济性。4、水冷壁高温腐蚀严重。5、NOx排放高，燃用挥发份较高煤种时，NOx排放测试值在400700mg/Nm3（O2=6%）之间，燃烧煤种为烟煤/贫煤=1:1时，NOx排放为900mg/Nm3（O2=6%），燃烧100%贫煤时，NOx排放为12001500mg/Nm3（O2=6%）。锅炉进行过的改造主要有：1、拆除省煤器灰斗放灰装置和空预器出口烟道灰斗放灰装置。2、拆除二次风蒸汽暖风器，改为热风再循环。3、空预器、尾部烟道、水平烟道蒸汽吹灰器改为气脉冲吹灰器，炉膛蒸汽吹灰器拆除。4、空预器由豪顿华公司改为48分仓、固定式密封、换热元件高度不变。5、最下层四只煤粉

19、燃烧器采用烟台龙源技术改为微油点火燃烧器，并将该层燃烧器改为热风送粉和乏气送粉相结合的方式，在锅炉启动阶段由乙排粉机送粉，锅炉正常运行时由热一次风送粉。1.1.4 锅炉目前燃用煤质资料锅炉目前燃用煤质资料，参见表1-7：锅炉目前燃用煤质资料。表1-7：锅炉目前燃用煤质资料项目符号单位原设计煤种目前燃用煤种水份Mt%7.157.0-10.0挥发份Vdaf%23.4524-35灰份Aar%31.8327-35碳Car%50.7751.30-55.35氢Har%2.762.86-3.08氧Oar%3.935.92-7.70氮Nar%0.580.55-0.87硫Sar%2.981.14-2.94低位发

20、热量OdwKJ/kg1959317-22×103煤粉细度R90%1818-22灰变形温度t112401340灰软化温度t212801370灰融化温度t3132013802011年煤质分析月度平均汇总表，参见表1-8：2011年煤质分析月度平均汇总表。表1-8：2011年煤质分析月度平均汇总表项目符号单位1月2月3月4月5月6月7月全水分Mt9.498.788.817.667.607.597.71空气干燥基水分Mad1.421.461.551.881.862.432.82空气干燥基灰分Aad32.7632.3332.5431.2033.9430.1429.21收到基灰分Aar30.07

21、30.0430.1629.4331.9728.6027.73空气干燥基挥发分Vad21.0120.8520.6920.9019.5522.1622.84收到基挥发分Var19.2719.3019.1919.6518.4020.9921.69弹筒实测发热量Qb.adMJ/Kg21.7721.8721.8821.9121.0021.8222.23空气干燥基高位发热量Qgr.adMJ/Kg21.6321.7321.6421.7020.8021.6422.05收到基高位发热量Qgr.arMJ/Kg19.9320.1720.0620.4219.5720.4920.94收到基低位发热量Qner.arMJ/

22、Kg19.0719.3419.2919.6218.8019.7220.16收到基硫分St.ar%1.491.601.712.022.071.611.651.1.5 锅炉改造设计煤质资料由于锅炉实际燃用煤质与原设计煤质相差较大，锅炉本次改造，设计煤质资料将在电厂提供的运行煤质资料基础上，进行归纳整理，以最大程度代表目前运行煤质，改造设计煤质用于制粉系统、锅炉性能和燃烧设备的设计。锅炉改造设计煤质，参见表1-9：锅炉改造设计煤质。表1-9：锅炉改造设计煤质项目符号单位原设计煤种目前燃用煤种改造设计煤质2011.7平均水份Mt%7.157.0-10.07.57.71挥发份Vdaf%23.4524-3

23、529533.6灰份Aar%31.8327-352927.73碳Car%50.7751.30-55.3551.97氢Har%2.762.86-3.082.97氧Oar%3.935.92-7.706.31氮Nar%0.580.55-0.870.71硫Sar%2.981.14-2.941.541.65低位发热量OdwKJ/kg1959317-22×1031950020160煤粉细度R90%1818-2220灰变形温度t1124013401340灰软化温度t2128013701370灰融化温度t3132013801380说明： Mt+ Aar +Car +Har +Oar +Nar +Sa

24、r=100%。1.1.6 锅炉燃烧设备设计情况燃烧设备的原设计参数，参见表1-10：燃烧设备设计参数。表1-10：燃烧设备设计参数项目风率风温风量风速%m3/hm/s一次风2020035000028二次风52335107000052三次风249034000054炉膛漏风4231.2 锅炉配套辅机情况锅炉配套辅机情况，参见表1-11：锅炉配套辅机情况。表1-11：炉配套辅机情况项目单位数值吸风机型号AN30e6轴流式吸风机每台炉安装量2台风压Pa4516风量m3/h1086390电机功率KW2240电机转速r/min740送风机型号AN21e6轴流式送风机每台炉安装量2台风压Pa1300-570

25、0风量m3/h（36-72）×104电机功率kw1000电机转速r/min990一次风机型号G5-48-11NO18F每台炉安装量2台风压Pa10787风量m3/h168000电机功率kw800电机转速r/min1475排粉风机型号M5-36-11NO20 1/2每台炉安装量4台风压Pa13500风量m3/h127413电机功率kw800电机转速r/min1485增压风机型号AN45e6轴流式风机每台炉安装量1台风压Pa3010风量m3/h2124744电机功率kw2100电机转速r/min4251.3 电厂改造目标针对本次锅炉改造，电厂改造目标如下：1、借助低氮燃烧器改造，将锅炉由

26、原热风送粉改为乏气送粉方式，以适应煤种的变化和便于低氮燃烧器改造的整体布置。2、改乏气送粉应保证三台排粉机带300MW负荷。3、锅炉改造在尽可能小的范围内进行，争取保留现有一次风管道不变、主燃烧区的水冷套不变。4、低氮燃烧改造加乏气送粉改造后，锅炉各蒸汽参数、性能指标不出现下降，能解决现存的再热汽温偏差大、再热汽温偏低的缺陷。5、改造后在保证锅炉效率不降低的前提下，锅炉省煤器后烟气NOx排放量400mg/Nm3（O2=6%）。6、锅炉最低不投油稳燃负荷50%ECR。2. 制粉系统改造2.1 两种制粉系统特性分析制粉系统由将钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，改为钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统，

27、空气预热器将由3分仓改为2分仓。钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统参见图2-1：钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统。图2-1 钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统参见图2-2：钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统。图2-2 钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统通过对图2-1和图2-2的系统进行分析，两种制粉系统的特点对比，参见表2-1：两种制粉系统的特点对比。表2-1 两种制粉系统的特点对比项目钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统一次风组织输送煤粉的一次风由一次风机单独提供。温度由一次风机出口的热风和一次风机出口的冷风，以一定比例混合进行调节，以适应

28、煤种变化。容易获得250左右的一次风/煤粉混合温度，以适应无烟煤、贫煤的燃烧。一次风压头由一次风机提供。输送煤粉的一次风由细粉分离器出口的乏气、送风机出口热风和送风机出口冷风，以任何比例混合，以适应煤种变化。一次风/煤粉混合温度通常不高。一次风压头由排粉风机提供。一次风机需要配置一次风机。不需要配置一次风机。三次风组织细粉分离器出口的乏气，通过排粉风机增压，一部分回到磨煤机入口进行再循环，余下部分，作为三次风，由专门的燃烧器三次风喷嘴送入炉膛。制粉中产生的水蒸汽，混合在三次风中送入炉膛。细粉分离器出口的乏气，与送风机出口的热风和送风机出口的冷风，以任何比例混合后，通过排粉风机增压，一部分回到磨

29、煤机入口进行再循环，余下部分，作为一次风，由燃烧器一次风喷嘴送入炉膛。制粉中产生的水蒸汽，混合在一次风中送入炉膛。一次风比率通常在15%左右。通常在20%左右。由表2-1可见，钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，容易获得250左右的一次风/煤粉混合温度，一次风比率通常在15%左右，制粉中产生的水蒸汽，混合在三次风中送入炉膛，所有这些特点，均有利于降低一次风/煤粉气流的着火温度，提高煤粉气流的着火性能，适用于难着火的无烟煤、贫煤。但是需要配置专门的一次风机，系统较为复杂。钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统，适合于容易着火的烟煤，不需要配置专门的一次风机，厂用电率低，系统简单。2.2 改造设计煤种燃烧

30、特性分析首先对本次锅炉改造的设计煤种进行燃烧特性分析，以判断是否适合采用钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统。按照GB/T7562-1998“发电厂煤粉锅炉用煤技术条件”的判断方法，本次锅炉改造的设计煤种属于V4Q3A2M2S4ST3，为中高挥发份、中等发热量、中等灰份、中低水份、高硫、中高灰融点的中等动力用煤，具体判别指标参见表2-2：发电厂煤粉锅炉用煤技术条件。表2-2：发电厂煤粉锅炉用煤技术条件按照挥发份（及相应发热量）分类等级符号Vdaf,%Qnet,ar,MJ/KgV16.510.021.0V210.0120.0V320.0128.0V428.0V537.0按发热量分类等级符号Qnet,

31、ar,KJ/KgQ124.0Q221.0124.0Q317.0121.0Q415.5117.0Q512.0按灰份分类等级符号Ad，%A120.0A120.0130.00A130.0140.00按水份分类等级符号Ad，%M18.0M18.112.0M112.120.0M420.0按硫份分类等级符号Ad，%S10.50S10.511.00S11.012.00S42.013.00按煤灰熔融性分类等级符号Ad，%ST111501250ST112601350ST113601450ST41450改造设计煤的着火性能为较易着火煤种，参见表2-3：改造设计煤的着火性能。表2-3：改造设计煤的着火性能改造设计煤

32、的燃尽性能为较易燃尽煤种，参见表2-4：改造设计煤的燃尽性能。表2-4：改造设计煤的燃尽性能从上述分析结果可见，目前电厂燃用的煤质的燃烧特性，完全可以适应制粉系统由钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，改为钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统，将不会引起煤粉着火、燃尽方面的问题。2.3 制粉系统改造必要性分析三次风是在制粉系统做完工后的乏气，温度约70左右，风速54m/s，携带有10%的细粉（以单台磨出力50t/h计，单台排粉机所带两只三次风携带的煤粉约5t/h。），紧邻主燃烧器最上层一次风喷入炉内。由于三次风温度低、水分大、风速高，并携带一定量煤粉，对燃烧及汽温调节存在不利影响：1) 使火焰温度降低

33、，燃烧不稳定。2) 火焰拖长，炉膛出口烟温升高，使过热汽温与再热汽温偏高，汽温调节幅度增大，同时增大过热器热偏差。3) 三次风高速射入，使火焰残余旋转增大，同时飞灰可燃物增加。4) 三次风量较大时，风速也增大，易扰乱炉正常的空气流动，引起火焰贴墙结渣。5) 三次风的启停造成炉内氧量变化大，不利于炉内氧量控制。6) 三次风带有大量煤粉，三次风的启停影响炉内燃烧。由上述可知，三次风也必然对炉内氮氧化物的控制产生影响，特别是在频繁的磨机启停、切换时。可见，要解决三次风对燃烧的影响，必须进行热风送粉改乏气送粉。由于锅炉高度限制，去掉三次风进行乏气送粉改造，可增加炉内还原区高度，尽可能多的布置燃尽风，有

34、利于降低NOx的排放同时，热风送粉改乏气送粉后，空预器将由三分仓改为两分仓，空预器漏风将会有所减小，以前期脱硝摸底试验测得二三期空预器漏风比较来看，空预器漏风将由9%降至6%，进入吸风机入口的烟气量将下降约15%，风机电耗将有所下降，将减轻吸风机、增压风机和脱硫系统的压力。（按*热工研究院统计数据，空预器漏风率每下降1%，煤耗下降0.2g/KWh）还有，锅炉燃烧煤种与原设计已出现很大偏差，为降低氮氧化物排放，烟煤掺烧会成为常态化，比例还有增加的可能，将对制粉系统的安全运行带来更大压力。2.4 制粉系统改造性能分析制粉系统将由钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，改为钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统

35、。上锅对钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统和钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统进行了详细的计算，计算是评估在制粉系统的主要设备，如风机等不作改造的情况下，各参数能否满足设计要求。计算方法和标准采用“DL5145-火力发电厂锅炉制粉系统设计计算技术规定”。计算结果参见表2-5：制粉系统计算结果。计算工况为2个工况，分别为工况1“改造设计煤+热风送粉”和工况2“改造设计煤+乏气送粉”。其中工况1 “改造设计煤+热风送粉”代表机组目前的运行情况，工况2 “改造设计煤+乏气送粉”代表机组进行制粉系统改造后的情况。表2-5 制粉系统计算结果项 目单位改造设计煤种改造设计煤种工况1工况2干燥剂组成-热风+再循

36、环乏气冷风+热风+再循环乏气干燥剂的冷风/热风/再循环乏气的份额%0/40/6048.5/39.5/12冷风/热风/再循环乏气的温度23/330/8023/330/80送粉方式-热风送粉乏气送粉乏气/热风/冷风占一次风的比例%0/100/0100/0/0热风/冷风温度335/23335/23一次风粉混合温度20076.4磨煤机出口温度9090煤粉细度R90%2020锅炉燃煤耗量t/h148.6148.6磨煤机出力储备系数-1.2231.223进入炉膛总风量Nm3/s263.2263.2进入炉膛总风量t/h12171217一次风的风/粉比-2.152.15煤粉温度7070一次风率%20.323二

37、次风率%5673三次风率%19.70炉膛漏风率%44燃烧器前热风温度335335冷风温度2323制粉系统漏入冷风量占炉膛总风量的比例%6.676.67一次风粉管截面尺寸mm530*10530*10一次风粉管截面积m20.2040.204一次风粉管内煤粉气流速度m/s28.3623.73进入锅炉总的冷风量t/h129.1167.5占炉膛总风量的比例%10.613.8排粉风机风量m3/h106431106486对于工况1“改造设计煤+热风送粉”，系统简图和各点的参数，参见图2-3：工况1系统简图和各点的参数。图2-3 工况1系统简图和各点的参数。对于工况2“改造设计煤+乏气送粉”，系统简图和各点的

38、参数，参见图2-4：工况2系统简图和各点的参数。图2-4 工况2系统简图和各点的参数。计算结果分析：由上述计算结果可见，要保证制粉系统改造后，能够正常运行，关键是处理好以下3个参数的配置：2.4.1煤粉管道层数的选择本小节内容对煤粉管道的层数进行了讨论，就采用4层和6层煤粉管道，讨论两种技术方案的可行性和优缺点。1）煤粉管道层数采用4层。燃烧器的一次风/煤粉喷嘴层数，采用4层的设计，这样可以保留原4层一次风/煤粉管道，不需要进行很大的改造。考虑到磨煤机停运的工况，磨煤机出口不产生乏气，那么就可以采用“热风”，或“热风+冷风”的送粉方式，在对应的排粉风机的入口，通入“热风”，或“热风+冷风”，进

39、行送粉。考虑到排粉风机检修的工况，特别是MCR工况下，1台排粉风机检修，那么锅炉只有3层一次风/煤粉喷嘴投入运行，这时单只一次风/煤粉喷嘴的热功率较大，参见表2-6：单只一次风/煤粉喷嘴的热功率。表2-6 单只一次风/煤粉喷嘴的热功率项目单位4层一次风/煤粉喷嘴带MCR负荷3层一次风/煤粉喷嘴带MCR负荷单只一次风/煤粉喷嘴的热功率KJ/h180×106240×106按照上锅公司的设计标准，本工程单只一次风/煤粉喷嘴的热功率，不允许大于240×106 KJ/h，在采用3层一次风/煤粉喷嘴带MCR负荷时，刚好满足设计标准，是可以的，但是已经达到设计允许的上限值。上锅

40、公司单只一次风/煤粉喷嘴的热功率的设计标准，采用技术引进方，美国ALSTOM公司的设计标准，参见图2-5：单只一次风/煤粉喷嘴的热功率。图2-5 单只一次风/煤粉喷嘴热功率由上锅公司设计制造的安徽淮南田家庵电厂300MW锅炉，采用钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统，一次风/煤粉喷嘴同样为4层设计，已经投入运行十多年，运行情况良好，参见图2-6：田家庵电厂300MW锅炉燃烧器布置。图2-6 田家庵电厂300MW锅炉燃烧器布置有上述的技术分析可见，保持目前的4层煤粉管道不变，可以最大程度减少改造工作量，但是在采用3层一次风/煤粉喷嘴带MCR负荷的工况时，已经达到了设计允许的上限值。考虑到电厂今后烟煤

41、掺烧会成为常态化，比例还有增加的可能，这将导致炉膛发生严重结渣的机会大大增加。为此建议本次锅炉和制粉系统改造时，采用六层一次风布置的方式，一次风管道的规格，初步考虑采用480×10。2）煤粉管道层数采用6层。6层一次风布置完全参照三期送粉方式，四台排粉机各带一层半一次风，单只燃烧器出力小，燃烧调整灵活，无需对现有排粉机进行扩容改造，12.6m运转层可进行管道布置。但其缺点是：燃烧器改造范围大，主燃烧区水冷套必须要改，现有送粉管道全部更换、热二次风道改造、给粉机改造等，投资高。考虑到排粉风机检修的工况，特别是MCR工况下，1台排粉风机检修，那么锅炉只有4.5层一次风/煤粉喷嘴投入运行，

42、这时单只一次风/煤粉喷嘴的热功率较大，参见表2-7：单只一次风/煤粉喷嘴的热功率。表2-7 单只一次风/煤粉喷嘴的热功率项目单位4层一次风/煤粉喷嘴带MCR负荷3层一次风/煤粉喷嘴带MCR负荷单只一次风/煤粉喷嘴的热功率KJ/h120×106160×1062.4.2煤粉管道流速按照“DL5145-火力发电厂锅炉制粉系统设计计算技术规定”，钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统，煤粉管道流速需要满足22m/s28m/s，目前煤粉管道的规格为530×10。为使得在不修改煤粉管道规格的情况下，煤粉管道流速满足要求，共做了8个工况的计算，参见表2-7：8个设计计算工况。表2-7

43、 8个设计计算工况设计工况干燥剂组成送粉介质1热风+再循环乏气乏气2热风+再循环乏气乏气+热风3热风+再循环乏气乏气+冷风4热风+再循环乏气乏气+热风+冷风5冷风+热风+再循环乏气乏气6冷风+热风+再循环乏气乏气+热风7冷风+热风+再循环乏气乏气+冷风8冷风+热风+再循环乏气乏气+热风+冷风最终确定采用工况5，计算结果比较理想，煤粉管道流速为23.73m/s，满足设计要求，具体计算结果参见表2-5：制粉系统计算结果。对于采用6层一次风/煤粉管道的布置方式，需要对制粉系统参数进行调整，以保证煤粉管道流速满足要求，这在技术上是完全可行的。2.4.3 一次风率按照“DL5145-火力发电厂锅炉制粉系

44、统设计计算技术规定”，一次风率的推荐数据参见表2-8：一次风率的推荐数据。表2-8 一次风率的推荐数据目前工况2“改造设计煤+乏气送粉”，一次风率计算结果为23%，满足“表2-6：一次风率的推荐数据”的设计要求。2.5 空气预热器对制粉系统改造的适应性分析制粉系统由将钢球磨中间仓储制热风送粉制粉系统，改为钢球磨中间仓储制乏气送粉制粉系统，空气预热器将由3分仓改为2分仓，在技术上是可行的，详细内容参见空气预热器的专题论述。2.6 风机对制粉系统改造的适应性分析风机对制粉系统改造的适应性分析，主要关注排粉机风量、排粉机压头、送风机风量、送风机压头等。1） 排粉机风量。参见表2-5：制粉系统计算结果

45、，改造前排粉风机风量为106431m3/h，改造后排粉风机风量为106486m3/h，相差不大，都小于排粉风机的127413m3/h的额定风量。2） 排粉机压头。排粉风机的额定压头为13500Pa，要大于一次风机的额定压头10787Pa，估计问题不大，但是还需要收集煤粉管道和排粉机连接管道布置等方面的图纸，进行详细的阻力计算，才能给出最终的评估。特别是要求3台排粉机带MCR负荷时，煤粉管道的阻力较大。*电厂期、期的排粉机，设计参数参见表2-9：*电厂期、期排粉机设计参数。表2-9 *电厂期、期排粉机的设计参数项目单位期设计参数期设计参数型号M5-36-11NO20 1/2M6-30-12N02

46、0D风压Pa1350015233风量m3/h12741395000电机功率KW800800数量台443） 送风机风量。制粉系统改造，需要取消2台一次风机，二次风比率由56%提高到73%，这样送风机风量需要增加。单台送风机的额定风量为（3672）×104m3/h，2台送风机的额定风量为（72144）×104m3/h，大于MCR工况下的二次风量，约75×104m3/h，能够满足要求。4） 送风机压头。制粉系统改造，对送风机压头的影响不大，送风机的额定压头为1300-5700Pa，能够满足要求。*电厂期、期的送风机，设计参数参见表2-10：*电厂期、期送风机设计参数。表

47、2-10 *电厂期、期送风机的设计参数项目单位期设计参数期设计参数型号AN21e6轴流式FAF23.7-15-1动叶可调轴流式风压Pa1300-57004057风量m3/h（36-72）×10455.9×104电机功率KW10001350数量台223. 上锅低NOx煤粉燃烧技术的发展上海锅炉厂有限公司在上世纪80年代开始进行低NOx煤粉燃烧技术方面的开发设计工作，多年来开发积累了多种低NOx煤粉燃烧技术，已经从第1代同心切圆燃烧系统发展到第3代高级复合空气分级低NOx燃烧系统，参见表3-1。表3-1 上低NOx煤粉燃烧技术发展阶段阶段技术描述开发时间最低NOx排放mg/Nm

48、3（O2=6%）第1代同心切圆燃烧系统1987年250第1.5代带分离燃尽风的同心反切圆燃烧系统2001年160第2代引进型低NOx切向燃烧系统LNCFS2003年145第2.5代复合空气分级低NOx燃烧系统2006年137第3代高级复合空气分级低NOx燃烧系统2011年120（预测）3.1 第1代同心切圆燃烧系统在上世纪90年代初进行吴泾第二发电厂600MW亚临界控制循环锅炉燃烧设备方案设计时，上锅公司提出了一个全新的燃烧系统设计理念，即对冲同心正反切圆燃烧系统。这是对同心切圆燃烧系统的一种发展，它用启转二次风偏置角的概念代替了传统的假想切圆概念，亦即一次风（包括燃料风）的假想风切圆接近于0

49、。下部风箱的辅助风形成正切的假想切圆，而上部风箱的辅助风和燃尽风则形成反切的假想切圆，参见图3-1。图3-1 对冲同心正反切圆燃烧系统由于一次风刚性比二次风弱，炉内切圆方向取决于启转二次风的设计参数，因此仍能形成稳定的燃烧工况，同时正切的辅助风设计仍保留了上述同心切圆燃烧系统的优点，通过上部辅助风和燃尽风的反切则起到了减弱炉膛出口旋流强度的作用。本节以吴泾第二发电厂600MW超临界锅炉为例子，说明第1代同心切圆燃烧系统的性能。3.1.1 设计情况介绍吴泾第二发电厂1号机组是上海电气生产的第一台600MW机组，锅炉采用上锅公司自主设计制造的600MW亚临界控制循环锅炉，设计煤种为强结渣性的神府东

50、胜烟煤。锅炉采用冷一次风机、正压直吹式制粉系统，配6台HP963型中速磨煤机，每台磨煤机带1层4只煤粉喷燃器，其中5台磨煤机运行，可带锅炉BMCR负荷，设计煤粉细度为200目通过量75%。煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、并可上下摆动用以调节蒸汽温度。采用浓淡分离宽调节比（WR）煤粉喷嘴，在一次风喷口周围布置有燃料风，不仅能有效地冷却一次风喷口，还能改善煤种适应性。为降低四角切向燃烧引起的炉膛出口及水平烟道中烟气的残余旋转造成的烟气侧的屏间热偏差，采用同心反切加燃尽风（OFA）和部分消旋二次风，使炉内气流的旋转强度具有一定的可调性。燃烧器沿炉膛高度方向自下而上分别编号为AA、A、AB、B、BC、C、CD、D、DE、E、EF、F、FF及OFA，其中A、B、C、D、E、F层为煤粉燃烧器，AA、AB、BC、CD、DE、EF、FF层为辅助风，在AB、CD、EF层布置有暖炉油枪，AB、CD、DE层二次风喷嘴为4.5°顺时针偏转，BC层二次风喷嘴为15°顺时针偏转，他们牵引对冲的一次风构成顺时针方向旋转的炉内主气流；EF层二次风为20°逆时针偏转，FF层及OFA层为25°逆时针偏转，