胡伟锋-600MW锅炉低氮燃烧器改造可行性研究

1600MW锅炉低氮燃烧器改造可行性研究2一、课题背景课题立项:中国国电集团公司

2007～2008年度科技项目负责单位:浙江北仑发电厂项目负责人：屠小宝胡伟锋3一、课题背景1.浙江北仑发电厂，位于长江三角洲南部－－宁波市.4一、课题背景2.浙江北仑发电厂，是国内第一家利用世界银行贷款建设的大型现代化火电厂，目前有5台600MW亚临界机组正常运行。另有2台1000MW超超临界机组正在建设中，计划今年底投产一台，明年6月份二台机组全部建成投产。届时，全厂总装机达500万千瓦。5一、课题背景6一、课题背景3.5台机组每年发电量180亿千瓦时左右，消耗的原煤量达700万吨左右，大气污染物排放量大，对当地大气环境产生了影响。

4.北仑发电厂锅炉排放的大气污染物主要有：二氧化硫氮氧化物烟尘

．7一、课题背景5.五台锅炉均配置双室5电场静电除尘器，除尘效率达99.9％，烟尘排放已得到很好控制。6.五台锅炉均配置石灰石湿法脱硫系统，脱硫率在90%以上，二氧化硫排放也得到很好控制。8一、课题背景7.北仑发电厂1、2号锅炉，NOx排放浓度通常在550～750mg/Nm3。8.北仑发电厂3、4、5号锅炉，NOx排放浓度通常在650～850mg/Nm3。9一、课题背景9.当前，浙江省氮氧化物（NOx）排放收费标准为0.63元／千克，五台机组仅NOx排放所需交交纳的排污费，每年达三千多万元。预计NOx排放收费标准还要大幅度提高。10.降低氮氧化物（NOx)排放浓度，已成为北仑发电厂当前的一项重要任务。

10一、课题背景11.北仑发电厂NOx排放浓度控制，分步实施：第一步：通过试验和燃烧调整，将锅炉NOx排放浓度控制在合理的水平上。第二步：通过低氮燃烧器改造和OFA系统改造，使锅炉NOx排放浓度达到400mg/Nm3以下。第三步：通过炉后烟气脱硝技术，使锅炉NOx排放浓度达到更高的环保要求。

11一、课题背景12.

北仑发电厂与浙江大学、浙江电试院等单位合作，对5台600MW锅炉NOx排放控制进行了深入地试验研究，通过运行调整手段，NOx排放浓度比投产初期下降了150～200mg/Nm3。13.北仑发电厂五台600MW锅炉低氮燃烧器改造项目已全面启动，计划在2008～2010年，三台锅炉的燃烧器改造完成。

1214.北仑发电厂常用煤种煤质变化范围：属于中高挥发分的晋北烟煤Mt:7~12%Aad:13~28%一般在20%左右Vad:22~29%Fcad:45~60%Qnet.ar:19000~24000kJ/kg一般在21000kJ/kg左右Stad:0.6~1.8%

一、课题背景13一、课题背景15.

锅炉燃烧器改造目标：提高燃烧器的磨损寿命；

NOx排放浓度降至400mg/Nm3左右；保持锅炉运行性能基本不变。

141

制造厂家：

美国燃烧工程公司（CE公司)。锅炉类型：

亚临界压力、单汽包、一次再热、强制循环。锅炉参数：炉膛宽度：19.558m炉膛深度:16.432m

炉膛容积热负荷：113kW/m2

燃烧器区域热负荷：1.498MW/m2蒸发量(BMCR):2008t/h燃烧器：四角切向布置、摆动式直流燃烧器二.＃1锅炉低氮燃烧器改造#1锅炉15

二.＃1锅炉低氮燃烧器改造16

二.＃1锅炉低氮燃烧器改造172

#1炉存在的问题结查问题：

炉膛偏小，容积热负荷和壁面热负荷偏高，燃烧器区域和屏式过热器易结查，煤种适应性较差。磨损问题：

炉膛尾部和烟道的流速较高，磨损比较严重。

NOx排放：由于炉膛热负荷高，且炉膛高度比同类锅炉低

3～5m，对NOx生成有利，而还原区域不足，导致炉膛出口NOx排放浓度偏高。二.＃1锅炉低氮燃烧器改造18二.＃1锅炉低氮燃烧器改造19二.＃1锅炉低氮燃烧器改造3

#1炉负荷对NOx的影响

20二.＃1锅炉低氮燃烧器改造4

#1炉燃烬风开度对NOx的影响

215改造方案

1、保持燃烧器布置方式不变；

2、增加4层SOFA喷嘴和相应的SOFA燃烧器；

3、对部分原二次风喷嘴的流通面积进行修改；

4、一次风系统保持不变，但更换一次风喷嘴，以确保合适的周界风流通面积。

二.＃1锅炉低氮燃烧器改造225改造方案

二.＃1锅炉低氮燃烧器改造235改造方案二.＃1锅炉低氮燃烧器改造245改造方案二.＃1锅炉低氮燃烧器改造25改造方案性能预评估

NOx排放浓度降至400mg/Nm3以下；锅炉飞灰含炭量和效率基本不变；炉膛出口烟温基本不变，且热偏差有所减小；炉膛结渣和高温腐蚀问题，通过适当燃烧调整可解决。二.＃1锅炉低氮燃烧器改造261制造厂家：

加拿大BABCOCK&WILCOX公司锅炉类型：

亚临界压力、单汽包、一次再热、自然循环。锅炉参数：炉膛宽度：19.51m炉膛深度：17.37m

炉膛容积热负荷：98.3kW/m3

燃烧器区域壁面热负荷：1.66MW/m2

蒸发量（BMCR)：2026t/h燃烧器：

前后墙三层布置DRB双调风旋流燃烧器三.#2锅炉低氮燃烧器改造#2锅炉27三.#2锅炉低氮燃烧器改造

2号锅炉总图28三.#2锅炉低氮燃烧器改造2

#2炉旋流燃烧器布置形式＃2锅炉前后墙布置三层美国巴威技术DRB双调风低氮旋流燃烧器，每层6只燃烧器，层间距为4.875m。该燃烧器着火稳定，火焰形状清淅，着火距离和卷吸强度可调，燃烧器内外二次风开度对NOx排放浓度有明显影响。

29三.#2锅炉低氮燃烧器改造

30三.#2锅炉低氮燃烧器改造低氮燃烧器改造方案

1、前后墙36只燃烧器布置形式保持不变；

2、采用东锅自主型燃烧器更换原有燃烧器；

3、距顶层燃烧器上方4m处，前后墙各增加一层燃烬风，每层6只燃烬风喷口。

31三.#2锅炉低氮燃烧器改造

32

三.#2锅炉低氮燃烧器改造

东锅厂自主型燃烧器

33三.#2锅炉低氮燃烧器改造低氮燃烧器改造方案

4、采用适当的风箱结构，使燃烧器区域空气系数在0.9～1.0之间可调；

5、后墙最下层燃烧器采用少油点火技术，小油枪设计容量小于200kg/h；

6、由于炉膛火焰中心上移，对锅炉尾部受热面作适当调整。

34三.#2锅炉低氮燃烧器改造4、改造前后性能预评估

35三.#2锅炉低氮燃烧器改造4、改造前后性能预评估

改造前NOx浓度为650mg/Nm3左右；改造后NOx浓度为400mg/Nm3以下；改造前后锅炉壁温的变化不超过5度；改造前后低负荷稳燃水平基本不变。

361、制造厂家：

日本石川岛播磨重工业株式会社（IHI)。锅炉类型：

亚临界压力、单汽包、一次再热、自然循环锅炉参数：炉膛宽度：22.2m炉膛深度：15.97m

容积热负荷：85.9kW/m3

燃烧器区域壁面热负荷：2.02MW/m2主蒸汽流量(BMCR):2045t/h

四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造#3~#5锅炉37四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造38

2、#3～5锅炉燃烧器与OFA布置

四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造燃烧器前后墙分三层布置；层间距3.5m，每层4只，共24只；FW(DF)低NOX双调风旋流燃烧器;距顶层燃烧器3.5m处，前后各6只OFA喷口。

39四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造

40

3、#3～5锅炉现状分析

四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造1)燃烧器区域壁面热负荷过高；2)燃烧器结构使煤粉与二次风提前混合；3)一次风与二次风均旋流，火焰边界不明显；4)一次风量过大（98t/h)，已实施了风环改造；5)煤粉管之间煤粉浓度偏差较大，装可调节流孔板。

41四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造

#3～5锅炉燃烧器区域壁面热负荷42

四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造

北仑发电厂#3~5锅炉磨煤机风环改造43

四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造

北仑发电厂#5锅炉5D磨煤机煤粉浓度偏差44

四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造

北仑发电厂#5锅炉5D磨煤机可调节流孔板45四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造4、#3～5锅炉运行调整

北仑发电厂#3~5锅炉，通过对锅炉燃烧调整和配煤掺烧等手段，可降低锅炉NOx排放浓度幅度达200～300mg/Nm3，但由于结渣、高温腐蚀、飞灰含炭量上升等影响，锅炉难以在低NOx工况下长期安全、经济运行。

46四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造5、东锅厂改造方案一保持原燃烧器和燃尽风喷口布置不变，仅将东锅厂低氮旋流燃烧器，更换原有燃烧器，并对原二次风风箱作适当改造。

通过优化燃烧器结构以及优化风箱配风条件，使炉膛出口过量空气系数从1.20降低1.15，以实现低氧燃烧。

47四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造6、东锅厂改造方案二

最上层燃烧器不动，将下二层燃烧器下移，使燃烧器区域壁面热负荷约为1650KWm2。燃烧器垂直间距增加后，火焰中心约下降1.4m。采用东锅自主型燃烧器更换原燃烧器。

加大燃烬风与上层燃烧器的间距，适当增加燃烬风比率，使主燃烧器区域空气系数在0.9～1.0之间。

48四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造7、东锅厂改造效果预测

方案一可使

NOx排放浓度达550mg/Nm3左右；

方案一锅炉运行性能基本不变；

方案二可使NOx排放浓度达400mg/Nm3左右；方案二能改善炉膛结渣状况；均可使燃烧器易损部件使用寿命6年以上；

49四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造8、英巴燃烧器改造方案

基础方案：在燃烧器和OFA喷嘴原有的位置上，更换成英巴燃烧器和新OFA喷嘴。

备选方案1：在燃烧器原有的位置上更换成英巴燃烧器，将OFA喷嘴位置提高至上层燃烧器上方6.4m处，并更换成新的OFA喷嘴。备选方案2：根据炉膛宽度重新布置燃烧器间距，并更换成英巴燃烧器；使用高速OFA系统，并将OFA喷嘴位置提高至上层燃烧器上方12.7m处。

50四.

#3～#5锅炉低氮燃烧器改造9、英巴改造方案效果预测

方案过剩空气系数磨煤机分离器NOx未烬碳LHVLoss

Mg/Nm3%%基础方案0.98静态37520.6

0.85静态3404.41.4

0.85动态3402.20.7备选－10.98静态3402.70.8

0.85静态3106.52.0

0.85动态3104.01.2备选－20.85静态3001.70.551五.低氮旋流燃烧器特点与应用1、英巴低氮旋流燃烧器特点

一次风切向进入燃烧器，出口有纵向均流槽。在喷口出口有八个半圆形煤粉浓缩器，沿圆周实现浓淡分离。二次风被分成三股（二次风、四次风、三次风），二次风设计成轴向旋流可调节的形式。在二次风外侧布置了风量少但流速较高的四次风，有利于燃烧初期形成的NOx还原为N2。

52

五.低氮旋流燃烧器特点与应用英巴技术燃烧器

53五.低氮旋流燃烧器特点与应用

54五.低氮旋流燃烧器特点与应用

英巴OFA喷口55五.低氮旋流燃烧器特点与应用2、英巴低氮旋流燃烧器业绩

江苏常熟电厂三台650MW超临界机组，由哈锅厂设计生产，应用英巴低氮燃烧器。新建锅炉应用英巴燃烧器，NOx排放浓度可以控制到400mg/Nm3以下，飞灰含炭量在2～3%。英巴燃烧器在一次风入口蜗壳处，比较容易出现磨损现象，运行中需要特别关注。

56五.低氮旋流燃烧器特点与应用3、东锅（日立）低氮旋流燃烧器特点

采用径向煤粉浓缩器，获得外浓内淡的煤粉气流。设置中心风管，通过调节中心风风量为运行油枪提供最佳配风和燃煤时控制煤粉着为点。采用双调风结构，分级供给燃烧用风，尽量使燃料中挥发分挥发最完全。二次风开度、三次风旋流强度可调，可以获得希望的旋流强度和风量。

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五.低氮旋流燃烧器特点与应用

东锅厂自主型燃烧器

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五.低氮旋流燃烧器特点与应用

日立技术燃烧器

59五.低氮旋流燃烧器特点与应用4、日立低氮旋流燃烧器业绩

华能太仓电厂600MW超临界机组，每台锅炉配36只日立HT-NR3低氮燃烧器。新建锅炉应用日立低氮燃烧器，NOx排放浓度可以控制在350～400mg/Nm3，飞灰含炭量在2%左右。日立燃烧器的煤粉浓缩器是容易磨损的部件，在锅炉检修中要及时检查和更换。

60五.低氮旋流燃烧器特点与应用5、东锅自主型低氮旋流燃烧器业绩

四川广安电厂等600MW锅炉已应用了东锅自主型燃烧器，取得了较好的应用业绩。

61五.低氮旋流燃烧器特点与应用6、美巴DRB-4Z低氮旋流燃烧器特点

一次风入口弯头后设有导向器和锥形扩散器，在管道近壁处形成一个高煤粉浓度的环状气流，而在中间形成富氧的低煤粉浓度区。设有2个轴向叶片控制的二次风调风器，内二次风调风器主要是促进着火和稳燃；外二次风调风器主要是在火焰下游供风以完成燃烧。该燃烧器没有中心风筒，油枪须从旁边插入。

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美巴DRB-4Z燃烧器

五.低氮旋流燃烧器特点与应用

63五.低氮旋流燃烧器特点与应用64五.低氮旋流燃烧器特点与应用7、美巴DRB-4Z低氮旋流燃烧器业绩

浙江兰溪电厂600MW超临界机组，每台锅炉配36只美巴DRB-4ZTM低氮燃烧器。新建锅炉应用美巴DRB-4Z燃烧器，NOx排放浓度可以控制在350～400mg/Nm3，飞灰含炭量在2～3%。美巴燃烧器由于没有中心风筒可安装油枪，油枪的着火性能相对差些。

65五.低氮旋流燃烧器特点与应用8、FosterWheeler旋流燃烧器特点一次风通过涡壳切向进