#1锅炉低氮燃烧器改造项目可行性研究报告

一、前言浙江大唐乌沙山发电厂一期工程为4×600MW燃煤发电机组，三大主机采用哈电集团的设备。主要系统设计由浙江省电力设计院承揽。锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的超临界参数变压直流炉，型式为单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣煤粉炉，燃烧方式为前后墙对冲燃烧，装有30只低氮LNASB型旋流燃烧器。一次风机、送风机为上海鼓风机厂生产的动叶可调轴流风机，引风机为成都电力机械厂生产的静叶可调轴流风机。＃1机组于2006年4月，＃2机组于2006年7月，＃3机组于2006年9月，＃4机组于2006年11月分别通过168小时试运正式投入运行。锅炉燃烧器采用30只低NOX轴向旋流燃烧器（LNASB）前后墙布置、对冲燃烧，配有6台HP1003中速磨直吹式制粉系统，B-MCR工况下5台运行，一台备用，每台磨煤机供一层主燃烧器所需煤粉，煤粉细度为：R90=18.38%。（一）项目名称：#1锅炉低氮燃烧器改造（二）项目性质：环保项目（三）可研编制人：徐春（四）项目负责部门：浙江大唐乌沙山发电厂设备部（五）项目负责人：赵学峰二、项目提出的背景及改造的必要性（一）承担可行性研究的单位浙江大唐乌沙山发电有限责任公司设备部承担可行性研究。（二）项目提出的背景#1锅炉本体燃烧器自机组投产以来，锅炉本体燃烧器由于设计等原因，一次风筒下部先后在运行中有不同程度的磨薄和磨穿，从而造成部分煤粉在二次风箱内燃烧，使二次风箱部分烧损严重。此外氮氧化物排放超标，部分烧损严重的燃烧器长期停运，对燃烧器长期稳定运行构成严重威胁，影响了机组的满负荷出力，环保指标超标。根据研究结果和锅炉实际运行情况，燃烧器整体布置基本合理可行，但燃烧配风组织上存在一定缺陷。(1)燃烧器结构型式欠妥，中心回流区深入到燃烧器喷口内部，一次风与二次风混和过早，不利于抑制NOx生成；(2)虽然进行了全炉膛分级燃烧，但燃尽风率偏小，炉内空气分级燃烧效果不明显，无法起到大幅降低NOx的目的。NOx排放浓度在负荷600MW时为300-350mg/Nm3，在负荷450MW时为250-300mg/Nm3，在负荷300MW时为350mg/Nm3左右。目前我国NOx污染越加严重，国家的环保法规对电站锅炉NOx的排放量的限制越来越严格，降低电厂NOx的排放量势在必行。（三）进行的必要性锅炉燃烧器烧损严重，燃烧效率降低，对二次风箱构成严重威胁，部分设备长期停运，氮氧化物超标，燃烧器运行现状与一流标准相差甚远。国家的环保法规对电站锅炉NOx的排放量的限制越来越严格，降低电厂NOx的排放量在100mg/Nm3以下。因此结合机组检修，对锅炉燃烧器进行改造是必要的。（四）调查研究的主要依据、过程及结论在炉膛中降低NOX的技术，它们可以分成三种基本形式：一些与锅炉运行有关；一些基于炉膛和锅炉设计；还有一些涉及燃烧装置设计。几种低NOX技术可以联合使用，但不会产生是叠加效果。最终的选择必须基于对燃料分析，锅炉设计的限制，要求的NOX排放指标，当然还有投资成本的全面考虑。最有效和最经济的控制NOX排放方法是采用低NOX燃烧器抑制NOX在炉膛内的产生。还可以联合采用分级燃烧，部分燃烧空气经拉开的燃尽风喷口引入。低NOX燃烧器降低燃料型和热力型NOX形成是基于：1）在燃烧的前期阶段最大量地释放挥发份；2）造成一个最初的缺氧区域以抑制燃料氮转化成NOX和热力型NOX的生成；3）延迟燃料和空气的混合，降低火焰温度抑制热力型NOX的生成；4）后期延长富氧区的滞留时间（三次风）保证燃尽；5）良好的煤粉细度有助于燃料氮更早地逸出和燃尽；低NOX燃烧器能单独将NOX排放降低到基准水平，但这是一个延迟混合的过程，因而不可避免地将伴随着燃烧效率的降低。最大地试图提高燃烧器降低NOX排放的能力，将导致燃尽的恶化，除非采取相应的补尝措施。这可以通过改进燃烧器燃料和空气的分配及改进煤粉细度来补救。此外，燃烧器整体布置进一步降低NOX排放水平，可以采用分级燃烧技术来达到。系统的核心是性能好的低NOX燃烧器，有着固有的稳定性和内在的低NOX燃尽能力。在过程的早期阶段即对整体系统的最终性能有着显著影响。在两级燃烧中，提供给燃烧器的风量要比正常的少。燃烧空气的平衡是通过燃烧区域上方称之为燃尽风喷嘴送风进炉膛实现的。分级送风的作用是：1）以比正常要求少的风量供给燃烧器，严格限制NOX的生成；2）在燃尽风引入之前浓相燃料有较长的延迟时间，使得燃料中的氮有机会在缺氧区内逸出，并能消除存在的NO；燃尽风在前后水冷壁高速喷入炉膛，喷嘴形成两股气流，中心气流以较高的轴向速度喷出以保证穿透，外围的气流旋转喷出以保证与燃烧烟气流的混合。燃尽程度取决于燃尽风与上升燃烧烟气流的混合。也就是取决于在引起烟温明显降低的受热面前的有效滞留时间。在有效的滞留时间内的烟气温度也是重要的，总的过剩空气系数也一样。延迟燃料/空气在火焰中的混合，也就是在炉膛中的混合，对燃烧效率的影响比单靠各种燃烧器更显著。在补偿措施不可能实施的地方，这种改进特别有效。对煤而言，贯穿整个过程，有效的煤粉细度对最初的挥发份析出和NOX的抑制过程以及充分的燃尽有着很大的影响。改进煤粉的分配对最终的燃尽来说也就是非常重要的。为了部分补偿这些燃尽影响，二级送风系统趋向比单靠燃烧器用了更多的过剩空因此，一个有效的两级送风系统，大体上由以下组成：1）性能好的低NOX燃烧器；2）较低的燃烧器区域过剩空气系数；3）燃尽空气引入之前较长的滞留时间；4）上升的烟气与足够的燃尽风充分混合；5）在高温受热面之前有较长的滞留时间；6）足够的过量空气；7）较高高的煤粉细度；8）改善燃料/空气分配。（五）原系统或设备的基本情况燃烧器布置方式采用前后墙布置，对冲燃烧。前后墙上各布置3层燃烧器，每层各有5只LNASB燃烧器，总共30只。在最上层煤粉燃烧器上方，前后墙各布置1层燃尽风口，每层布置5只，共10只燃尽风口。燃烧器上排一次风喷嘴中心线到屏式过热器底部(为19.374m)、下排一次风喷嘴中心线到冷灰斗弯管处(为3.007m)。燃料完全燃烧所要求的风量的差额通过最上排燃烧器上方的燃尽风补充。燃尽风喷口以二股气流高速进入炉膛：第一股以较高的轴向速度的二次风气流冲出以保证穿透炉膛气流，称之为一次风；第二股二次风气流在外围旋流进入炉膛以保证空气与燃烧产物中的未燃颗粒充分混合，称之为二次风。每一个燃尽风喷嘴通过一次风挡板调整一、二次风比例。调整杆穿过OFA喷嘴的面板与这个挡板连接，并允许挡板的位置变化。调整杆上的指杆和面板上的标尺示出了挡板的位置，观察孔和连杆的开孔也在OFA喷嘴面板上。（六）存在的主要问题NOx排放量高，燃烧器组件磨损严重，燃烧器喷口结渣严重，存在喷口烧坏变形。NOx排放高的主要原因在于：(1)燃烧器结构型式欠妥，没有采用外浓内淡周向分离技术，燃烧器一、二次风混合提前，不利于抑制NOx生成；(2)原设计虽然进行了全炉膛分级燃烧，但燃尽风率偏小，燃烧所需要的空气过多从燃烧器区域加入，给氮氧化物的产生创造了有利条件。燃烧器喷口结渣、烧坏变形主要是因为LNASB燃烧器在燃烧器出口处形成回流区，并且回流区的起点在燃烧器内部，回流区卷吸的高温烟气易使燃烧器喷口结渣、烧坏变形。（七）需要解决哪些问题1）原燃烧器的磨损问题，更换为内衬耐磨陶瓷燃烧器。2）NOx排放高的问题，更换为低氮燃烧器。三、方案论证（一）改造方案描述对25台燃烧器进行一、二次风组件改造，更换为低氮内贴耐磨陶瓷燃烧器，是降低NOx排放量高，避免一次风粉管被磨穿磨漏的有效措施。经过对锅炉燃烧器改造的各种方法综合考虑，以及该类机组燃烧的特点，我们认为，比较理想的方法是采用改造燃烧器一、二次风组件，通过内壁增设耐磨陶瓷材料的方法，彻底解决粉管在运行中NOx排放量高，磨穿磨漏的现象。针对燃烧器旋流强度不足，考虑对二次风旋流片改造成可调型，通过动力试验找到最佳旋流效果。我们认为只有通过上述设备技术改造，能解决目前#1炉燃烧器所存在的诸多问题。（二）改造后预期达到的效果1)改造后NOX排放达到的指标：在B-MCR工况下，5台磨煤机运行（ABCDE运行或ABCEF或ABCDF运行或ABDEF运行NOX排放浓度不超过200mg/Nm3(O2=6%)；在B-MCR工况下，6台磨煤机运行，NOX排放浓度不超过240mg/Nm3(O2=6%)；在低负荷工况下，4台磨煤机运行（ABCE运行NOX排放浓度不超过180mg/Nm3(O2=6%)。在低负荷稳燃工况下（ABC运行或ABE运行NOX排放浓度不超过240mg/Nm3(O2=6%)。2)锅炉改造后，运行稳定，炉膛负压稳定，主蒸汽压力、主蒸汽温度达到设计要求；3)在燃用现运行煤质时，锅炉在额定负荷下运行时，锅炉效率不低于改造前的效率，飞灰可燃物含量不提高；4)燃烧器区无结渣现象；5)煤粉燃烧器使用寿命达到2个大修期；6)水冷壁进行改造后，不破坏锅炉的水动力特性。（三）施工方案、过渡方案对该项目预先进行详细的论证，对外发布招标公示，对投标单位的资质，施工能力，施工方案等进行考察，对中标单位加强管理监督，待机组大修期间实施。（四）是否需要停机停炉或结合机组大、小修等需要待机组大修期间实施。四、项目规模和主要内容（一）项目方案及内容综述属重点技改项目，对#1炉除5台等离子以外其余25台燃烧器进行低氮内贴耐磨陶瓷燃烧器改造。先将前墙10台、后墙15台原燃烧器拆除，后将改造后的新型燃烧器一次风、二次风组件安装就位，并进行冷态动力厂试验，待机组启动后进行热态调整。（二）工程计划开竣工时间可利用停机大修机会，50天左右即可完成。（三）项目范围#1锅炉炉膛25只燃烧器一、二次风组件改造更换。（四）项目的主要设备材料构成25只燃烧器及其安装附件订制，现场涉及的仪控管道，汽水管道阀门，油枪以及电缆改造部分等。（五）改造后系统布置的变化系统布置无变化。（六）主要设备制造（订货）周期设备订购周期大约90天。（七）调研、可研、初设、设计、招标、订货、开工、工程各施工步骤(包括拆除、土建、安装等)、试验、调试、试运行、竣工验收等整个项目的时间进程计划安排可研编写上报：2012年9月设备招标：2012年11月设备订货：2012年11月工程施工：2013年4月-6月设备调试、验收：2013年4月-6月五、工程实施条件（一）设计、施工单位的选择#1锅炉燃烧器改造设计可由设备部与设备制作单位共同完成，改造施工由检修单位完成。设计、施工单位均通过招标确定。（二）工程施工周期#1锅炉本体25只燃烧器改造更换工作需50天时间，可在机组大修期间进行。（三）设备制造周期中标或议标单位须在施工前将所需设备交付到检修现场。制作周期大约3个月。（四）主要设备及材料的采购是否采用招议标方式进行采用招议标方式进行。六、投资估算表及设备、材料明细表（一）投资估算表1低氮燃烧器一次风组件(可调式)2低氮燃烧器二次风组件（可调式）3OFA风箱4施工（包括人工）费（二）设计费：0万元（三）调试费：0万元（四）设备费：1298万元（五）施工费（其中含人工费202万元（六）主材料费：0万元（七）工程总投资：1500.0万元七、经济效益分析利于提高本单位系统的综合生产能力与经济效益，包括节能降损、提高效益、降低成本、增加利润等。该工程实施并竣工后，达到煤粉燃烧器NOX排放浓度，最大程度满足锅炉燃烧要求，避免一次风粉屡次磨漏和磨穿一次风管，减少因燃烧器喉口易挂焦或结焦最终导致掉大焦对下部水冷壁及捞渣机的威胁。1）节约氮氧化物排污费#1锅炉满负荷工况下机组烟气量为2511t/h，按照年运行5500h计，改造前平均NOx排放浓度为500mg/m3(O2=6%)，改造后平均NOx排放浓度为180mg/m3(O2=6%)，则锅炉每年向大气排放的NOX改造前为5311.6t，改造后为1912.2t，改造后每年NOX减排量为3399.4t。按照现行大气污染物排污费为0.6元/kg计算，则进行改造后，#1锅炉每年少缴的氮氧化物排污费为204万元。2）当采用液氨作为脱硝剂如果用液氨作为脱硝剂（液氨按每吨2800元），单台锅炉脱除这些NOx，每年消耗液氨量：每1吨液氨需要消耗1吨蒸汽（每吨按33元），折合每年的费用为：所以，采用SCR烟气脱硝系统，仅考虑脱硝剂消耗费用，当用液氨作为脱硝剂时，每年烟气脱硝系统运行费用至少八、评价结论（一）运用各种数据，从安全、技术、经济、财务等方面，论述工程项目的可行性和存在问题通过对＃1锅炉燃烧器的改造，使得煤粉燃烧器达到低氮平稳健康运行，满足锅炉燃烧要求，彻底解决一次风粉屡次磨漏和磨穿一次风管趋势化设备问题，最大限度增强风粉旋流强度，防止燃烧器喉口易挂焦和掉大焦对下部水冷壁及捞渣机的威胁。从经济角度分析，烧损一台燃烧器直接损失就达30-50万左右，此外，二次风箱修复费用大约10万，加上炉膛掉大焦引起