攀钢发电厂410t／h锅炉燃烧器改造

　　 攀钢发电厂410 t／h锅炉燃烧器改造李思蓉 （攀钢发电厂，四川攀枝花　617012）
摘　要：为解决攀钢发电厂410t／h锅炉从投产以来由于炉膛水冷壁吸热量过多导致主汽温度一直偏低的问题，经过分析和试验等工作，最后决定对燃烧器结构及其安装角度等进行改造，此次改造采用的是回流区分级着火的燃烧器，它对稳燃和提高主蒸汽温度等有很好的效果。
关键词：锅炉；燃烧器；改造；主蒸汽温度
1　锅炉的基本概况
攀钢发电厂1号炉系哈尔滨锅炉厂制造的HG－410／9．8－YM11型单汽包自然循环、集中下降管、倒U型布置的固体排渣煤粉炉。燃烧器为角式直流式燃烧器，采用正四角切向布置，假想切圆直径为1 000mm（逆时针旋转）；燃烧器设置三层共12只一次风喷口，布置方式自上而下为三、二、一、二、一、二、一、二；其中三次风喷口下倾7°。点火采用二级电动点火系统，每只油枪出力为1 170 kg／h，共有四只油枪，分别置于四个下二次风喷口内。锅炉采用中间储仓式制粉系统，配有两台DTM320／580型球磨机，制粉系统乏气作为三次风引入炉膛，燃煤干燥方式采用热风干燥。设计煤种的应用基低位发热量为17 291．5kJ／kg，可燃基挥发份为30．8％，应用基灰份为39．15％，应用基水份为8％。过热蒸汽温度为540℃、压力为9．81 MPa，给水温度为227℃。

2　锅炉存在的问题
锅炉自1994年6月投产以来，主汽温度一直偏低，约在525℃左右。当负荷在70 MW及以上时，燃烧稳定性较好；当负荷在70 MW以下时，燃烧稳定性变差。为了解决锅炉主蒸汽温度偏低的问题，对锅炉主蒸汽温度进行了多方面的调整：如提高上层燃烧器的负荷；加大一、二、三次风速；降低一次风温；调整入炉煤粉的细度等。但这些方法都不能使锅炉的过热蒸汽温度达到额定值；即使对一、二、三次风进行大幅度调整后，可以使主蒸汽温度接近额定值，但燃烧的稳定性变差，因此最后得出的结论是燃烧调整对提高锅炉的主蒸汽温度已没有余地。在实际运行中，为了解决主汽温度偏低对汽轮机末级叶片带来的不良影响，常采用退出汽机高加回热系统，即降低给水温度的办法来提高主蒸汽的温度，但这严重降低了机组运行的经济性。
通过试验发现：锅炉各级过热器、省煤器和空气预热器的烟温均较设计值偏低，这说明了炉膛的吸热量过多，导致炉膛以后各级对流换热器的烟温降低，换热不足；也说明了过热蒸汽达不到额定值，不能归因于过热器换热面积不够。
3　提高锅炉主蒸汽温度的方案
从以上分析及试验可以得知：提高锅炉主蒸汽温度，必须从降低水冷壁在炉内的吸热量为主。当以参数调整来提高汽温达不到要求时，只有采取结构改造来提高汽温。一般方法有：一、二次风口上仰；减少炉膛切圆直径；增加卫燃带。下面将分别说明上述诸方法对该台锅炉的可行性。
3．1　一、二次风口上仰
一、二次风口上仰，提高炉内火焰的燃烧中心，降低高温烟气在炉内的停留时间，从而减少了炉膛内水冷壁的吸热，使炉膛出口烟气温度增加，能有效提高主蒸汽温度。但一次风口上仰，将削弱燃烧的稳定性。由于喷口上仰结构变动小，效果好，因此是提高主蒸汽温度的方法之一，但燃烧器喷口上仰的同时，必须注意兼顾喷口对火焰的稳燃能力。
3．2　缩小炉内燃烧切圆
缩小切圆直径同样是十分有效和简单的方法。攀钢发电厂410 t／h锅炉的设计假想切圆直径为1 000 mm，冷态试验时测出它的实际切圆有5 000 mm且部分汽流存在偏斜或刷墙现象。因此降低炉内燃烧切圆，减弱水冷壁的辐射热，也是提高主蒸汽温度的方法。
3．3　在水冷壁上敷设卫燃带
在炉膛内水冷壁上敷设卫燃带是减弱炉内吸热更为直接的方法。由于攀钢发电厂的机组为调峰机组，在目前情况下，锅炉在低负荷时的稳燃能力较差，机组低负荷运行时耗用燃油较多，不利于机组的经济性运行。因此在降低锅炉的炉内吸热量时，一定要注意提高锅炉的低负荷稳燃能力，节约低负荷用油。只简单地在炉内敷设卫燃带不足以在提高主蒸汽温度的同时又解决低负荷的稳定运行问题。
在上述诸方法中，喷口上仰角度多大，切圆直径又如何选取，将由炉内换热数值计算来确定，这是因为常规的炉内辐射换热计算无法考虑喷口的安装角度、切圆直径和一次风速改变的影响，只有依靠数值分析方能得出结果。过热器等对流换热设备的换热由常规计算进行。这样就可确定合理的切圆直径和喷口上仰角度。通过对攀钢发电厂的该台锅炉进行炉内配风的数值分析和运行工况的模拟及优选试验：得出攀钢发电厂燃烧器的上仰角度为7°，炉内切圆应改为650 mm。
通过以上分析，决定对锅炉的燃烧器进行改造，敷设卫燃带可作为一种后备措施。
4　燃烧器改造的目的
改造燃烧器的目的有三：①加强燃烧器的稳燃能力，适应当前对机组的调峰要求；②锅炉冷态启动采用小油枪直接点燃技术，节约机组启动用燃油；③提高过热蒸汽温度，改善机组的运行经济性。


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该台锅炉原设计为直流燃烧器，在对该台锅炉的调试试验中发现：对一、二、三次风大幅度调整后，可以使主蒸汽温度接近额定值，但燃烧的稳定性变差。因此强化燃烧器的稳燃性能与改善蒸汽品质是相关的，有了更强的稳燃能力，使参数调整有更大的裕度，对控制蒸汽的品质是有利的。所以燃烧器的改造必须从能提高稳燃能力出发并考虑采用小油枪直接点燃技术，以节约锅炉启动用油。
5　燃烧器结构方案及其功能
为了满足以上要求，设计了一种回流区分级着火的燃烧器，它对提高稳燃能力，防止炉内结焦，控制汽温，节约启动用油和提高锅炉效率都有很好的效果；回流区分级着火的另一特点是：可以通过控制二次风进入钝体回流区的方法来调节着火距离，这能有效地防止结焦和燃烧器的烧坏和对煤质变化的适应性。
5．1　回流区分级着火技术原理
回流区射流分级着火燃烧机制是将少量煤粉气流引入回流区，首先着火，再点燃主流的分级着火过程。由于进入回流区的煤粉气流是少量的，能直接充分地利用高温烟气的回流热；且因中缝微弱的气流受到钝体两侧中的一侧主流的吸引而靠拢，使得进入回流区少量的煤粉局部富集；特别是回流区的速度低，且有反向流，使得煤粉的停留时间大大增长，从而形成了着火最有利的区域。这些都使得少量煤粉极易着火，在回流区又十分稳定，尤如存在一个值班火焰，从而在钝体稳燃的基础上大大增强了低负荷的稳燃能力。
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由于回流区是燃烧的关键核心区域，对燃烧的强弱起着主要的控制作用。显然，喷入少量的燃料进入回流区，由于回流区的高温、低速、停留时间长、着火容易、增大了回流区对主流的点燃能量，强化了燃烧；相反，若喷入回流区的是温度相对较低的二次风，就会使回流区降温，或者将回流区吹穿，推迟着火，火焰后移，并能防止结焦或燃烧器烧坏。因此，控制一次风粉或二次风进入回流区就可以使燃烧由强转弱，对提高蒸汽温度、防止结焦或适应煤种的变化有着十分重要的意义。
5．2　燃烧器结构
燃烧器结构如图1所示。
（1）钝体的挡风面积相当于一次风通道面积的0．65，阻塞率高，使紊流加强，回流区大，有利于一次风的加热。
（2）钝体中心的收缩形缝隙使不低于10％的一次风粉浓缩后进入回流区，形成分级着火燃烧机制，提高回流区的温度，使着火提前，强化燃烧。
（3）钝体出口的上、下侧设置的整流板，一方面起到对钝体两侧主流煤粉有进一步增浓效果；另一方面又将浓的煤粉流引导到回流与主流的交界处。这样经开缝钝体形成的三股浓煤粉流分别处于回流区的中心和两侧边界处，加强了回流区对浓煤粉流的加热作用。从整体上看，浓煤粉流均分布于一次风内，又有利于减少飞灰含碳量。
（4）防止结焦和燃烧器的烧坏。当打开冷却风门，冷却风的主要部分通过侧风道⑤，进入钝体背风区域⑥，再引入回流区。冷却风的进入，在钝体后方形成多股射流，一股为中心风粉，两股为引入的冷却风，使回流区推迟或消失，从而逐步转变为直流燃烧方式，使火焰位置变远，燃烧由强转弱。冷却风的另一部分将改为背火侧面风④，加上进入回流区的冷却风⑥，有效防止了水冷壁面的结焦和燃烧器的烧毁。
（5）节约锅炉冷态启动用油。小油枪煤粉直接点火技术：将小油枪插入开缝钝体的缝隙内，以少量的油首先点燃缝隙喷出的10％的一次风粉，再以油和少量粉燃烧释放的热，去点燃主流一次风粉的分级点燃过程能更大的节约锅炉起动用油。
6　燃烧器改造的具体技术措施
对于稳焰，只需改造中、下两层燃烧器，但考虑汽温的提高，上层燃烧器会有更大的作用；顾及两方面的要求，12只燃烧器需全部更换。本次对锅炉燃烧器改造有以下几项：
①将原设计的直流燃烧器改为回流区分级着火的燃烧器；
②将原设计每只出力为1 170 kg／h的点火油枪改为每只出力为300 kg／h的小油枪；
③将一、二次风喷口的安装角度由原水平布置改为上仰7°；三次风喷口由原上仰7°改为水平安装（三次风仅改变了安装角度）；
④将原设计的燃烧器炉内假想切圆1 000 mm改为650 mm。
7　燃烧器改造后的效果
通过对上述燃烧器进行全面改造，经过近五个月的运行实践表明，主要达到了以下技术指标。
①未出现一次灭火事故，经过低负荷试验，不投油稳负荷为50 MW；
②在同等条件下使蒸汽运行温度提高15～20℃。锅炉改造前，在70 MW及以上时，主蒸汽温度一般在520℃左右，减温器不投入运行；改造后主蒸汽温度控制在540℃左右，且减温器一般要投入运行，流量在5～10 t左右。
③飞灰可燃物含量略高于改造前：改造前飞灰可燃物一般为1．5～2．5％，改造后一般为2．0～3．0％；大渣的含碳量略低于改造前：改造前大渣可燃物一般为4～7％，改造后一般为3～6％。


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④排烟温度略有增加，但仍在设计值（135℃）左右波动。在100 MW负荷时，锅炉的排烟温度为130～145℃，符合设计要求。
⑤改造前后锅炉热效率基本上没什么变化，但因改造后主蒸汽温度的提高，使机组的回热加热系统全部投入，大大提高了机组的循环热效率，从而降低了发电标煤耗14 g／k W·h。
⑥改造后的燃烧器喷头（包括钝体、壳体和整流板）材料选用ZGCr27Ni17Mn3N，比原燃烧器喷头好，耐用期不低于一个大修期。
8　燃烧器改造后的经济效益
燃烧器改造后，额定工况下，过热蒸汽温度提高15～20℃，给水温度由原200℃提高到222℃，机组发电煤耗由改造前的368 g／kW·h降到354 g／kW·h。即由于燃烧器改造，可节约发电标煤耗14 g／kW·h，按该台机组年发电量6亿度计算，将节约标煤8 400 t，按每吨标煤240元计算，则每年将节约燃煤成本8 400×240＝201．6万元。
不投油低负荷降为50 MW，因此保守估计一年内将节约低负荷稳燃油费用50万元。锅炉冷态启动采用小油枪直接点火技术，原启动一次用油20 t左右，而现在启动一次不超过10 t，按年启动10次计，则年将节约启动用油100 t，节约启动用油费用30万元。
因此，攀钢发电厂410 t锅炉燃烧器改造后，年将节约原燃料费用280万元。四川电力技术


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