锅炉低氮氧化物燃烧器改造设计说明.docx

1、锅炉低氮氧化物燃烧器改造设计说明深圳能源妈湾电力有限公司1号锅炉燃烧器低NOx改造设计说明北京国电科环洁净燃烧工程技术有限公司2008-121. 概述为响应国家“节能减排”号召，深圳能源妈湾电力有限公司计划于2009年3月份对该厂其1号锅炉进行低NOx燃烧技术改造。要求改造后锅炉出力维持不变前提下，NOx排放浓度不大于330mg/Nm3，改造后的锅炉效率不低于92.86%（设计值），同时未燃碳热损失不大于1.0%，CO排放浓度不高于100L/L等。2. 设计依据燃烧系统设备、装置的设计、制造、安装、调试、试验及检查、试运行、考核、最终交付等，应符合相关的中国法律、规范以及最新版的ISO和IEC

2、标准。ASME PTC4.1-1998 锅炉性能试验规程GB13223-2003 火电厂大气污染物排放标准DL5000-2000 火力发电厂设计技术规程DL5028-93 电力工程制图标准DL/T 435-2004 电站煤粉锅炉炉膛防爆规程DL/T5121-2000 火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程DL/T5054-96 火力发电厂汽水管道设计技术规定GB 9222-88 水管锅炉受压组件强度计算GB 50017-2003 钢结构设计规范DL/T5072-2007 火力发电厂保温油漆设计规程SDGJ6-90 火力发电厂汽水管道应力计算技术规定NDGJ92-89 火力发电厂热工自动化内容深度规

3、定DL/T5175-2003 火力发电厂热工控制系统设计技术规定DL/T5182-2004 火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定DL/T589-1996 火力发电厂燃煤电站锅炉的热工检测控制技术导则DL5053-1996 火力发电厂劳动安全和工业卫生设计规程DL/T5047-95 电力建设施工及验收技术规范（锅炉机组篇）1号炉招标文件、电厂提供的图纸资料及实验报告等。3. 工程概况3.1 锅炉概述妈湾发电总厂1号锅炉由哈尔滨锅炉厂设计制造，于1993年11月投入商业运行，锅炉为HG-1025/18.2-YM6型，亚临界压力、一次中间再热、控制循环、平衡通风、固态排渣汽包炉。

4、锅炉设计参数见表3-1。表3-1 锅炉主要性能与设计参数序号名称单位MCR 89%MCR定压64%MCR滑压59%MCR滑压30%MCR1过热蒸汽流量t/h10259106516053082过热蒸汽出口压力MPa18.317.2816.9413.917.163过热蒸汽出口温度5405405405405204再热蒸汽流量t/h822.09737.75551.04513.7265.35再热蒸汽进口压力MPa3.833.442.562.391.136再热蒸汽出口压力MPa3.623.252.412.251.067再热蒸汽进口温度319.3313.9295.5305.92938再热蒸汽出口温度5405

5、405405404839给水温度279.6272.5253.2249.721210给水压力MPa2018.717.815.07.8111给水流量t/h1025878.8596.8552.8290.412省煤器水阻MPa0.370.330.290.280.2413汽包设计压力MPa20.614再热器设计压力MPa4.3515锅炉效率（按低发热值）%92.8692.9793.4293.5994.7116总燃煤量（按低发热值)t/h126.3114.485.980.542.517排烟温度（修正前）136.1133.3116.7113.990.618排烟温度（修正后)128.3125108.31057

6、8.919干烟气损失%4.654.524.093.932.7221总烟气量kg/h1304525118178694683987901643896122总风量kg/h1204098109080887853481503040516923进口烟气温度360351331.732027624出口一次风温31231029128525525出口二风温322318298290.625926过热器压降MPa1.361.110.60.810.4127再热器压降MPa0.210.190.150.140.0528省煤器出口过剩空气率%252534.132.82529炉膛容积热负荷MJ/m3h406.1368.1276

7、.4258.8136.730炉膛截面积热负荷GJ/m3h18.7416.9212.711.926.2431上炉膛出口烟温114611251068103980332下炉膛出口烟温13371326129412461161注：1.锅炉原设计的暖风器已拆除2；上表所述的压力均为表压力锅炉采用型结构布置，锅炉燃烧室受热面采用膜式水冷壁，水循环采用单汽包、控制循环、单段蒸发系统。锅炉设有4级过热器（低温过热器、屏式过热器、后屏过热器、高温过热器），3级再热器（墙式辐射再热器、屏式再热器、末级再热器），一级省煤器。在低温过热器和屏式过热器、屏式过热器和高温过热器之间分别布置有一、二级过热蒸汽喷水减温器；在墙

8、式再热器入口布置有再热器事故喷水减温器。受热面依次为辐射式再热器、前后屏过热器、前屏再热器、末级再热器、末级过热器、转向室后是立式低温过热器、水平低温过热器以及省煤器。锅炉89%MCR负荷时，各受热面的热力计算主要技术数据见表3-2。表3-2 热力计算主要技术数据（89%MCR）序号名称单位项目受热面积烟温烟速工质温度进口出口进口出口m2m/s1壁式再热器365.91326313.9366.82顶棚过热器13191326359.2361.83分割屏663.613261124408451.84后屏过热器105511241021.76.7451.8515.85再热器前屏15441021.7904.

9、47.2366.8470.66水冷壁吊挂管537.07末级再热器1797897.2812.89.0469.65408水冷壁排管2648.99末级过热器2265795.6722.29.2504.654010过热器排管188.8722.2713.39.2361.8362.711立式低温过热器1250713.3666.18.8404.3418.212汽冷吊挂管2203.813转向室441.9658.9643.9363364.214水平低温过热器11445643.94409.3364.2404.315省煤器6052440351.18.6272.8298.93.2 燃料锅炉设计燃用晋北烟煤，校核煤为澳大

10、利亚煤、安太堡煤。设计煤种与校核煤种的特性分析见表3-3。表3-3 设计用煤校核用煤的品质特性名称符号单位设计煤校核煤校核煤晋北烟煤澳大利亚煤安太堡煤煤质分析收到基碳Car%58.5667.0662.93收到基氢Har%3.363.844.27收到基氧Oar%7.285.388.22收到基氮Nar%0.791.381.12收到基硫Sar%0.630.470.87收到基灰分Aar%19.7713.614.19收到基水分Mt%9.618.38.4固有水分Wf%2.852.32.53可燃基挥发分Vr%32.3131.9037.48低位发热量Qnet,arkJ/kg224412568023326哈氏可

11、磨系数HGI-57.615450灰的成份二氧化硅SiO2%50.4153.539.56三氧化铝Al2O3%15.7337.538.88三氧化铁Fe2O3%23.462.411.03氧化钙CaO%3.930.74.8氧化镁MgO%1.270.40.47氧化钠Na2O%2.330.90.6氧化钾K2O%2.330.9三氧化硫SO3%0.43.3其它-%2.871.8灰熔点变形温度DT111016001500软化温度ST119016001500熔化温度MT16001500流动温度FT127016003.3 燃烧系统锅炉为四角切向布置摆动式直流燃烧器，与设计煤种晋北烟煤相适应，为兼顾防止结渣、稳燃及降

12、低NOx排放，燃烧系统采用了美国ABB-CE公司的第一代LNCFS-I型低NOx燃烧技术，设置大偏斜二次风与紧凑型燃尽风（炉膛结构、燃烧器设计参数分别见表3-5与表3-6）。在两侧墙布置了整面的大风箱来连通前后两角的二次风，每角的风箱内部设有导流和分隔板，用调节挡板控制各层二次风量。二次风由燃料风、辅助风及燃尽风三部分组成。3.3.1 燃料风燃料风布置在一次风喷口周围，相当于周界风，用来冷却一次风口及燃烧器的摆动装置，增强一次风的刚性，并为煤粉初期燃烧提供氧气。锅炉周界风占二次风的27.89%。3.3.2 辅助风辅助风与一次风相间布置，起主二次风的作用，一般占二次风总量的50%。油枪装在辅助风

13、口内。最下层的二次风常设定为固定值，其余辅助风由挡板开度和大风箱内风压与炉膛的压力差来决定。锅炉设有7层辅助风室（含三层油风室），与一次风相间均匀布置，辅助风与燃尽风之和占二次风的71.87%。3.3.3 燃尽风有两层燃尽风布置在顶层燃烧器的上面，属紧凑型燃尽风。3.3.4 直流燃烧器燃烧器采用美国CE公司的宽调节比燃烧技术，利用煤粉管道进入燃烧器一次风喷嘴的弯头离心力作用，一次风气流被分成上下浓淡两部分，两部分之间采用隔板隔开，燃烧器出口处设有带波纹型的稳燃钝体。煤粉浓淡分离和稳燃钝体的配合使用，可提高低负荷的稳燃特性。锅炉燃烧器采取均等相间布置方式。煤粉喷嘴自下而上分别为A、B、C、D、E

14、、F 共6层布置24个喷嘴。3.3.5 假想切园的旋向为降低NOx排放，改善炉膛出口动力场和温度场的偏差，一次风、二次风及燃尽风喷口采取不同的射流方向布置。锅炉的燃烧器一次风、油风室及下端部风室二次风射流中心线与前水冷壁夹角分别为36和43；部分辅助风采取大偏斜的方式与一次风同向送入炉内，二次风射流中心线与前水冷壁中心线夹角分别为14和65；燃尽风室二次风以与一次风反切的方式送入炉内，射流中心线与前水冷壁中心线夹角分别为56和23。即，在炉膛中心形成两个逆时针和一个顺时针旋转的假想切园。3.3.6 燃烧器摆角锅炉的燃烧器喷嘴可上下摆动22，二次风喷嘴可上下摆动30，燃尽风喷嘴可作向上30和向下

15、5的摆动。各喷嘴采取整体联动方式调节上下的角度，以改变燃烧中心区的位置，用于调节炉膛内各辐射受热面的吸热量，从而调节再热汽温。与此相适应，为保证火焰充满空间和煤粉燃烧空间，底层燃烧器至冷灰斗的距离及顶层燃烧器至屏底的距离均设计较大：顶层燃烧器至屏底距离为18.288m，燃烧器区域高度为7.322m，底层燃烧器至冷灰斗上沿距离为4.564m。3.3.7 炉膛热负荷锅炉的炉膛容积为7275m3，炉膛容积热负荷与截面积热负荷分别为406MJ/m3h与18.74109J/m2h。表3-5 炉膛结构名称单位数值炉膛宽度m14.059炉膛深度m11.790炉膛容积m37275炉膛容积热负荷MJ/m3h40

16、6.1炉膛截面积热负荷109J/m2h18.74上层煤粉燃烧器中心至屏底距离m18.288燃烧器区域高度m7.322下层燃烧器至冷灰斗上沿距离m4.976辐射受热面（到分隔屏底）m21996辐射受热面（到后屏入口）m23749辐射受热面（到炉膛出口）m24338水冷壁管径壁厚mm44.55.5水冷壁管节距mm57.15表3-6 燃烧器设计参数项目单位数值单只煤粉喷嘴热功率（五台磨煤机运行）kJ/h141.7106单只煤粉喷嘴热功率（六台磨煤机运行）kJ/h118.1106二次风速度m/s45.8二次风温度310二次风率%74.3二次风中周界风份额%27.89二次风中辅助风份额%71.87（燃尽

17、风份额不详）二次风中燃尽风份额%一次风速度m/s25.02一次风率%20.7燃烧器一次风阻力Pa254燃烧器二次风计算阻力Pa673一次风喷嘴间距mm12723.4 炉水循环和水冷壁炉水循环采用内螺纹管膜式水冷壁的强制循环系统，炉膛内布置870根水冷壁组成53个循环回路。水冷壁由外径为44.5mm的管子构成，节距为57.15mm。在热负荷较高的区域采用了内螺纹管，其余部分为光管。3.5 磨煤机锅炉配备6台RPB-783型正压直吹CE 雷蒙式中速磨煤机，设计出力为31.9t/h（实际出力在22-26t/h），煤粉管内一次风速为26.67m/s，设计煤粉细度为200目筛通过量75%。每台磨煤机为同

18、层四支燃烧器供粉，每根一次风粉管道上设有节流孔板。3.6 仪控系统原燃烧器内布置有美国Bailey公司的FLAMON Flame Detector UM/UM型火焰检测系统；六层煤，三层油具有三十六只喷燃器，对应每个喷燃器安装一个火检探头，共有三十六只火检探头。原每个角的各层燃烧器喷嘴由一台摆动气缸控制可上下摆动，改造后的燃烧器要求在摆动范围及驱动力矩上满足现有执行机构要求。本次改造如涉及二次风系统变化，改造后的二次风门包含燃尽风门的动作行程及驱动力矩应能满足现有二次风门执行机构的动作行程及输出力矩要求。4. 低NOx改造锅炉边部条件分析妈湾厂1号炉目前管理水平较高，设备维护基本到位，锅炉一般

19、能安全正常高效运行。目前1号炉主要表现在NOx排放较高，平均在600mg/Nm3左右，低氧运行时NOx可下降到400 mg/Nm3左右，但会带来飞灰可燃物升高，锅炉效率降低。因此，本次改造的中心是在保持锅炉高效安全运行的前提下，将NOx降低至理想水平。4.1 锅炉炉膛条件锅炉的炉膛容积为7275m3，炉膛容积热负荷与截面积热负荷分别为406MJ/m3h与18.74109J/m2h。1号炉与当前大容量锅炉设计参数相比，炉膛容积及截面均偏小，燃尽高度还算适中。与大同4号炉、京能1号炉相比，妈湾石1号炉，锅炉容积较大，燃尽高度高，运行条件也好，采取低NOx改造的有利条件；妈湾1号炉膛截面负荷较大，炉

20、内上部水冷壁结渣，个别点炉膛温度偏高，最高达1600，会造成热力型NOx大量生成。采取低NOx措施后必须充分考虑锅炉炉内防渣及煤粉燃尽问题，防渣的同时还要保证一定的燃尽空间。表4-1锅炉条件对比表：单位大同4#炉(670T/H)京能1#炉(670T/H)妈湾1#炉煤质灰份Aar%3632.219.77挥发份Var%232523.2低位热值Qnet,arKj/kg175601845022441炉型炉膛截面mmmm108801192011660116601405911790炉膛容积m3423841117275炉膛高度mm4920049180容积热负荷Kw/m3133.3138.3112.8截面热负

21、荷Kw/m24378.141815205大屏下沿高m3635.843除渣方式湿排渣,干排渣湿排渣4.2 制粉系统对本次改造影响最大的是制粉系统，目前6台磨全部出力明显不足（设计出力31.9t/h，实际出力约2226t/h），额定负荷下需要投运6台磨煤机。个别磨排“石子煤”量大，也是磨出力不够的主要原因。部分磨煤机的煤粉细度较粗，远远偏离R7525的设计值。B、D磨煤粉R90达40%以上，R200达10%以上，而且煤粉管道间煤粉分配也不均匀。表4-2 #炉磨煤机煤粉细度及均匀性汇总R90R90平均R200R200平均均匀系数N平均1#炉A19.825(17.5)2.44.95(1.475)1.0

22、41.095B40.811.21.12C18.21.21.19D39.212.60.99E17.21.31.13F14.811.10磨出力不足、煤粉偏粗且管道间分配不均都会对改造后低NOx燃烧系统的运行产生不利影响，影响空气分级到位，而且会带来飞灰可燃物偏高，进而影响锅炉效率。按制粉系统目前状况，改造后无论是NOx排放指标还是机组运行的经济性都很难得到有效保证。我们认为在进行低NOx燃烧系统改造的同时，非常有必要对目前的制粉系统进行彻底检查或局部升级，使煤粉细度达到设计值，磨煤机出口风量及煤粉流量偏差至合理范围之内的效果，以保证实现技术规范中各项参数要求的目的。4.3 煤质表4-3 改造设计用

23、煤及校核用煤的品质特性序号类别项 目符号单位设计煤种校核煤种1校核煤种21燃煤成份收到基碳Car%58.5660.3362.29收到基氢Har%3.363.623.46收到基氧Oar%7.289.947.12收到基氮Nar%0.790.700.68收到基硫Sar%0.630.410.83收到基水分Mt%9.6114.0013.5收到基灰分Aar%19.7711.0012.12干燥无灰基挥发分Vdaf%32.3136.4432.52收到基低位发热量Qnet,arMJ/kg224402276023720哈氏可磨性系数HGI-57.6456612灰的成份二氧化硅SiO2%50.4136.7150.1

24、1三氧化铝Al2O3%15.7313.9925.26三氧化铁Fe2O3%23.4611.368.23氧化钙CaO%3.9322.929.36氧化镁MgO%1.271.281.36氧化钠Na2O%2.331.960.83氧化钾K2O%1.24三氧化硫SO3%9.32.15其它-%2.872.483灰熔点变形温度DT111011301410软化温度ST119011601500熔化温度FT127012001500表4-4 入炉煤质特性项目检测项目符号单位检测结果适用标准T-01T-0204T-0506T-07工业分析与元素分析全水分Mt%13.514.213.723.9GB/T211-2007空气干

25、燥基水分Mad%3.633.783.4614.24GB/T212-2001收到基灰分Aar%12.1210.8312.7312.92干燥无灰基挥发分Vdaf%32.5231.4633.2449.10收到基碳Car%62.2963.2061.4254.91DL/T568-1995收到基氢Har%3.463.433.463.57收到基氮Nar%0.680.670.710.69收到基氧Oar%7.126.947.1713.89全硫St,ar%0.830.730.810.12ASTM D4239-2000收到基高位发热量Qgr,v,arMJ/kg24.7424.8524.2521.68GB/T 213-2003收到基低位发热量Qnet,v,arMJ/kg23.7223.8223.2220.39哈氏可磨指数HGI/6162