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烏沙山發電廠
技術改造專案可行性研究報告
專案名稱：#1鍋爐低氮燃燒器改造
專案性質：環保專案
編制： 徐春
專業審核： 陳文剛
部門審核： 趙學峰
公司批准： 王東禹
2023年 8月 20日
技術改造專案可行性研究報告內容
一、前言
浙江大唐烏沙山發電廠一期工程為4×600mw燃煤發電機組，三大主機採用哈電集團的裝置。主要系統設計由浙江省電力設計院承攬。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的超臨界引數變壓直流爐，型式為單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣煤粉爐，燃燒方式為前後牆對沖燃燒，裝有30只低氮lnasb型旋流燃燒器。
一次風機、送風機為上海鼓風機廠生產的動葉可調軸流風機，引風機為成都電力機械廠生產的靜葉可調軸流風機。＃1機組於2023年4月，＃2機組於2023年7月，＃3機組於2023年9月，＃4機組於2023年11月分別通過168小時試運正式投入執行。
鍋爐燃燒器採用30 只低nox 軸向旋流燃燒器（lnasb）前後牆布置、對沖燃燒，配有6臺hp1003中速磨直吹式製粉系統，b-mcr 工況下5臺執行，一台備用，每台磨煤機供一層主燃燒器所需煤粉，煤粉細度為：r90=18.38%。
（一）專案名稱：#1鍋爐低氮燃燒器改造
（二）專案性質：環保專案
（三）可研編制人：徐春
（四）專案負責部門：浙江大唐烏沙山發電廠裝置部
（五）專案負責人：趙學峰
二、專案提出的背景及改造的必要性
（一）承擔可行性研究的單位
浙江大唐烏沙山發電有限責任公司裝置部承擔可行性研究。
（二）專案提出的背景
#1鍋爐本體燃燒器自機組投產以來，鍋爐本體燃燒器由於設計等原因，一次風筒下部先後在執行中有不同程度的磨薄和磨穿，從而造成部分煤粉在二次風箱內燃燒，使二次風箱部分燒損嚴重。此外氮氧化物排放超標，部分燒損嚴重的燃燒器長期停運，對燃燒器長期穩定執行構成嚴重威脅，影響了機組的滿負荷出力，環保指標超標。
根據研究結果和鍋爐實際運**況，燃燒器整體布置基本合理可行，但燃燒配風組織上存在一定缺陷。
(1) 燃燒器結構型式欠妥，中心回流區深入到燃燒器噴口內部，一次風與二次風混和過早，不利於抑制nox 生成；
(2) 雖然進行了全爐膛分級燃燒，但燃盡風率偏小，爐內空氣分級燃燒效果不明顯，無法起到大幅降低nox的目的。
nox排放濃度在負荷600mw時為300-350mg/nm3，在負荷450mw時為250-300mg/nm3，在負荷300mw時為350mg/nm3左右。
目前我國nox汙染越加嚴重，國家的環保法規對電站鍋爐nox的排放量的限制越來越嚴格，降低電廠nox的排放量勢在必行。
（三）進行的必要性
鍋爐燃燒器燒損嚴重，燃燒效率降低，對二次風箱構成嚴重威脅，部分裝置長期停運，氮氧化物超標，燃燒器執行現狀與一流標準相差甚遠。國家的環保法規對電站鍋爐nox的排放量的限制越來越嚴格，降低電廠nox的排放量在100 mg/nm3以下。因此結合機組檢修，對鍋爐燃燒器進行改造是必要的。
（四）調查研究的主要依據、過程及結論
在爐膛中降低nox的技術，它們可以分成三種基本形式：一些與鍋爐執行有關；一些基於爐膛和鍋爐設計；還有一些涉及燃燒裝置設計。幾種低nox技術可以聯合使用，但不會產生是疊加效果。
最終的選擇必須基於對燃料分析，鍋爐設計的限制，要求的nox排放指標，當然還有投資成本的全面考慮。
最有效和最經濟的控制nox排放方法是採用低nox燃燒器抑制nox在爐膛內的產生。還可以聯合採用分級燃燒，部分燃燒空氣經拉開的燃盡風噴口引入。
低nox燃燒器降低燃料型和熱力型nox形成是基於：
1）在燃燒的前期階段最大量地釋放揮發份；
2）造成乙個最初的缺氧區域以抑制燃料氮轉化成nox和熱力型nox的生成；
3）延遲燃料和空氣的混合，降低火焰溫度抑制熱力型nox的生成；
4）後期延長富氧區的滯留時間（三次風）保證燃盡；
5）良好的煤粉細度有助於燃料氮更早地逸出和燃盡；
低nox燃燒器能單獨將nox排放降低到基準水平，但這是乙個延遲混合的過程，因而不可避免地將伴隨著燃燒效率的降低。最大地試圖提高燃燒器降低nox排放的能力，將導致燃盡的惡化，除非採取相應的補嘗措施。這可以通過改進燃燒器燃料和空氣的分配及改進煤粉細度來補救。
此外，燃燒器整體布置進一步降低nox排放水平，可以採用分級燃燒技術來達到。系統的核心是效能好的低nox燃燒器，有著固有的穩定性和內在的低nox燃盡能力。在過程的早期階段即對整體系統的最終效能有著顯著影響。
在兩級燃燒中，提供給燃燒器的風量要比正常的少。燃燒空氣的平衡是通過燃燒區域上方稱之為燃盡風噴嘴送風進爐膛實現的。
分級送風的作用是：
1）以比正常要求少的風量供給燃燒器，嚴格限制nox的生成；
2）在燃盡風引入之前濃相燃料有較長的延遲時間，使得燃料中的氮有機會在缺氧區內逸出，並能消除存在的no；
燃盡風在前後水冷壁高速噴入爐膛，噴嘴形成兩股氣流，中心氣流以較高的軸向速度噴出以保證穿透，外圍的氣流旋轉噴出以保證與燃燒煙氣流的混合。
燃盡程度取決於燃盡風與上公升燃燒煙氣流的混合。也就是取決於在引起煙溫明顯降低的受熱面前的有效滯留時間。在有效的滯留時間內的煙氣溫度也是重要的，總的過剩空氣係數也一樣。
延遲燃料/空氣在火焰中的混合，也就是在爐膛中的混合，對燃燒效率的影響比單靠各種燃燒器更顯著。在補償措施不可能實施的地方，這種改進特別有效。對煤而言，貫穿整個過程，有效的煤粉細度對最初的揮發份析出和nox的抑制過程以及充分的燃盡有著很大的影響。
改進煤粉的分配對最終的燃盡來說也就是非常重要的。為了部分補償這些燃盡影響，二級送風系統趨向比單靠燃燒器用了更多的過剩空氣。
因此，乙個有效的兩級送風系統，大體上由以下組成：
1）效能好的低nox燃燒器；
2）較低的燃燒器區域過剩空氣係數；
3）燃盡空氣引入之前較長的滯留時間；
4）上公升的煙氣與足夠的燃盡風充分混合；
5）在高溫受熱面之前有較長的滯留時間；
6）足夠的過量空氣；
7）較高高的煤粉細度；
8）改善燃料/空氣分配。
（五）原系統或裝置的基本情況
燃燒器布置方式採用前後牆布置，對沖燃燒。前後牆上各布置3層燃燒器，每層各有5只lnasb燃燒器，總共30只。在最上層煤粉燃燒器上方，前後牆各布置1層燃盡風口，每層布置5只，共10只燃盡風口。
燃燒器上排一次風噴嘴中心線到屏式過熱器底部(為19.374m)、下排一次風噴嘴中心線到冷灰鬥彎管處(為3.007m)。
燃料完全燃燒所要求的風量的差額通過最上排燃燒器上方的燃盡風補充。燃盡風噴口以二股氣流高速進入爐膛：第一股以較高的軸向速度的二次風氣流衝出以保證穿透爐膛氣流，稱之為一次風；第二股二次風氣流在外圍旋流進入爐膛以保證空氣與燃燒產物中的未燃顆粒充分混合，稱之為二次風。
每乙個燃盡風噴嘴通過一次風擋板調整
一、二次風比例。調整杆穿過ofa噴嘴的面板與這個擋板連線，並允許擋板的位置變化。調整桿上的指杆和面板上的標尺示出了擋板的位置，觀察孔和連桿的開孔也在ofa噴嘴面板上。
（六）存在的主要問題
nox排放量高，燃燒器元件磨損嚴重，燃燒器噴口結渣嚴重，存在噴口燒壞變形。
nox 排放高的主要原因在於：
(1)燃燒器結構型式欠妥，沒有採用外濃內淡周向分離技術，燃燒器
一、二次風混合提前，不利於抑制nox 生成；
(2)原設計雖然進行了全爐膛分級燃燒，但燃盡風率偏小，燃燒所需要的空氣過多從燃燒器區域加入，給氮氧化物的產生創造了有利條件。
燃燒器噴口結渣、燒壞變形主要是因為lnasb燃燒器在燃燒器出口處形成回流區，並且回流區的起點在燃燒器內部，回流區卷吸的高溫煙氣易使燃燒器噴口結渣、燒壞變形。
（七）需要解決哪些問題
1）原燃燒器的磨損問題，更換為內襯耐磨陶瓷燃燒器。
2）nox 排放高的問題，更換為低氮燃燒器。
三、方案論證
（一）改造方案描述
對25臺燃燒器進行
一、二次風元件改造，更換為低氮內貼耐磨陶瓷燃燒器，是降低nox排放量高，避免一次風粉管被磨穿磨漏的有效措施。經過對鍋爐燃燒器改造的各種方法綜合考慮，以及該類機組燃燒的特點，我們認為，比較理想的方法是採用改造燃燒器
一、二次風元件，通過內壁增設耐磨陶瓷材料的方法，徹底解決粉管在執行中nox排放量高，磨穿磨漏的現象。針對燃燒器旋流強度不足，考慮對二次風旋流片改造成可調型，通過動力試驗找到最佳旋流效果。我們認為只有通過上述裝置技術改造，能解決目前#1爐燃燒器所存在的諸多問題。
（二）改造後預期達到的效果
1) 改造後nox排放達到的指標：在b-mcr工況下，5臺磨煤機執行（abcde執行或abcef或abcdf執行或abdef執行），nox排放濃度不超過200mg/nm3(o2=6%)；在b-mcr工況下，6臺磨煤機執行，nox排放濃度不超過240mg/nm3(o2=6%)；在低負荷工況下，4臺磨煤機執行（abce執行），nox排放濃度不超過180mg/nm3(o2=6%)。在低負荷穩燃工況下（abc執行或abe執行），nox排放濃度不超過240mg/nm3(o2=6%)。
2) 鍋爐改造後，執行穩定，爐膛負壓穩定，主蒸汽壓力、主蒸汽溫度達到設計要求；
3) 在燃用現執行煤質時，鍋爐在額定負荷下執行時，鍋爐效率不低於改造前的效率，飛灰可燃物含量不提高；
4) 燃燒器區無結渣現象；
5) 煤粉燃燒器使用壽命達到2個大修期；
6) 水冷壁進行改造後，不破壞鍋爐的水動力特性。
（三）施工方案、過渡方案
對該專案預先進行詳細的論證，對外發布招標公示，對投標單位的資質，施工能力，施工方案等進行考察，對中標單位加強管理監督，待機組大修期間實施。
（四）是否需要停機停爐或結合機組大、小修等
需要待機組大修期間實施。
四、專案規模和主要內容
（一）專案方案及內容綜述
屬重點技改專案，對#1爐除5臺等離子以外其餘25臺燃燒器進行低氮內貼耐磨陶瓷燃燒器改造。先將前牆10臺、後牆15台原燃燒器拆除，後將改造後的新型燃燒器一次風、二次風元件安裝就位，並進行冷態動力廠試驗，待機組啟動後進行熱態調整。
（二）工程計畫開竣工時間
可利用停機大修機會，50天左右即可完成。
（三）專案範圍
＃1鍋爐爐膛25只燃燒器
一、二次風元件改造更換。
（四）專案的主要裝置材料構成
25只燃燒器及其安裝附件訂製，現場涉及的儀控管道，汽水管道閥門，油槍以及電纜改造部分等。
（五）改造後系統布置的變化
系統布置無變化。
（六）主要裝置製造（訂貨）週期
低氮燃燒器改造的優缺點
1 低負荷燃燒平穩。因為減少了下部風量，使燃料在低濃度燃燒時，也非常平穩。甚至可以做到40 負荷穩定燃燒。2 低負荷時，爐膛火焰充滿度較好。水冷壁吸熱均勻。3 由於拉伸了燃燒區域，減弱了部分燃燒強度，在一定時間內，抑制了nox的形成。缺點 1 由於減弱了下部爐膛的進風量，使下二次風的託扶能力減弱，排...
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