電站鍋爐風(fēng)煤調(diào)平低氮燃燒控制研究

電站鍋爐風(fēng)煤調(diào)平低氮燃燒控制研究

1提出問題1.1鍋爐運行監(jiān)測手段缺乏發(fā)電源煤粉爐的過度空氣系數(shù)對爐的燃燒狀態(tài)起著決定性作用。如果風(fēng)側(cè)系統(tǒng)的配置不平衡，爐內(nèi)空氣動態(tài)場存在明顯偏差，導(dǎo)致爐內(nèi)燃燒現(xiàn)象惡化。目前在我國電站鍋爐的運行中,由于難以精確、實時、全面地監(jiān)測煤粉濃度、各風(fēng)管風(fēng)量風(fēng)壓等參數(shù),并缺乏調(diào)平依據(jù)和手段,在已建成投產(chǎn)的300MW、600MW、1000MW級的各類機組鍋爐中,均大量存在一次風(fēng)媒系統(tǒng)不平衡、二次風(fēng)分配不平衡等問題。雖然在鍋爐建成調(diào)試時進行了基本風(fēng)煤系統(tǒng)的調(diào)平,但其實際調(diào)節(jié)效果缺乏精確評估依據(jù),其數(shù)據(jù)缺乏可靠性,而采用高精度煤粉濃度檢測儀、高精度風(fēng)速風(fēng)量測量儀等的實測表明,電站鍋爐風(fēng)煤不平衡問題較為突出和普遍。1.2agc控制的導(dǎo)濕快滑性差,加標回爐身目前電站鍋爐已廣泛采用低氮燃燒技術(shù)以達到NOX的排放指標。實測表明,低氮燃燒改造可顯著降低NOX的生成量,但其又會產(chǎn)生其它諸多問題,例如機組最小技術(shù)出力降低,調(diào)峰能力差;AGC控制的調(diào)節(jié)特性能差,主汽壓力偏差大、汽包水位波動,在低負荷時在原有控制方式下的爐膛壓力波動大;運行經(jīng)濟性差,主要體現(xiàn)在飛灰含碳量增大;再熱汽溫偏低。導(dǎo)致上述問題的主要原因是在應(yīng)用中存在著技術(shù)瓶頸,即燃燒器之間煤粉分配偏差過大,有的磨煤機燃燒器之間存在高達±30%~50%的分配偏差,而運行人員經(jīng)常通過提高二次風(fēng)量的方法彌補這種偏差,不但增加了排煙損失,也增加了NOX排放濃度。因此,必需對煤粉分配偏差進行調(diào)平,以徹底解決上述問題。2基于高精度煤機械平衡的低氮燃燒控制技術(shù)的路徑和實現(xiàn)方法2.1數(shù)字化煤調(diào)平燃燒控制系統(tǒng)組成實現(xiàn)風(fēng)煤調(diào)平低氮燃燒的基本途徑就是解決上述風(fēng)煤分配不平衡問題,達到各燃燒器噴入的煤粉、一次風(fēng)、二次風(fēng)的流量平衡,流速分布和壓力分布的互相匹配,形成最佳的空燃比、空氣動力場和適宜的過量空氣系數(shù),實現(xiàn)燃燒過程的均衡發(fā)展、低NOX的燃燒氣氛和適宜的燃燒溫度及燃燒的穩(wěn)定性。數(shù)字化風(fēng)煤調(diào)平燃燒控制系統(tǒng)首先采用先進的采用絕對量測量方法準確測量出一、二次風(fēng)量和煤粉的分配狀況及其偏差量,然后用專利設(shè)計的調(diào)節(jié)元件把一、二次風(fēng)量和煤粉偏差調(diào)整到一定的范圍,以保證每個燃燒器內(nèi)的過量空氣系數(shù)基本達到設(shè)計值。進行數(shù)字化燃燒控制系統(tǒng)改造的主要內(nèi)容包括:通過CFD設(shè)計把二次風(fēng)及燃盡風(fēng)大風(fēng)箱分隔成與燃燒器及燃盡風(fēng)噴口數(shù)量相對應(yīng)的分體式風(fēng)道,并在每個分體式風(fēng)道加裝風(fēng)量測量裝置及特制的調(diào)節(jié)風(fēng)門;在每個煤粉管上加裝特制的電動球形調(diào)節(jié)閥及煤粉濃度、流速和質(zhì)量流量測量裝置;在每臺磨煤機分離器內(nèi)對應(yīng)于每個風(fēng)粉管加裝一臺電動濃度調(diào)節(jié)擋板。該數(shù)字化風(fēng)煤調(diào)平燃燒控制技術(shù)系統(tǒng)的組成如圖1所示。2.2煤粉質(zhì)量流量的測量采用新型測量技術(shù)實時在線測量并顯示煤粉濃度、流速、質(zhì)量流量及其變化過程,進而采用專利設(shè)計的煤粉濃度調(diào)節(jié)器和煤粉流速調(diào)節(jié)器,對煤粉流速和濃度進行在線調(diào)整,使煤粉流速、濃度、質(zhì)量流量達到高度均勻,其中煤粉流速偏差在1m/s以內(nèi),煤粉質(zhì)量流量偏差在±5%以內(nèi)。采用高精度的煤粉質(zhì)量流量測量手段和控制執(zhí)行機構(gòu),并與一次風(fēng)、二次風(fēng)的精確實時測量與控制相結(jié)合,成為有效實施該風(fēng)煤調(diào)平低氮燃燒的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。煤粉質(zhì)量流量的測量采用絕對量測量原理,其優(yōu)點是測量結(jié)果分辨率高,而且能根據(jù)給煤機的測量信號對煤粉質(zhì)量流量的測量結(jié)果進行校驗,及時發(fā)現(xiàn)測量系統(tǒng)是否工作正常。圖2為某電廠進行煤粉調(diào)平前后煤粉分配狀況的對比,其中編號為S01的煤粉管的煤粉質(zhì)量流量由原有高出其它煤粉管近1倍,降低到與其它煤粉管基本相當(dāng),可見實施調(diào)平的必要性和有效性。3根據(jù)高精度風(fēng)煤調(diào)度平均低氮燃燒生產(chǎn)能力的實際案例和分析3.1電廠低氮燃燒系統(tǒng)華能北京(高碑店)熱電廠一期4臺鍋爐,為德國公司設(shè)計,武漢鍋爐廠生產(chǎn)的W型火焰、帶飛灰復(fù)燃裝置的液態(tài)排渣塔式直流鍋爐。從機組投產(chǎn)至今,爐膛振動一直威脅著鍋爐運行安全,并且液態(tài)排渣鍋爐燃燒過程產(chǎn)生的氮氧化物濃度較高,機組滿負荷工況下鍋爐燃燒產(chǎn)生的氮氧化物約700mg/Nm鍋爐燃燒系統(tǒng)采用德國巴布科克公司設(shè)計的WSD型低氮氧旋流燃燒器,該廠的每臺燃燒器都有獨立的二次風(fēng)管道,并安裝有二次風(fēng)量在線測量裝置,實現(xiàn)了每臺燃燒器配風(fēng)的實時在線控制,據(jù)此可以通過調(diào)整每臺燃燒器出口的過量空氣系數(shù)降低火焰中的氮氧化物生成量。由于當(dāng)初沒有高精度測量與控制煤粉分配的技術(shù),部分燃燒器具有較高的氮氧化物排放。3.2濃度調(diào)節(jié)斑塊的調(diào)整煤粉調(diào)平試驗采用了德國PROMECON-立宇科技公司的成套風(fēng)煤在線調(diào)平系統(tǒng),包括高精度數(shù)字化實時在線測量儀器,和可以調(diào)整煤粉濃度的調(diào)節(jié)擋板,在試驗中對煤粉流速、濃度和質(zhì)量流量進行連續(xù)測量并對濃度調(diào)節(jié)器進行調(diào)整。表1是對3號磨煤機調(diào)整前后每臺燃燒器的過量空氣系數(shù)變化情況。在采用濃度調(diào)節(jié)擋板調(diào)整之前,實測的煤粉質(zhì)量流量的最大偏差為+12.89%,流速偏差為3.5m/s,燃燒器出口過量空氣系數(shù)的最大值和最小值分別為0.84和0.687;而采用濃度調(diào)節(jié)擋板調(diào)整之后,質(zhì)量流量偏差降低至+5.23%,流速偏差1.5m/s以內(nèi),燃燒器出口過量空氣系數(shù)的最大值和最小值分別為0.816和0.758。第二次煤粉調(diào)平試驗使SCR入口的氮氧化物濃度降低到約350~380mg/Nm3.3低氮氧燃燒新技術(shù)經(jīng)煤粉調(diào)平和降低燃燒器內(nèi)過量空氣系數(shù)的試驗,使3號爐每個燃燒器的過量空氣系數(shù)都在0.75~0.82之間。四臺爐滿負荷工況下脫硝SCR反應(yīng)器入口的NOX已經(jīng)由最初的700mg/Nm通過適當(dāng)降低每個燃燒器出口的過量空氣系數(shù),飛灰可燃物含量不上升反而有所下降,鍋爐排煙中CO濃度大幅降低,機組供電煤耗下降約4g/kWh。同時由于鍋爐總風(fēng)量減少,風(fēng)機電耗明顯下降,4臺爐風(fēng)機電耗每年減少約900萬kWh。經(jīng)過兩年時間的運行證明,鍋爐低氮氧燃燒調(diào)整后沒有發(fā)生高溫腐蝕、結(jié)大焦等威脅鍋爐安全的情況,鍋爐爐墻振動得到明顯改善。這些結(jié)果說明通過采用高精度的數(shù)字化煤粉調(diào)平技術(shù)并結(jié)合煤粉濃度調(diào)節(jié)器的應(yīng)用,能有效降低煤粉流速和質(zhì)量流量偏差,并結(jié)合適當(dāng)減小燃燒器內(nèi)過量空氣系數(shù),是降低鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生氮氧化物和提高鍋爐效率的有效手段。因此,該基于風(fēng)煤調(diào)平的低氮燃燒控制新技術(shù)方式對電站鍋爐運行具有穩(wěn)定燃燒、潔凈燃燒、高效燃燒、經(jīng)濟燃燒等多重重要意義。4煤調(diào)和平低氮燃燒機理及其技術(shù)實現(xiàn)形式電站鍋爐由于風(fēng)煤分配不平衡引起爐內(nèi)燃燒惡化,而現(xiàn)有低氮燃燒技術(shù)在實踐中加劇了上述問題,對鍋爐運行穩(wěn)定性、安全性、排煙中一氧化碳含量及飛灰含碳量、鍋爐效率等產(chǎn)生不利影響,其根本原因在于對于一次風(fēng)媒系統(tǒng)、二次風(fēng)等缺乏精確實時的測量和調(diào)節(jié)控制方法。數(shù)字化風(fēng)煤調(diào)平低氮燃燒技術(shù)系統(tǒng),依據(jù)風(fēng)煤調(diào)平和低氮燃燒機理及其技術(shù)實現(xiàn)形式,采用煤粉質(zhì)量流量測量方法及一次風(fēng)、二次風(fēng)的流量測量方法和執(zhí)行機構(gòu),可實現(xiàn)精確測量、進而精準調(diào)節(jié)燃燒器的空燃比和過量空氣系數(shù),從而保證爐內(nèi)處于所需的空氣動力場、燃燒處于低NOX穩(wěn)燃氣氛,降低煙氣中的CO含量、飛灰含碳量及含氧量,大幅降低脫硝裝置入口NOX含量、減少脫硝用尿素、燃油及催化劑等的耗費、減少鼓引風(fēng)機耗電量等,并可有效提高鍋爐運行的穩(wěn)定性、安全性。通過華能北京熱電廠的鍋爐改造實例表明,其實現(xiàn)了精確測量、精確調(diào)節(jié)一次風(fēng)媒系統(tǒng)、二次風(fēng)的參數(shù),可實現(xiàn)氮氧化物生成量由超過700mg