#1鍋爐低氮燃燒器改造項目可行性研究報告

一、前言浙江大唐烏沙山發(fā)電廠一期工程為4×600MW燃煤發(fā)電機組，三大主機采用哈電集團的設備。主要系統(tǒng)設計由浙江省電力設計院承攬。鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的超臨界參數(shù)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(tài)排渣煤粉爐，燃燒方式為前后墻對沖燃燒，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(chǎn)的動葉可調(diào)軸流風機，引風機為成都電力機械廠生產(chǎn)的靜葉可調(diào)軸流風機。＃1機組于2006年4月，＃2機組于2006年7月，＃3機組于2006年9月，＃4機組于2006年11月分別通過168小時試運正式投入運行。鍋爐燃燒器采用30只低NOX軸向旋流燃燒器（LNASB）前后墻布置、對沖燃燒，配有6臺HP1003中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，B-MCR工況下5臺運行，一臺備用，每臺磨煤機供一層主燃燒器所需煤粉，煤粉細度為：R90=18.38%。（一）項目名稱：#1鍋爐低氮燃燒器改造（二）項目性質(zhì)：環(huán)保項目（三）可研編制人：徐春（四）項目負責部門：浙江大唐烏沙山發(fā)電廠設備部（五）項目負責人：趙學峰二、項目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(fā)電有限責任公司設備部承擔可行性研究。（二）項目提出的背景#1鍋爐本體燃燒器自機組投產(chǎn)以來，鍋爐本體燃燒器由于設計等原因，一次風筒下部先后在運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(nèi)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(wěn)定運行構(gòu)成嚴重威脅，影響了機組的滿負荷出力，環(huán)保指標超標。根據(jù)研究結(jié)果和鍋爐實際運行情況，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(jié)構(gòu)型式欠妥，中心回流區(qū)深入到燃燒器噴口內(nèi)部，一次風與二次風混和過早，不利于抑制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(nèi)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污染越加嚴重，國家的環(huán)保法規(guī)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(gòu)成嚴重威脅，部分設備長期停運，氮氧化物超標，燃燒器運行現(xiàn)狀與一流標準相差甚遠。國家的環(huán)保法規(guī)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100mg/Nm3以下。因此結(jié)合機組檢修，對鍋爐燃燒器進行改造是必要的。（四）調(diào)查研究的主要依據(jù)、過程及結(jié)論在爐膛中降低NOX的技術，它們可以分成三種基本形式：一些與鍋爐運行有關；一些基于爐膛和鍋爐設計；還有一些涉及燃燒裝置設計。幾種低NOX技術可以聯(lián)合使用，但不會產(chǎn)生是疊加效果。最終的選擇必須基于對燃料分析，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(jīng)濟的控制NOX排放方法是采用低NOX燃燒器抑制NOX在爐膛內(nèi)的產(chǎn)生。還可以聯(lián)合采用分級燃燒，部分燃燒空氣經(jīng)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形成是基于：1）在燃燒的前期階段最大量地釋放揮發(fā)份；2）造成一個最初的缺氧區(qū)域以抑制燃料氮轉(zhuǎn)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）后期延長富氧區(qū)的滯留時間（三次風）保證燃盡；5）良好的煤粉細度有助于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，但這是一個延遲混合的過程，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，除非采取相應的補嘗措施。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，可以采用分級燃燒技術來達到。系統(tǒng)的核心是性能好的低NOX燃燒器，有著固有的穩(wěn)定性和內(nèi)在的低NOX燃盡能力。在過程的早期階段即對整體系統(tǒng)的最終性能有著顯著影響。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(qū)域上方稱之為燃盡風噴嘴送風進爐膛實現(xiàn)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(qū)內(nèi)逸出，并能消除存在的NO；燃盡風在前后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(zhuǎn)噴出以保證與燃燒煙氣流的混合。燃盡程度取決于燃盡風與上升燃燒煙氣流的混合。也就是取決于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(nèi)的煙氣溫度也是重要的，總的過?？諝庀禂?shù)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(fā)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(tǒng)趨向比單靠燃燒器用了更多的過?？找虼?，一個有效的兩級送風系統(tǒng)，大體上由以下組成：1）性能好的低NOX燃燒器；2）較低的燃燒器區(qū)域過?？諝庀禂?shù)；3）燃盡空氣引入之前較長的滯留時間；4）上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(tǒng)或設備的基本情況燃燒器布置方式采用前后墻布置，對沖燃燒。前后墻上各布置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，前后墻各布置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斗彎管處(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沖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(chǎn)物中的未燃顆粒充分混合，稱之為二次風。每一個燃盡風噴嘴通過一次風擋板調(diào)整一、二次風比例。調(diào)整桿穿過OFA噴嘴的面板與這個擋板連接，并允許擋板的位置變化。調(diào)整桿上的指桿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，燃燒器組件磨損嚴重，燃燒器噴口結(jié)渣嚴重，存在噴口燒壞變形。NOx排放高的主要原因在于：(1)燃燒器結(jié)構(gòu)型式欠妥，沒有采用外濃內(nèi)淡周向分離技術，燃燒器一、二次風混合提前，不利于抑制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(qū)域加入，給氮氧化物的產(chǎn)生創(chuàng)造了有利條件。燃燒器噴口結(jié)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(qū)，并且回流區(qū)的起點在燃燒器內(nèi)部，回流區(qū)卷吸的高溫煙氣易使燃燒器噴口結(jié)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(nèi)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、二次風組件改造，更換為低氮內(nèi)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(jīng)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，比較理想的方法是采用改造燃燒器一、二次風組件，通過內(nèi)壁增設耐磨陶瓷材料的方法，徹底解決粉管在運行中NOx排放量高，磨穿磨漏的現(xiàn)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(diào)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設備技術改造，能解決目前#1爐燃燒器所存在的諸多問題。（二）改造后預期達到的效果1)改造后NOX排放達到的指標：在B-MCR工況下，5臺磨煤機運行（ABCDE運行或ABCEF或ABCDF運行或ABDEF運行NOX排放濃度不超過200mg/Nm3(O2=6%)；在B-MCR工況下，6臺磨煤機運行，NOX排放濃度不超過240mg/Nm3(O2=6%)；在低負荷工況下，4臺磨煤機運行（ABCE運行NOX排放濃度不超過180mg/Nm3(O2=6%)。在低負荷穩(wěn)燃工況下（ABC運行或ABE運行NOX排放濃度不超過240mg/Nm3(O2=6%)。2)鍋爐改造后，運行穩(wěn)定，爐膛負壓穩(wěn)定，主蒸汽壓力、主蒸汽溫度達到設計要求；3)在燃用現(xiàn)運行煤質(zhì)時，鍋爐在額定負荷下運行時，鍋爐效率不低于改造前的效率，飛灰可燃物含量不提高；4)燃燒器區(qū)無結(jié)渣現(xiàn)象；5)煤粉燃燒器使用壽命達到2個大修期；6)水冷壁進行改造后，不破壞鍋爐的水動力特性。（三）施工方案、過渡方案對該項目預先進行詳細的論證，對外發(fā)布招標公示，對投標單位的資質(zhì)，施工能力，施工方案等進行考察，對中標單位加強管理監(jiān)督，待機組大修期間實施。（四）是否需要停機停爐或結(jié)合機組大、小修等需要待機組大修期間實施。四、項目規(guī)模和主要內(nèi)容（一）項目方案及內(nèi)容綜述屬重點技改項目，對#1爐除5臺等離子以外其余25臺燃燒器進行低氮內(nèi)貼耐磨陶瓷燃燒器改造。先將前墻10臺、后墻15臺原燃燒器拆除，后將改造后的新型燃燒器一次風、二次風組件安裝就位，并進行冷態(tài)動力廠試驗，待機組啟動后進行熱態(tài)調(diào)整。（二）工程計劃開竣工時間可利用停機大修機會，50天左右即可完成。（三）項目范圍#1鍋爐爐膛25只燃燒器一、二次風組件改造更換。（四）項目的主要設備材料構(gòu)成25只燃燒器及其安裝附件訂制，現(xiàn)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）改造后系統(tǒng)布置的變化系統(tǒng)布置無變化。（六）主要設備制造（訂貨）周期設備訂購周期大約90天。（七）調(diào)研、可研、初設、設計、招標、訂貨、開工、工程各施工步驟(包括拆除、土建、安裝等)、試驗、調(diào)試、試運行、竣工驗收等整個項目的時間進程計劃安排可研編寫上報：2012年9月設備招標：2012年11月設備訂貨：2012年11月工程施工：2013年4月-6月設備調(diào)試、驗收：2013年4月-6月五、工程實施條件（一）設計、施工單位的選擇#1鍋爐燃燒器改造設計可由設備部與設備制作單位共同完成，改造施工由檢修單位完成。設計、施工單位均通過招標確定。（二）工程施工周期#1鍋爐本體25只燃燒器改造更換工作需50天時間，可在機組大修期間進行。（三）設備制造周期中標或議標單位須在施工前將所需設備交付到檢修現(xiàn)場。制作周期大約3個月。（四）主要設備及材料的采購是否采用招議標方式進行采用招議標方式進行。六、投資估算表及設備、材料明細表（一）投資估算表1低氮燃燒器一次風組件(可調(diào)式)2低氮燃燒器二次風組件（可調(diào)式）3OFA風箱4施工（包括人工）費（二）設計費：0萬元（三）調(diào)試費：0萬元（四）設備費：1298萬元（五）施工費（其中含人工費202萬元（六）主材料費：0萬元（七）工程總投資：1500.0萬元七、經(jīng)濟效益分析利于提高本單位系統(tǒng)的綜合生產(chǎn)能力與經(jīng)濟效益，包括節(jié)能降損、提高效益、降低成本、增加利潤等。該工程實施并竣工后，達到煤粉燃燒器NOX排放濃度，最大程度滿足鍋爐燃燒要求，避免一次風粉屢次磨漏和磨穿一次風管，減少因燃燒器喉口易掛焦或結(jié)焦最終導致掉大焦對下部水冷壁及撈渣機的威脅。1）節(jié)約氮氧化物排污費#1鍋爐滿負荷工況下機組煙氣量為2511t/h，按照年運行5500h計，改造前平均NOx排放濃度為500mg/m3(O2=6%)，改造后平均NOx排放濃度為180mg/m3(O2=6%)，則鍋爐每年向大氣排放的NOX改造前為5311.6t，改造后為1912.2t，改造后每年NOX減排量為3399.4t。按照現(xiàn)行大氣污染物排污費為0.6元/kg計算，則進行改造后，#1鍋爐每年少繳的氮氧化物排污費為204萬元。2）當采用液氨作為脫硝劑如果用液氨作為脫硝劑（液氨按每噸2800元），單臺鍋爐脫除這些NOx，每年消耗液氨量：每1噸液氨需要消耗1噸蒸汽（每噸按33元），折合每年的費用為：所以，采用SCR煙氣脫硝系統(tǒng)，僅考慮脫硝劑消耗費用，當用液氨作為脫硝劑時，每年煙氣脫硝系統(tǒng)運行費用至少八、評價結(jié)論（一）運用各種數(shù)據(jù)，從安全、技術、經(jīng)濟、財務等方面，論述工程項目的可行性和存在問題通過對＃1鍋爐燃燒器的改造，使得煤粉燃燒器達到低氮平穩(wěn)健康運行，滿足鍋爐燃燒要求，徹底解決一次風粉屢次磨漏和磨穿一次風管趨勢化設備問題，最大限度增強風粉旋流強度，防止燃燒器喉口易掛焦和掉大焦對下部水冷壁及撈渣機的威脅。從經(jīng)濟角度分析，燒損一臺燃燒器直接損失就達30-50萬左右，此外，二次風箱修復費用大約10萬，加上爐膛掉大焦引起