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1、800MW 俄制锅炉烟气再循环系统的运行优化 800MW 俄制锅炉烟气再循环系统的运行优化 翀蒋1，李志山2，邹海峰2，邹天舒11. 东北电力科学研究院有限公司，沈阳市和平区四平街 39 号，110006 2. 国华绥中发电有限责任公司，辽宁省葫芦岛市绥中县前所镇，125222 Operation Optimization on Gas Recirculation System of Russian-made 800MW Boiler JiangChong1,LiZhiShan2,ZouHaiFeng2,ZouTianShu1(1. Northeast Electric Power Resea
2、rch Institute Co.,Ltd, No.39 SiPing Street HePing District ShenYang, 110006 2. GuoHua SuiZhong Power Generation Co.,Ltd, QianSuo Town SuiZhong County HuLuDao LiaoNing Province,125222) ABSTRACT: In this article, through analyses tests data, estimation is made on the operation ways of gas recirculatio
3、n system of Russian-made 800MW boiler, the current best operation way is proposed. KEY WORD: boiler, gas recirculation 摘 要：摘 要：本文通过分析现场试验结果，从安全性和 经济性两方面评价了某厂 800MW 俄制锅炉烟气再循环 系统各种运行方式的优缺点，提出了当前烟气再循环 系统的最佳运行方式。 关键词：锅炉 烟气再循环 1 概述 1 概述 某厂俄制 800MW 机组锅炉为塔干罗格锅炉厂生 产的超临界压力具有一次中间再热直流锅炉，配备 -800-240-5 型汽轮机和 -80
4、0-2 型发电机。锅 炉设计有烟气再循环系统（以下简称烟再系统） ，利用 2 台烟气再循环风机，从省煤器出口抽取烟气送至燃 烧器喷口和炉膛上部，降低燃烧器区域和炉膛出口温 度，防止结焦的发生。锅炉从投产至今，由于烟再系 统中的除尘设备除尘效率较低，加上烟再系统长时间 低流量运行，造成系统管道内积灰较为严重，降低了 机组运行的安全性。另外，由于再循环风机功率较大， 因此烟再系统的运行也增加了厂用电率，降低了机组 的经济性。烟再系统较为复杂，包含的设备较多，这 也给检修人员和运行人员造成了诸多不变。本文通过 2 台锅炉的针对性试验，从机组运行的安全性和经济性等方面分析了烟再系统的各种运行方式，认为
5、采用 二次风代替再循环烟气是烟气再循环系统的最佳运行 方式。 2 设备概况 2 设备概况 该锅炉为 -2650-25-545 型单炉膛锅炉， 受热 面 T 形对称布置。炉膛装有 48 个旋流式煤粉燃烧器， 在两侧墙上分四层布置（每侧墙每层六个燃烧器） 。燃 烧器在结构上采用成组供应热风，单独供给风粉混合 物和再循环烟气。燃烧器在热风箱中有可调节的旋流 装置，用以旋转中心风、风粉混合物和再循环烟气。 为了降低炉膛燃烧器区域及炉膛出口的烟气温 度，防止结焦并平衡其温度场，锅炉设置热烟气再循 环系统，由 2 台烟气再循环风机自对流竖井省煤器后 抽取炉烟。风机入口装有除尘器，出口分别送到锅炉 一侧四层
6、燃烧器及炉膛上部 54m 喷口，两侧系统有联 络管相连。当 2 台再循环风机停止运行时，由两侧热 风道向烟气再循环系统送风，冷却喷口，并短期内代 替热烟的作用。 原设计采用多管式旋风子除尘器，后经讨论研究 改用二级除尘装置。第一级为集尘器，由西伯利亚研 究所研制，除尘效率 63%，但对粒度大于 50m 的颗 粒除尘效率达 98%。第二级为普通机械式除尘器，总 效率不低于 80%。 锅炉简图见图 1， 燃烧器简图见图 2。 2007 中国电机工程学会年会论文集广东东莞 图 1 锅炉简图 图 2 燃烧器简图 3 二次风代替再循环烟气试验结果 3 二次风代替再循环烟气试验结果 根据当前设备状况和烟气
7、再循环系统的一般设 计规律，除了对再循环烟气量进行适当的调整外，烟 再系统还可以采用以下 3 种运行方式： ? 采用二次风代替再循环烟气； ? 采用冷烟再循环代替热烟再循环； ? 烟气再循环系统完全停运。 为了全面了解各种运行方式对锅炉各方面的影 响，在 2 台锅炉上进行了针对性试验。由于当前锅炉 系统只有热炉烟系统，无法进行采用冷炉烟代替热炉 烟的试验，因此试验主要以采用二次风代替热炉烟再 循环和烟气再循环系统全停试验为主。 3.1 二次风与再循环烟气流量有所不同 为了了解烟再正常投运和采用二次风代替烟再 时烟再流量和二次风流量，对二次风代替烟再和烟再 正常投运时烟再系统管道内介质流速进行了
8、测量。 测量发现，烟再正常投运时，燃烧器区烟再管道 内烟气流速为 8.05m/s，54m 烟再管道内烟气流速为 6.01m/s；采用二次风代替烟再时，燃烧器区烟再管道 内二次风流速为 7.93m/s， 54m 烟再管道内二次风流速 为 9.68m/s。 可以看出，在燃烧器区域，通烟气和通二次风时管道内平均流速基本相同，但 54m 喷口管道内流速通 二次风时比通烟再时高出 61%。在进行 2 号锅炉从通 烟气状态切换到通二次风状态试验时，测量 54m 喷口 管道内流速也反映出同样的现象，而切换到二次风后 炉膛内 54m 四管泄漏检测仪检测到噪音有所上升也从 侧面证明了这一点。 3.2 喷口附近温
9、度上升 为了了解烟再系统的投运对炉膛内燃烧器区域 温度的影响，对 2 号锅炉烟再正常投运和利用二次风 代替烟再的工况，以及 1 号锅炉采用二次风代替烟再 的工况进行了燃烧器区域温度最高值的测量，测量采 用激光测温仪，利用每个燃烧器外端的看火孔进行测 量。测量结果平均值见表 1。 表 1 燃烧器区域温度最高值测量结果 工况名称 2 号炉烟再正常投运 2 号炉二次风代替烟再 1 号炉二次风代替烟再最高温度 1231.4 1360.1 1384.3 烟气再循环正常投运时，由于烟气相对于一、二 次风是惰性气体，含氧量较低，因此在燃烧器内通入 再循环烟气将导致煤粉着火推迟，这对于降低燃烧器 喷口附近温度
10、，保护燃烧器，防止燃烧器区域发生结 焦是有利的，这正是原设计在燃烧器区域通入再循环 烟气的目的之一。当采用二次风代替烟再时，由于惰 性气体被温度接近的二次风代替，在风速相同的情况 下（3.1 节结论） ，必然使煤粉着火提前，喷口附近温 度上升。 从表 1 可以看出，对于 2 号锅炉，用二次风代替 烟再的工况燃烧器喷口附近温度最高值比烟再正常投 运的工况平均高出了 128.7，且与 1 号锅炉二次风 代替烟再工况的温度水平十分相当。 3.3 受热面壁温有所下降 表 2 为锅炉烟再正常投运与二次风代替烟再工况下受 热面壁温的平均值。从表中可以看出，采用二次风代替烟再 后，水冷壁壁温平均值下降了 6
11、.8，其它受热面壁温略有 下降。 根据文献【1】的说明，中俄双方在锅炉设计谈判时期， 俄方曾进行过锅炉有烟气再循环、 无烟气再循环炉膛提高 8m 的两个工况进行过相关计算， 其中无烟气再循环工况比有烟 气再循环工况强燃烧区域温度上升 86， 理论燃烧温度上升 32， 但该计算中无烟气再循环工况与当前锅炉采用二次风 代替烟再的工况有所不同 （计算工况没有 54m 喷口通入的二 次风） 。在同样的炉膛出口氧量下，当前采用二次风代替烟 再的工况使得部分二次风从 54m 烟再喷口送入炉膛， 主燃烧 器区域的氧量水平必然低于理论计算值， 因此燃烧器区域处 于欠氧燃烧状态 （与理论计算工况比较和与采用烟气
12、再循环 比较都是如此） ，必将导致理论燃烧温度下降，从而导致水 冷壁壁温下降。 而且这与本文 3.2 节中二次风代替烟再后燃 烧器喷口温度最高值上升并不矛盾。 从燃烧器喷口附近温度 测量的测点和测量仪器来看， 测量的结果仅仅是燃烧器喷口 附近区域温度，是煤粉初期着火后的温度水平，是由于煤粉 着火初期（烟再喷口位于一次风和二次风喷口之间）氧量上 升的结果，并不代表煤粉后期燃烧时的温度水平，即整个燃2007 中国电机工程学会年会论文集广东东莞 烧器区域的整体温度水平。在煤质、二次风温、一次风温和 风量等其它条件相同的情况下， 燃烧器区域的整体温度水平 在一定范围内（保证煤粉充分燃烧）是随着燃烧器区
13、域整体 氧量的降低而降低的， 燃烧器区域整体温度水平下降是整个 燃烧器区域氧量下降所导致的结果，因此两者之间并不冲 突。由于炉膛水冷壁下辐射区正好处于燃烧器区域，因此中 间点介质温度（下辐射区流程出口温度）略有下降就充分 证明了了这一点。而如果在 54m 以下煤粉已经基本燃尽，则 54m 喷入的二次风将使温度进一步下降， 炉膛出口烟温下降。 转向室烟温、屏过、高过、高再、低再的壁温略有下降也说 明了这一点。 表 2 受热面壁温统计表 测点位置 烟再 正常投运 二次风 代替烟再 中间点温度 393 391.9 转向室烟温 612.8 610.9 33m 水冷壁前墙壁温 385.3 380.1 3
14、3m 水冷壁后墙壁温 387.1 374.6 其它水冷壁壁温 393.4 390.6 屏过壁温平均值 481.8 480.5 高过壁温平均值 527.9 527.1 高再壁温平均值 533.3 532.9 低再壁温平均值 456.2 452.6 3.4 NOx排放有所下降 为了了解二次风代替烟再后， 锅炉NOx排放的变化情况， 在空气预热器入口烟道处进行了烟气中NOx含量测量， 测量结 果见表 3。从表中可以看出，采用二次风代替烟再后，锅炉 NOx排放量从 945.2mg/m3下降到 822mg/m3，下降了 123.2 mg/m3，下降幅度达到了 13%。 表 3 NOx排放测量结果 项目名
15、称 单位烟再 正常投运 二次风 代替烟再烟气含氧量 % 3.47 3.55 烟气NOx含量 ppm 538.8 466.5 换算到 6%氧量下NOx含量 mg/m3945.2 822 由于采用二次风代替烟再后， 在总氧量不变的前提下有 一部分二次风从 54m喷入， 造成了主燃烧器区域的欠氧燃烧， 这种工况类似于分级燃烧方式。 烟气再循环可以降低火焰温 度， 从而有利于控制热力型NOx的生成， 所以这一措施对于固 态排渣炉的影响效果非常有限， 因为燃用固体燃料时， NOx主 体部分是来至燃料型氮的【2】。 而分级燃烧可以降低燃烧器区域氧分压和温度水平， 因此可以更有效的控制燃料型氮和热 力型氮的
16、生成。所以，在燃料基本相同和总氧量不变的条件 下， 采用二次风代替烟再时， NOx的排放量低于采用烟再时的 排放量。 3.5 飞灰含碳量基本不变、大渣含碳量有所下降 表 4 为不同工况下飞灰、 大渣的含碳量。 从表中可以发现，由于当前燃用煤质挥发份较高，且采用二次风代替烟再 后煤粉着火有所提前，因此虽然主燃烧区氧量偏低，但飞灰 含碳量基本没有变化，而大渣含碳量有所下降。 表 4 飞灰大渣含碳量对比表 项 目 2 号炉烟再正常投运 2 号炉二次风代替烟再 1 号炉二次风代替烟再飞灰含碳量 0.4 0.45 0.58 大渣含碳量 1.38 0.2 0.28 3.6 再热蒸汽喷水量有所降低 从试验期间表盘记录可以发现，由于二次风代替 烟再使炉膛出口烟温有所下降，而在总氧量不变的前 提下，炉膛出口到省煤器出口（再循环烟气抽取点） 范围内烟气流量下降，使得再热器换热有所减弱，再 热器事故喷水量有所降低。采用二次风代替烟再后再 热蒸汽喷水量下降了 11.43t/h。 3.7 代替
