珙县电厂一期2×600MW工程燃烧系统设计优化专题报告.ppt
珙县电厂一期2600MW工程燃烧系统设计优化专题报告,2010.06.17,主要内容,前言东锅“W”型火焰锅炉技术的发展东锅超临界“W”型火焰锅炉设计关键点东锅超临界“W”型火焰锅炉设计指导思想东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化总结,1.前言,珙县电厂一期2600MW工程是东方锅炉设计制造的首批超临界“W”型火焰锅炉之一，按照工程进度很有可能成为东方锅炉首台投运的超临界“W”型火焰锅炉机组，故该工程对于东方锅炉和珙县电厂均具有里程碑意义。因此，东方锅炉对该工程极为重视，在设计之初，就对已投运机组经验教训进行了大量分析研究，在项目的具体实施过程中做了大量设计优化工作，而作为锅炉核心部分的燃烧系统也是锅炉设计的重中之重，东方锅炉对此进行了充分研究，实施了大量的优化措施，本专题对此进行介绍。,2.东锅“W”型火焰锅炉技术的发展,第一阶段：上世纪90年代初，从美国FW公司引进了300MW、600MW亚临界双拱燃烧技术,东方锅炉开发“W”型火焰锅炉产品经过了四个发展阶段。,第二阶段：消化吸收掌握300MW“W”型火焰锅炉技术，并进行大量自主改进和优化。,第三阶段：自主开发金竹山、阳城、珞璜等600MW”W”型火焰锅炉。通过15年历代产品研发、运行，东锅业绩优异、经验丰富。,第四阶段：自主开发超临界锅炉“W”炉。,3.东锅超临界“W”型火焰锅炉设计关键点,超临界“W”型火焰锅炉是将“W”型火焰燃烧技术和超临界技术结合，能更加高效燃烧低挥发份无烟煤的新型锅炉产品。东方锅炉开发的600MW超临界“W”火焰锅炉是将双拱燃烧技术、超临界参数汽水系统技术、低质量流速垂直管圈水动力技术三者结合起来的新型锅炉，其优势是能够实现无烟煤的高效利用，比同等级的亚临界W炉可更有效的降低煤耗和污染物排放。针对以往的“W”火焰锅炉NOx排放高的问题，燃烧系统做了改进，炉拱上方增加了燃尽风。汽水系统和流程采用常规超临界对冲炉的成熟设计。,4.东锅超临界“W”型火焰锅炉设计指导思想,东方锅炉超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统的指导思想首先是要有良好的性能，产品应具备良好的安全可靠性和环保性：确保高效稳定的燃烧 防止炉膛及对流受热面结渣 降低NOx的生成和排放 负荷适应性好，调峰性能强 满足业主提出的各项性能要求 燃烧系统的选型和设计应确保上述目标的实现，同时还要兼顾操作灵活、简便，使产品拥有较好的经济性和可调节性。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.1 炉膛选型设计,炉膛作为锅炉燃料燃烧的主要空间，其设计是燃烧系统中极为重要的部分，因此在确定锅炉燃烧系统方案时，首当其冲的就是确定合适的炉膛选型设计。炉膛选型设计主要考虑两部分内容，一是炉膛轮廓尺寸，二是炉膛热力指标，两者均要求炉膛设计满足下述要求：合理的热力指标 满足燃烧器布置 控制炉膛宽度 合理的燃尽空间 这些是实现高效燃烧、防止结焦和高温腐蚀等必须考虑的要点。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.1.1 炉膛尺寸确定,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.1.1 炉膛热力指标,超临界“W”炉的炉膛热力指标与亚临界W炉相比，有着相似的断面热负荷、更大的容积热负荷，有利于稳燃和燃尽。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.1.1炉膛内屏式过热器布置优化,东方锅炉亚临界W炉采用的FW式疏水大屏下部伸入高温区，底部距离炉拱较近，不利于煤粉燃尽，对于燃烧云贵高硫份、强结焦性烟煤，疏水式大屏下部容易发生结焦和高温腐蚀。珙县电厂超临界W炉设计中，将大屏过热器改为悬挂式大屏，屏底远离炉拱，增大了燃尽空间，有利于降低飞灰含碳量，提高锅炉效率。同时，由于燃尽空间的增加，进入屏区的烟气温度低于FW疏水屏的屏区进口烟温，将明显改善大屏底部挂焦问题和高温腐蚀问题。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.2 燃烧系统主要技术措施,东方“W”火焰锅炉在解决无烟煤着火、稳燃、燃尽等方面主要技术措施如下：采用双拱绝热炉膛，能有利地将高温烟气回流至着火区，提高下炉膛的烟气温度水平，使煤粉气流能迅速着火燃烧，解决了燃料的着火问题。采用双旋风分离煤粉浓缩型燃烧器，煤粉气流同时切向进入两个并列的旋风分离器，在离心力的作用下，大量煤粉颗粒被甩向分离器的外壁，含粉较少的乏气在筒中心部分被引出，提高了一次风的带粉量，形成了高的煤粉浓度，有利于煤粉气流的着火。拱上燃烧器下射式布置，使火焰形成“W”形，增加了火焰行程，延长了煤粉气流在炉膛中的滞留时间，提高锅炉燃烧效率。根据本工程煤质特性，即根据煤质挥发物的含量，氢的含量和含灰量的高低，综合判断煤种的着火反应速度，在下炉膛燃烧室敷设适量的卫燃带，本工程在炉膛的拱部、前后墙、翼墙、两侧墙均敷设了卫燃带，大大提高了着火区和燃烧区的温度，有利于煤粉的着火、稳燃与燃尽，提高锅炉热效率。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.2 燃烧系统主要技术措施,“W”型火焰锅炉燃料燃烧所需的空气部分从拱上送入，另有部分燃烧空气通过拱下前、后墙上的二次风口分层送入炉膛，分上、下两层送入，上层二次风口距拱有一定的距离，从而实现分级送风，实现分级燃烧。这种布置方式能保证二次风在无烟煤火焰开始着火后及时的补充燃烧所需的空气，因而是最适合燃烧发展缓慢的无烟煤特性。同时既能降低NOX生成量，又在下炉膛水冷壁表面形成了氧化性气氛，有效地防止结渣。在结渣方面，首先选用了合适的炉膛尺寸，高温过热器管屏采用了较大横向节距（S1=609.6mm），炉膛出口（高温过热器后）烟温为1040（BMCR工况），大大低于设计煤的灰熔化温度（变形温度DT1110，软化温度1190）。采用了较小的炉膛断面热负荷（下炉膛：qF=2.719MW/m2）。同时在下炉膛的拱上布置有一次风，前后墙布置有拱下二次风，两侧墙、翼墙、冷灰斗布置有边界风，翼墙下部有防焦风，整个下炉膛形成一个风墙，在敷设有卫燃带时亦可有效防止炉膛结渣。采用双进双出球磨机，提高煤粉细度，低负荷时煤粉细度更高，甚至可达100%通过200目筛，有利于低负荷提高锅炉燃烧效率。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.3 设计中考虑的重点措施,将高温烟气回流至着火区；提高一次风煤粉浓度；采用分级配风，防止过早送入二次风；敷设卫燃带，增强着火区辐射热量；较高的煤粉细度；采用较低的一次风速。,5.3.1解决无烟煤着火及燃烧稳定的技术措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,较高的煤粉细度；敷设卫燃带，提高燃烧区温度；着火后及时送入大量的二次风；适当增大过量空气系数（“=1.25）；采用“W”火焰增大火焰行程，延长煤粉停留时间；,5.3.2 解决无烟煤燃尽的技术措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,采用两级燃烧方式，提供给燃烧器的风量略少于其正常燃烧所需要的风量。燃烧所需要的其余的风量通过燃烧器上方的燃尽风风口来提供。这种布置方式对于减少NOx生成是非常有效的；燃尽风进入炉膛以前的区域都是燃料富集区，燃料在此区域的驻留时间较长，有助于燃料中的氮和已经存在的NO分解；通过给燃烧器二次风的分级配风来极大地限制在燃烧器区域的NOx生成；采用了双旋风煤粉浓缩燃烧器，实现煤粉浓缩；NOx的控制调节是通过改变燃烧区域的化学当量来实现的：即调节燃烧器和燃尽风之间的风量比例。,5.3.3 实现低NOx排放的技术措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,针对解决“着火稳燃”和“结渣”问题的矛盾性，东方“W”火焰锅炉特别注意防止炉膛结焦，在燃烧设备的布置上采用了一些独特的防结焦措施，并在实际运行中收到了良好的效果：一次风喷嘴热负荷小：全炉共24只双旋风煤粉浓缩燃烧器，48个一次风喷嘴.单个一次风喷嘴热负荷小，炉内热负荷分布均匀；拱下二次风不设集中风口：整个下炉膛前后垂直墙设计得就像一个巨大的布风板，均匀地向炉膛供风，在水冷壁表面形成一个氧化性保护区。这是防止炉膛结焦的最有效措施。下炉膛布置有边界风：东方“W”火焰锅炉在锅炉冷灰斗与侧墙交界处设有边界风，能够在该区域水冷壁壁面形成氧化性气氛，有效防止水冷壁结渣，同时也非常地有效地防止灰渣在这些部位积聚。边界风来自二次风大风箱，仅占二次风的极小部分。防止侧墙结焦：针对部分项目出现的侧墙拱部及切角区域出现的结焦问题，东方锅炉特在此区域设置有专门的防焦风，并适当增大了最外侧燃烧器距侧墙的距离，解决侧墙结焦的问题。,5.3.3 预防炉膛结焦的措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.3 燃尽风系统,本项目燃烧系统设计中最重要的变化就是在“W”型火焰锅炉上引入燃尽风，由于这是东方锅炉的首创设计，所以燃尽风率及燃尽风调风器的设计参数的选取就极为考究。,5.3.1 燃尽风率,因此燃尽风率的选择就极为重要，主要考虑两部分内容，一是在主燃烧区域的上方加入燃尽风对降低氮氧化物的产生是有利的，二是降低主燃烧区域的氧量是否影响燃料的着火和燃尽。经过反复分析和比较，最终确定燃尽风率为15，即炉膛出口中的过量空气系数为1.25的前提下，燃烧器区域的过量空气系数为1.063。为避免发生加入燃尽风后，燃烧器区域化学当量比降低造成的燃烧效率低及燃烧不完全现象，燃尽风采用从二次风总风道单独引入的方式，在前后墙布置两只燃尽风箱，每只风箱的入口处设置有风门调节挡板，燃尽风率可以实现单独从020的范围内调节。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.3.2 燃尽风调风器的设计,燃尽风调风器的个数选择:考虑到在整个炉膛断面上燃尽风加入的均匀性极为重要，因此最终采用了单面墙13只燃尽风调风器的方案，即每只燃烧器两侧均布置有燃尽风调风器，使得烟气与燃尽风的混合更加均匀。燃尽风调风器的设计：采用了与东方锅炉前后墙对冲炉型中的成熟结构，燃尽风调风器主要由一次风，二次风，调风器及壳体等组成。,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,5.4 双旋风煤粉燃烧器的设计选型,在本次超临界“W”炉设计中，燃烧器数量做了较大的调整，即由600MW亚临界项目的36只燃烧器调整为24只燃烧器，主要考虑如下：由于超临界锅炉水动力特性的要求，超临界600MW“W”炉比亚临界相比炉膛宽度缩小，无法布置36只燃烧器；由于本工程W炉采用双进双出磨煤机，且配置为6台；24只双喷口结构燃烧器，在炉膛内仍由48只一次风喷口，足以确保沿炉膛宽度输入热量的均匀分布；单个燃烧器喷口的出力增大，拱上燃烧器煤粉气流及二次风向下的动量增大，使炉膛火焰中心不至于抬高，保证下炉膛的火焰充满度。,5.4.1 燃烧器数量的确定,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,按照东方锅炉总结的双旋风煤粉燃烧器的选型经验，单个双旋风燃烧器的适用范围是非常广的，对于同样的锅炉容量，只要燃烧器个数相同，燃烧器均采用同一尺寸，再加之乏气与主喷口之间比率可调，相应的燃烧器主喷口的出口速度大约在1530m/s的范围内均有使用。本项目采用了SXF40的燃烧器，并对部分尺寸进行了适当调整，以使得燃烧器具有更好的调节特性。,5.4.2 燃烧器型号的选择,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,为充分利用下炉膛的容积，提高火焰充满度：拱下配风较多，造成“W”下炉膛利用率低。现对C挡板配风进行了调整，在对应油枪配风的对称位置增加了配风口，增加了拱上二次风的总量；实际运行中，不希望过早加入二次风，故D、E挡板开度较小，且一般保持相同的开度。现将D、E挡板进行合并，同时为使得拱下二次风有一定的下冲动量，在合并后的D挡板及F挡板的上半部分增加了导流叶片。叶片角度为与水平夹角为30。,5.5 风量分配及挡板优化,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,从投运项目来看，W炉结焦部位主要是角部水冷壁及翼墙。角部燃烧器角度更改：为避免燃烧器出口的一次风粉混合物对侧墙及翼墙水冷壁的冲刷，通过调研分析和数值模拟，在超临界“W”炉上最终采取了改变角部燃烧器倾斜角度的方案。及全炉的24只燃烧器采用不同的角度，角部4只采用与前后墙水冷壁中心线10度的夹角，其余20只燃烧器仍然采用5度的夹角。边界风布置变化：在超临界“W”炉上虽然取消了底部大包，但由于冷灰斗区域刚性梁结构较为复杂，因此边界风的布置较亚临界机组不同，仅保留了翼墙水冷壁区域的2根边界风管，取消了边界风管的调节装置，来源于二次风箱的边界风送往冷灰斗翼墙水冷壁容易结焦的区域。,5.5 防止结焦的手段,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,针对本工程燃用煤质中含硫量偏高（设计煤为2.80%，校核煤为2.95%），东方锅炉采取了具有针对性的措施，以防止锅炉发生高温腐蚀、避免在炉膛高温区域出现火焰贴壁和还原性气氛。,5.6 防止受热面高温腐蚀的措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,拱与燃烧器的布置：拱与水平方向倾斜25、双旋风燃烧器与垂直方向倾斜5布置，可形成良好的火焰形状，避火焰刷墙。一次风喷嘴热负荷小：全炉共24只双旋风煤粉浓缩燃烧器，48个一次风喷嘴。单个一次风喷嘴热负荷小，炉内热负荷分布均匀。加大燃烧器与侧墙的距离，最边上的燃烧器距离侧墙达到3660mm，比300MW和600MW亚临界“W”炉燃烧器与侧墙的距离增大了279mm，可有效避免火焰刷墙。拱下二次风不设集中风口：整个下炉膛前后垂直墙和翼墙设计得就像一个巨大的布风板，均匀地向炉膛供风，在水冷壁表面形成一个氧化性保护区。这是防止炉膛高温腐蚀的最有效措施。对高烟温区域水冷壁进行必要的防腐喷涂。,5.6.1 防止水冷壁发生高温腐蚀措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,布置边界风：东方锅炉“W”火焰锅炉在锅炉冷灰斗与侧墙交界处以及冷灰斗落渣口处设有边界风，在炉拱的角部布置有防焦风盒，能非常有效地防止在这些部位高温腐蚀。边界风来自二次风大风箱，仅占二次风的极小部分。卫燃带材料：卫燃带材料采用致密的耐火可塑料，施工单位精心施工，严格安装卫燃带材料的烘干工艺要求进行烘干，可有效的防止卫燃带区域的高温腐蚀。合理选取热力参数，炉膛出口温度适当。炉膛的容积达17893m3，容积热负荷为83.48kW/m3，上炉膛截面热负荷为4.669MW/m2，下炉膛截面热负荷为2.719MW/m2，炉膛出口烟温1040。与同类型锅炉比较本方案炉膛容积大，各项热力参数合理，能够防止高温腐蚀发生。合理选择优化内螺纹管的参数，能增强工质侧的传热，降低水冷壁管表面温度水平，防止高温腐蚀发生。,5.6.1 防止水冷壁发生高温腐蚀措施,5.东锅超临界“W”型火焰锅炉燃烧系统设计优化,合理布置受热面位置，使工质温度高的受热面处于烟温相对较低的区域。烟气从炉膛出口依次冲刷到屏式过热器、高温过热器、高温再热器，这几级受热面中工质的温度是由低到高的；另外烟温较高区域的屏式过热器、高温过热器和高温再热器的受热面采用顺流布置，入口处的烟温较高。这样可以保证受热面管表面的温度处于较低的水平，较低的壁温能够有效的防止高温腐蚀。从安顺的运行经验看，FW布置的分隔屏距离炉拱较近，下部容易发生高温腐蚀。因此本工程不采用FW形式的分隔屏，大屏结构改为悬挂屏，布置在折焰角上方，远离了高烟温区域，可有效防止腐蚀。采用节流圈减少管间偏差，控制受热面壁温水平，使其低于高温腐蚀发生的温度，能够有效避免高温腐蚀。受热面管选材中注意采用了抗腐蚀性能良好的钢材。屏式过热器、高温过热器和高温再热器管材都采用SA-213TP347H不锈钢。,5.6.2 防止对流受热面发生高温腐蚀措施,6.总结,珙县的燃烧系统方案对于保证安全稳定的燃烧、降低氮氧化物的排放、减轻炉膛结焦等应该具有较为明显的效果：包括炉膛尺寸、热力指标在内的燃烧系统各参数选定合理；燃烧器及分级送风系统设计上继承了东方锅炉亚临界W炉的特点又有所优化；采用对冲炉型上较为成熟燃尽风结构，可最大程度的降低NOx排放；整个燃烧系统设计合理，可实现安全着火、稳定燃烧、低污染排放。,谢谢各位领导、专家,
