W型300MW鍋爐再熱汽溫持續(xù)偏低

【專家解說(shuō)】：這是我以前收集的資料，希望能對(duì)你有所幫助。 “W”型火焰爐簡(jiǎn)介 “W”型火焰鍋爐的結(jié)構(gòu)與常規(guī)燃煤鍋爐不同，其燃燒室由下部的燃燒室和上部的燃盡室組成，燃燒室的深度比燃盡室大80%～120%，前面突出部分的頂部構(gòu)成拱體，煤粉氣流和二次風(fēng)噴嘴裝設(shè)在拱體上（有的W型火焰鍋爐拱體上只裝煤粉氣流和乏氣噴嘴），下噴的煤粉氣流著火后向下伸展，在燃燒室下部與三次風(fēng)相遇后折轉(zhuǎn)向上，沿爐室中軸線上升，從而形成W型火焰，燃燒產(chǎn)物氣流上升進(jìn)入燃盡室。 “W”型火焰鍋爐總體可分為液態(tài)排渣爐和固態(tài)排渣爐兩類。國(guó)外實(shí)踐表明，“W”型火焰液態(tài)排渣煤粉爐的最大問(wèn)題是NOx排放量高，此外還有水冷壁管高溫腐蝕、檢修時(shí)間長(zhǎng)、調(diào)峰性能差等問(wèn)題，所以一般不采用液態(tài)排渣爐型；“W”型火焰固態(tài)排渣煤粉爐能穩(wěn)定燃燒Vdaf=6%～20%的無(wú)煙煤和貧煤，甚至能燃用Vdaf=4%的無(wú)煙煤，所以一般國(guó)外公司都推薦采用這種爐型，已投入運(yùn)行的鍋爐也都是這種爐型。 為提高燃燒無(wú)煙煤等低反應(yīng)能力煤種鍋爐的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性，華能國(guó)際電力公司于20世紀(jì)80年代后期先后引進(jìn)了6臺(tái)大容量“W”型火焰鍋爐，其中重慶珞璜電廠引進(jìn)了法國(guó)Stein公司兩臺(tái)360MW“W”型火焰鍋爐（隨后又引進(jìn)兩臺(tái)）；湖南岳陽(yáng)電廠引進(jìn)了英國(guó)Babcock公司兩臺(tái)360MW“W”型火焰鍋爐；河北上安電廠引進(jìn)了加拿大B&W公司兩臺(tái)350MW“W”型火焰鍋爐；湖北鄂州電廠也選用了美國(guó)FW公司300MW“W”型火焰鍋爐。同時(shí)國(guó)內(nèi)東方鍋爐廠根據(jù)美國(guó)FW公司技術(shù)設(shè)計(jì)出350MW鍋爐并開(kāi)始投入市場(chǎng)，如上安電廠3、4號(hào)機(jī)組、山西陽(yáng)泉電廠1、2號(hào)機(jī)組。目前國(guó)內(nèi)已有10余臺(tái)300MW級(jí) “W”型火焰鍋爐在運(yùn)行，另外最新從英國(guó)三井巴布科克能源有限公司(MBEL)引進(jìn)的山東菏澤電廠二期2×300MW的兩臺(tái)，聊城電廠2×600MW的“W”型火焰鍋爐中的一臺(tái)已投入運(yùn)行，另一臺(tái)即將進(jìn)入調(diào)試階段，其中聊城電廠600MW鍋爐是當(dāng)今世界上容量最新、最大的“W”型火焰鍋爐。 各廠已投運(yùn)的“W”型火焰鍋爐都能在鍋爐最大連續(xù)出力負(fù)荷下正常運(yùn)行，并多負(fù)擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，雖然存在一些問(wèn)題，但均表現(xiàn)出穩(wěn)燃能力強(qiáng)、燃燒效率高、對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。運(yùn)行較久的上安、岳陽(yáng)、珞璜3個(gè)電廠6臺(tái)機(jī)組等效可用率平均都在85%左右，略遜于燃用煙煤的350MW等級(jí)進(jìn)口機(jī)組，但優(yōu)于全國(guó)300MW機(jī)組的常年平均值（82%左右）。從強(qiáng)迫停運(yùn)率看，3個(gè)電廠機(jī)組常年平均約1.3%，與全國(guó)350MW等級(jí)進(jìn)口機(jī)組常年平均值相差無(wú)幾，遠(yuǎn)低于300MW機(jī)組平均值（EFOR約7%左右）。由于機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰任務(wù)，故其運(yùn)行暴露率（EXR）和出力系數(shù)（OF）一般都不高。由于燃燒系統(tǒng)引起的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)或降低出力運(yùn)行事件一般不多，偶有發(fā)生如爐膛結(jié)渣、滅火、撈渣機(jī)故障、水冷壁高溫腐蝕爆管等事件。從爐膛結(jié)渣傾向來(lái)看，上安的鍋爐較輕微，珞璜的其次，岳陽(yáng)的則相對(duì)嚴(yán)重些。 各公司的“W”型火焰鍋爐所采用的形式是不同的，各有特色，優(yōu)劣不易定論。東方鍋爐廠和美國(guó)FW公司的“W”型火焰鍋爐都采用FW型旋風(fēng)分離式高煤粉濃度燃燒器，拱部只送入少量的一次風(fēng)，大量的二次風(fēng)從前后墻逐級(jí)水平均勻送入，這對(duì)分級(jí)供氧來(lái)滿足無(wú)煙煤的燃燒和燃盡是有利的，但是如果配風(fēng)不當(dāng)，極易引起爐內(nèi)氣流短路，造成飛灰含碳量增加，甚至出現(xiàn)爐膛出口結(jié)渣等問(wèn)題，在實(shí)際運(yùn)行中已經(jīng)出現(xiàn)了這種問(wèn)題，性能達(dá)不到預(yù)期水平。法國(guó)Stein公司的W型火焰鍋爐采用直流縫隙式燃燒器（非濃淡型燃燒器），一、二次風(fēng)交替布置，從拱部以一定角度（傾斜向前后墻）送入，三次風(fēng)從前后墻送入，分級(jí)逐步混入一次風(fēng)氣流，這樣具有一定剛度且向外側(cè)噴射的煤粉火焰受到下部三次風(fēng)及乏氣的干擾而在爐膛下部形成較高充滿度的“W”型火焰，火焰行程要比FW公司的長(zhǎng)，珞璜電廠的實(shí)際運(yùn)行也表現(xiàn)出這種鍋爐有較強(qiáng)的調(diào)峰能力，在引進(jìn)機(jī)組中的綜合效果是最好的，但也出現(xiàn)了火焰沖墻、高溫腐蝕、拱部結(jié)渣的現(xiàn)象；MBEL的鍋爐與Stein的鍋爐比較類似，但并不完全一樣，燃燒器采用的是帶旋風(fēng)子分離器濃淡型直流縫隙式燃燒器，正壓直吹式制粉系統(tǒng)，由于設(shè)計(jì)上還存在一些問(wèn)題如爐墻振動(dòng)、爐膛負(fù)壓大等，性能略遜于Stein的鍋爐，不過(guò)筆者負(fù)責(zé)調(diào)試的菏澤電廠#4鍋爐的燃燒狀況據(jù)信卻是國(guó)內(nèi)W 型火焰鍋爐中最佳的，在煤種變化較大的情況下鍋爐燃燒長(zhǎng)時(shí)間保持較好的狀態(tài)，飛灰、爐渣的可燃物含量很低，一般在1%～2%范圍內(nèi)，達(dá)到國(guó)內(nèi)燃燒煙煤鍋爐的水平；加拿大B&W公司的“W”型火焰鍋爐采用PAX型燃燒器以提高煤粉濃度，二、三次風(fēng)從前后墻在離燃燒器一定距離處以一定角度（可調(diào)）向下送入爐膛，從理論上講，既滿足了分段送風(fēng)的需要，又不會(huì)縮短火焰行程，但上安電廠1號(hào)爐實(shí)際運(yùn)行情況表明，這種燃燒方式存在一些問(wèn)題，效果并不令人滿意。 對(duì)“W”型火焰鍋爐來(lái)說(shuō)，為保證無(wú)煙煤、貧煤的著火，一次風(fēng)率選得較低，一般為15%～20%。由于依靠一次風(fēng)本身的風(fēng)量和風(fēng)率無(wú)法獲得足夠的穿透深度，所以必須在拱部送入大量的二次風(fēng)，利用拱部二次風(fēng)的引射，保證一次風(fēng)具有良好的穿透深度。國(guó)內(nèi)已運(yùn)行的大部分“W”型火焰鍋爐的風(fēng)量都是從拱部送入，如岳陽(yáng)電廠“W”型火焰鍋爐的拱部風(fēng)率77.5%，上安電廠“W”型火焰鍋爐的拱部風(fēng)率為 79%，珞璜電廠“W”型火焰鍋爐的拱部風(fēng)率為84.5%。 “W”型火焰鍋爐的技術(shù)特點(diǎn) 國(guó)內(nèi)電廠的運(yùn)行效果表明，W型火焰鍋爐在燃燒低揮發(fā)分煤方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。其主要的技術(shù)特點(diǎn)是： (1) “W”型火焰鍋爐可延長(zhǎng)煤粉顆粒在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，尤其是顆粒較大的煤粉的停留時(shí)間，煤粉顆粒的停留時(shí)間可達(dá)3.4秒以上，這對(duì)于提高低揮發(fā)份煤的燃盡率提供了良好的先決條件。 (2) 燃燒器噴口向下布置，允許降低煤粉氣流的速度或采用煤粉預(yù)熱技術(shù)，易于實(shí)現(xiàn)煤粉的高濃度燃燒技術(shù)，煤粉濃度可提高到1.5-2.0kg/1kg空氣（常規(guī)的煤粉濃度為0.3-0.7kg/1kg空氣），可以大幅度減少煤粉氣流的著火熱，有利于提高低揮發(fā)份煤的著火穩(wěn)定性。 (3) 允許降低一次風(fēng)速。對(duì)于無(wú)煙煤或低揮發(fā)份煤的混煤，一次風(fēng)速可降低至12-14m/s,這樣就可延長(zhǎng)燃料在著火區(qū)的停留時(shí)間，以保持穩(wěn)定的高溫著火狀態(tài)。 (4) 衛(wèi)燃帶對(duì)穩(wěn)燃起主要作用。與四角切圓燃燒爐型相比較，“W”型火焰鍋爐燃燒室斷面熱強(qiáng)度減少一倍以上，為保證低負(fù)荷運(yùn)行是穩(wěn)定著火并保證高負(fù)荷時(shí)強(qiáng)化燃燒，必須敷設(shè)大量衛(wèi)燃帶，衛(wèi)燃帶面積一般為500-700m2。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不敷設(shè)衛(wèi)燃帶時(shí)，燃燒穩(wěn)定性明顯變差，而且燃燒效率也明顯下降，這是W型火焰鍋爐固有的特殊性。 (5) 衛(wèi)燃帶表面容易結(jié)渣，因而敷設(shè)衛(wèi)燃帶的水冷壁吸熱量幾乎為零，即利用系數(shù)接近于零。初期引進(jìn)的W型火焰鍋爐由于對(duì)衛(wèi)燃帶的影響估計(jì)不足，導(dǎo)致了蒸發(fā)速度慢，過(guò)熱器超溫，嚴(yán)重結(jié)渣，燃燒調(diào)節(jié)受限制，啟動(dòng)和負(fù)荷速度慢等一系列問(wèn)題。 (6) 火焰中心隨負(fù)荷及燃燒調(diào)節(jié)的變化較大。尤其是低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，燃燒器出口氣流的旋流強(qiáng)度增大，火焰變短，容易出現(xiàn)火焰“短路”現(xiàn)象?；鹧妗岸搪贰辈粌H容易引起縮腰部位的水冷壁結(jié)渣，而且導(dǎo)致?tīng)t膛出口煙溫大幅度提高，加劇了屏式過(guò)熱器超溫，減溫水量過(guò)大，氣溫幅度大等問(wèn)題。 (7) 易于實(shí)現(xiàn)燃燒過(guò)程的多級(jí)配風(fēng)。既可控制著火階段的燃燒溫度，又可加強(qiáng)燃燒后期的混合，促進(jìn)低揮發(fā)分燃料的燃盡，但燃燒調(diào)節(jié)比較復(fù)雜。 (8) 由于強(qiáng)化了穩(wěn)燃條件，在單燒無(wú)煙煤或與貧煤的混煤時(shí)，最低不投油的穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)到40％-55％。 (9) 現(xiàn)有的W型火焰燃燒技術(shù)的NOX生成量比較大，主要是因?yàn)槿紵郎囟缺容^高所致，而多級(jí)配風(fēng)對(duì)于降低NOX的生成量并起到主要作用，這已被實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)。因此，這項(xiàng)技術(shù)有待進(jìn)一步改進(jìn)。 (10) 因?yàn)闋t膛縮腰上部寬度大，在爐膛縮腰部位水冷壁出現(xiàn)三通管結(jié)構(gòu)或變管徑結(jié)構(gòu)，水冷壁結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。蒸發(fā)系統(tǒng)可采用控制循環(huán)，也可采用自然循環(huán)，但多數(shù)為自然循環(huán)。 (11) 與四角切圓燃燒方式相比，單個(gè)燃燒器的可調(diào)節(jié)性比較強(qiáng)，氣流到達(dá)爐膛縮腰上部后，流動(dòng)速度分布比較均勻。當(dāng)磨煤機(jī)與燃燒器的連接方式以及運(yùn)行方式合理時(shí)，W型火焰鍋爐爐膛出口的煙溫偏差與煙氣流速偏差可大幅度減少。 (12) 爐膛高度降低，爐膛寬度增加，爐型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。 (13) 燃燒器布置在同一水平線上，按需要調(diào)節(jié)火焰中心位置的靈活性降低，低負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)氣溫的手段減少。 (14) 受熱最強(qiáng)區(qū)域的水冷壁被衛(wèi)燃帶覆蓋，避免了高溫?zé)煔鈱?duì)水冷壁的腐蝕并可防止膜態(tài)沸騰。燃燒室中覆蓋衛(wèi)燃帶的水冷壁可采用光管結(jié)構(gòu)。 (15) 爐膛周界增大，可布置較多的水冷壁，增大循環(huán)流量，減小管內(nèi)的質(zhì)量含氣率，因而更適合采用自然循環(huán)方式。 “W”型火焰鍋爐與普通的四角切向燃燒方式的鍋爐相比具有下列的主要優(yōu)點(diǎn)： （1） 煤粉著火后向下自由伸展，在距一次風(fēng)口數(shù)米處才開(kāi)始轉(zhuǎn)彎向上流動(dòng)，這樣不易產(chǎn)生煤粉分離現(xiàn)象，并且火焰行程較長(zhǎng)，爐內(nèi)充滿度好，延長(zhǎng)了煤粉在爐內(nèi)的停留時(shí)間，符合無(wú)煙煤燃燒速度較慢的特點(diǎn),有利于煤粉的燃盡； (2) 著火區(qū)風(fēng)量小，避免了溫度的明顯下降，使煤粉氣流較多的接觸到高溫回流煙氣，提高了火焰根部的溫度水平，著火條件好，穩(wěn)定性好，燃燒效率高，這對(duì)劣質(zhì)煤，特別是低揮發(fā)分無(wú)煙煤的著火特別有利； (3) 二次風(fēng)可沿火焰行程逐步加入，達(dá)到分級(jí)配風(fēng)的目的，不僅補(bǔ)充燃燒所需的空氣，還可迫使氣流轉(zhuǎn)彎，阻止火焰靠近爐墻，減輕了結(jié)渣和腐蝕，并且分級(jí)燃燒降低了燃燒過(guò)程中的NOx生成； (4) 火焰方向與水冷壁平行，有利于避免風(fēng)粉氣流沖刷水冷壁，不易結(jié)焦； (5) 可根據(jù)燃煤的不同揮發(fā)分含量調(diào)節(jié)一次風(fēng)煤粉濃度、熱風(fēng)溫度和煤粉細(xì)度，并可改變配風(fēng)，因而具有較大的煤種適應(yīng)性； (6) 前后拱將燃燒室與燃盡室屏蔽起來(lái)，負(fù)荷變化對(duì)燃燒室溫度影響不大，有利于穩(wěn)定燃燒和低負(fù)荷運(yùn)行； (7) 負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，可通過(guò)各種手段進(jìn)行調(diào)節(jié)，鍋爐不投油穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)到40%～55%的額定負(fù)荷； (8) 火焰在爐膛下部轉(zhuǎn)彎180°，使煙氣中的部分粗灰粒分離，減輕了對(duì)流受熱面的飛灰磨損； (9) 鍋爐結(jié)構(gòu)與燃燒器的布置對(duì)稱，煙氣通過(guò)喉口后充分混合，不存在殘余旋轉(zhuǎn)，所以爐膛出口處的煙氣溫度場(chǎng)和速度場(chǎng)比較均勻，減小了過(guò)熱器和再熱器的熱偏差； (10) 可以采用旋風(fēng)分離式燃燒器，提高一次風(fēng)中的煤粉濃度。 “W”形火焰鍋爐燃燒技術(shù)優(yōu)勢(shì)： 1 一次風(fēng)速比四角切圓鍋爐更低，即允許降低一次風(fēng)速。對(duì)于無(wú)煙煤，一次風(fēng)速可降低至10-15m，而四角切圓爐一般為20-22m,因此“W”爐允許的風(fēng)煤比可降低很多，減少了著火熱，使煤粉氣流易于著火。 2由于燒器布置在雙拱上，其噴口向下，故“W”爐易于實(shí)現(xiàn)煤粉的分離濃縮技術(shù)，煤粉濃度可提高到1.5-2.0kg煤粉/1kg空氣（一般的煤粉濃度為0.3-0.7kg煤粉/1kg空氣）。煤粉濃度的提高，可以大幅度減少煤粉氣流的著火熱，有利于提高低反應(yīng)煤的著火穩(wěn)定性。 3 “W”火焰的燃燒中心就在煤粉噴嘴出口附近，煤粉噴出后就直接受到回流高溫?zé)煔獾募訜?，從而提高了火焰根部的溫度水平，?duì)著火有利。 4 拱形爐膛為煤粉著火創(chuàng)造了有利條件：拱下為煤粉著火區(qū)，爐膛拱部對(duì)煤粉起“屏蔽”作用，使煤粉氣流不會(huì)受到爐內(nèi)其它不正常煙氣流動(dòng)的沖擊和影響。這有利于低揮發(fā)份煤的著火和穩(wěn)定燃燒。 5 爐膛設(shè)計(jì)為雙拱絕熱爐膛，根據(jù)燃用煤種的特性在拱部和下?tīng)t膛四周合理敷設(shè)衛(wèi)燃帶，用來(lái)提高爐內(nèi)火焰溫度和煤粉著火穩(wěn)定性。 6 “W”形火焰在爐膛內(nèi)的行程較長(zhǎng)，即可以延長(zhǎng)煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間，這對(duì)提高低反應(yīng)煤的燃燼率非常有利。 7 一般與雙進(jìn)雙出鋼球磨匹配，應(yīng)此在低負(fù)荷時(shí)煤粉較細(xì)，這有利于低負(fù)荷穩(wěn)燃；另外，由于在負(fù)荷變化時(shí)，下部著火爐膛火焰中心溫度變化不大，因而負(fù)荷調(diào)節(jié)性能好，在較低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以不投油或少投油助燃。由于強(qiáng)化了穩(wěn)燃條件，在單燒無(wú)煙煤或無(wú)煙煤與貧煤的混煤時(shí)，最低不投油的穩(wěn)燃負(fù)荷可達(dá)到40%-55%。 8 與四角切圓燃燒方式相比，單個(gè)燃燒器的可調(diào)節(jié)性比較強(qiáng)，爐出口沒(méi)有煙氣的殘余旋卷，爐水平煙道煙氣流速與煙溫偏差小、汽溫偏差小。 9 空氣可以沿著火焰行程逐步加入，易于實(shí)現(xiàn)分級(jí)配風(fēng)，分段燃燒，有利于低揮發(fā)份無(wú)煙煤的著火和燃燒。 10 “W”形火焰在下部著火爐膛底部向上反向流動(dòng)時(shí)，可使部分飛灰分離出來(lái)，減少了煙氣中的飛灰含量。 “W”型火焰鍋爐存在的主要缺點(diǎn)有： (1) 有些結(jié)構(gòu)的“W”型火焰鍋爐配風(fēng)不當(dāng)時(shí)火焰容易短路，并易引起拱部區(qū)域結(jié)渣，火焰直接進(jìn)入燃盡室，造成飛灰含碳量高，降低了煤粉燃盡率； (2) 空氣和煤粉的后期混合較差，影響燃盡； (3) 盡管分級(jí)燃燒降低了燃燒過(guò)程中的NOx生成，但由于燃燒無(wú)煙煤的需要，爐膛內(nèi)的溫度水平較高，導(dǎo)致NOx的生成量較大，高于國(guó)內(nèi)四角切圓燃燒鍋爐的一般水平； (4) 由于爐膛下部斷面約為水平燃燒方式的兩倍，為防止火焰溫度降低而使可燃物損失增加，必須敷設(shè)衛(wèi)燃帶，這就增加了結(jié)渣的可能性； (5) 鍋爐結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，爐拱的設(shè)計(jì)安裝困難，燃燒器風(fēng)粉管道布置困難，整體體積大，鋼耗量大，制造工作量大，周期長(zhǎng)，造價(jià)高，調(diào)試復(fù)雜。 “W”型火焰鍋爐運(yùn)行中存在的問(wèn)題和分析: “W”型火焰鍋爐在結(jié)構(gòu)上具有爐膛高度較低且較寬的特點(diǎn),在組織無(wú)煙煤高效、低污染燃燒中采取了包括多級(jí)二次風(fēng)分級(jí)配風(fēng),敷設(shè)大面積的衛(wèi)燃帶等各種措施,因而增加了實(shí)際運(yùn)行中調(diào)節(jié)的復(fù)雜性和難度。 由于爐膛高度較低,且下部爐膛受熱面吸熱量較少,爐膛出口煙溫變化敏感且不易控制,所以火焰中心位置的變化對(duì)爐膛上部過(guò)熱器的輻射換熱量的影響相對(duì)較大[1]。當(dāng)鍋爐負(fù)荷、煤質(zhì)、配風(fēng)發(fā)生變化時(shí),若調(diào)節(jié)不當(dāng)均可能引起火焰中心溫度和位置的變化。 若火焰中心上移,由于爐膛出口煙溫升高和輻射熱強(qiáng)度增加,造成過(guò)熱器、再熱器超溫,并可能引起爐膛上部結(jié)渣;同時(shí)火焰行程縮短,甚至火焰發(fā)生短路,部分煤粉的燃燒推遲至截面積大大減少的爐膛上部,使上部爐膛壓力出現(xiàn)較大幅度的脈動(dòng),正壓明顯,鍋爐升負(fù)荷加風(fēng)困難,而且煤粉燃盡性能下降;當(dāng)火焰中心偏下時(shí),則易造成火焰直接沖刷冷灰斗,造成冷灰斗嚴(yán)重結(jié)渣。 另外,“W”火焰鍋爐寬度較大,爐內(nèi)中部的溫度較兩側(cè)高,在采用大風(fēng)箱配風(fēng)的情況下,中部二次風(fēng)的穿透能力較兩側(cè)弱,且橫向混合較差,易出現(xiàn)兩側(cè)風(fēng)量過(guò)剩較多,而中間通常缺風(fēng)的情況。