低氮燃烧器改造后出现的问题分析及治理对策

低氮燃烧器改造后出现的问题分析及治理对策2015年9月大唐华中电力试验研究所2低氮燃烧器改造后出现的问题分析及治理对策一、灰渣含碳量升高二、汽温异常三、汽温、壁温偏差大四、负荷响应速率慢五、炉内结渣六、水冷壁高温腐蚀3一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策（一）灰渣含碳量升高低氮燃烧器改造后灰渣含碳量一般情况下会在原来基础上又所升高，燃用煤质的着火燃尽特性越差，灰渣含碳量升高的幅度越大。不同煤种低氮改造后飞灰含碳量升高情况煤种挥发分飞灰含碳量升高值对应q4升高值高挥发分烟煤Vdaf≥30％0.5～1.00.23～0.46%中等挥发分烟煤25％≤Vdaf≤30％1.0～1.50.46～0.69%低挥发分烟煤20％≤Vdaf≤25％1.5～2.00.69～0.92%中高挥发分贫煤15％≤Vdaf≤20％2.0～2.50.92～1.15%无烟煤及低挥发分贫煤7％≤Vdaf≤15％2.5～4.51.15～2.07%4一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策（一）灰渣含碳量升高不同煤种低氮改造后炉渣含碳量升高情况煤种挥发分炉渣含碳量升高值对应q4升高值高挥发分烟煤Vdaf≥30％1.5～2.00.08～0.11%中等挥发分烟煤25％≤Vdaf≤30％2.0～2.50.11～0.14%低挥发分烟煤20％≤Vdaf≤25％2.5～3.00.14～0.16%中高挥发分贫煤15％≤Vdaf≤20％3.0～4.00.16～0.22%无烟煤及低挥发分贫煤7％≤Vdaf≤15％4.0～5.50.22～0.30%5一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策(二）飞灰含碳量升高的原因低氮燃烧器改造后，主燃区过剩空气系数降低（0.8～0.85），使主燃区燃尽率降低，而燃尽区距屏底距离较近，燃尽区燃尽率的增加不足于弥补主燃区燃尽率的减小时，炉膛出口总的煤粉燃尽率降低，引起飞灰含碳量升高。（三）炉渣含碳量升高的原因低氮燃烧器改造后，一次风速及带粉情况基本不变，但炉膛-风箱压差减小，下二次风量减小，特别是下二次风也采用减小面积的改造时，下二次风量进一步减小，造成下二次风托粉能力减弱，一次风中煤粉更容易落入冷灰斗，引起炉渣含碳量升高。6一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策（四）低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的治理对策1飞灰含碳量升高的治理对策（1)将煤粉磨的更细、提高煤粉的燃尽性能煤粉越细，燃尽所需的时间越短，越容易燃尽，将煤粉磨的更细，可使燃尽区的燃尽率提高，从而降低低氮改造后飞灰含碳量。不同煤种低氮改造前后煤粉细度的控制策略：煤种挥发分（Vdaf)低氮燃烧器改造前低氮燃烧器改造后烟煤20≤Vdaf≤40R90=4+0.5nVdafR90=0.5nVdaf劣质烟煤20≤Vdaf≤40Aar≥37R90=4+0.35nVdafR90=0.5nVdaf贫煤10≤Vdaf≤20R90=2+0.5nVdafR90=0.5nVdaf无烟煤6≤Vdaf≤10R90=0.5nVdafR90=0.5nVdaf7一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策（2）合理控制SCR入口NOx浓度SCR入口NOx浓度控制越低，所需的空气分级程度越高（燃尽风量越大），主燃区过剩空气系数越低，主燃区的燃尽率越低，对应飞灰含碳量越高。要根据所燃煤质的情况控制SCR入口NOx的浓度。燃煤挥发分越低，SCR入口NOx浓度控制越高。若不根据煤种的情况控制SCR入口NOx浓度，往往会使低挥发分煤种SCR入口NOx浓度控制过低，引起飞灰含碳量大幅升高。8一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策煤种Vdaf(％)SCR入口NOx控制浓度（mg/Nm3)超高挥发分烟煤Vdaf≥37250～300高挥发分烟煤30≤Vdaf≤37300～350中等挥发分烟煤25≤Vdaf≤30350～380低挥发分烟煤20≤Vdaf≤25380～420高挥发分贫煤18≤Vdaf≤20420～450中挥发分贫煤15≤Vdaf≤18450～500低挥发分贫煤13≤Vdaf≤15500～580无烟煤6≤Vdaf≤13580～850不同煤种SCR入口NOx控制值：9一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策(3)对于设置CFS二次风的燃烧器，增大CFS风门开度对于设置CFS二次风的燃烧器，增大CFS二次风门开度（相应减小其它二次风门开度），炉内切圆直径增大，主燃区着火变好，同时烟气在还原区以下的停留时间延长，主燃区的燃尽率增加；CFS开度增大后，主燃区二次风混合延迟，并且在主燃区的NOx升成量减小。在保持SCR入口NOx浓度不变的前提下，可减小SOFA开度，使炉内空气分级程度降低，进一步提高主燃区燃尽率，从而降低飞灰含碳量。10一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策（4）通过分离器改造，提高煤粉均匀性指数进行动态分离器改造，提高煤粉均匀性指数。动态分离器改造后煤粉均匀性指数由原来的1.0提高到1.15～1.20，在细度相同的情况下降低了粗颗粒煤粉的数量，可降低飞灰含碳量。11一、低氮燃烧器改造后灰渣含碳量升高的原因及治理对策2炉渣含碳量升高的治理对策（1）增大下二次风喷口面积通过改造，增大下二次风喷口面积（高度方向），增强下二次风托粉能力，减少一次风中煤粉落入冷灰斗的数量；（2)增大下二次风与下一次风喷口间距对于挥发分较低的贫煤，还需增加下二次风到下层一次风的间距，延迟下二次风与下层一次风的混合，使下层一次风煤粉燃尽率增加。12二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（一）汽温异常低氮燃烧器改造后汽温异常表现为三种情况：1减温水量大幅升高主要发生在对冲旋流燃烧方式的锅炉及容积热负荷较高的四角切圆燃烧锅炉上2低负荷再热汽温大幅降低主要发生在四角切圆燃烧锅炉上，燃煤挥发分越低，低负荷再热汽温下降幅度越大；容积热负荷越低，低负荷再热汽温下降幅度越大。对于贫煤锅炉采用直吹式制粉系统时，低负荷再热汽温降低可达20℃，对于储藏式热风送粉系统，若低氮燃烧器改造时采用部分三次风下移方案，低负荷再热汽温下降可达50℃133升负荷时汽温快速大幅升高，降负荷时汽温快速大幅降低四角切圆燃烧方式锅炉低氮燃烧器改造后，在升负荷过程中汽温大幅升高，严重时发生超温及过热情况；降负荷时汽温大幅降低，10分钟内汽温最大降幅可达40～50℃。此种情况对受热面及汽机转子而言，容易产生交变应力，影响机组寿命；对于低负荷再热汽温业已偏低的锅炉，降负荷过程汽温在原来基础上进一步快速降低，末级叶片处含湿量大增，容易造成末级叶片断裂，给机组安全带来较大的风险。二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策14二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（二）减温水量大幅升高的原因四角切圆燃烧锅炉容积热负荷设计较高者（对应燃用高挥发分烟煤）及旋流对冲燃烧锅炉低氮改造后，由于主燃区过剩空气系数大幅减少，主燃区燃尽率大幅降低，煤粉后燃严重，火焰中心上移过多，造成炉膛出口温度升高，炉膛水冷壁吸热量减小（蒸发量减少），过热器、再热器吸热量增加，引起减温水量大幅升高（或汽温大幅升高）。同时旋流对冲燃烧方式锅炉低氮后，结渣会加剧，水冷壁换热能力减弱，也使炉膛出口烟温升高，进一步增大了减温水量。15二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（三）减温水量大幅升高的治理对策1四角切圆燃烧方式锅炉（1）增大炉内切圆直径通过改造增大炉内切圆直径，使煤粉在主燃区停留时间延长，同时使主燃区火焰更贴尽水冷壁面，增大水冷壁吸热量。（2）减小二次风与一次风的距离通过改造，将二次风适当下移（保持面积不变），使二次风与一次风的混合提前，使燃烧发展提前，从而增加水冷壁吸热量。16二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（3）增大二次风喷口面积通过改造增大二次风喷口面积，在保持主燃区二次风量不变的情况下降低二次风风速，使二次风切圆增大，提高炉内水冷壁的吸热量。（4）对于直流炉，增大水煤比，降低分离器出口过热度对于直流炉，增大水煤比，降低分离器出口过热度，从而增大水冷壁换热量，降低炉膛出口烟温。17二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策2旋流对冲燃烧方式锅炉（1)通过改造减小二次风扩口角度，使二次风混入适当提前，减轻炉内结渣。(2)通过调整增大燃尽风中心直流风的风量，使燃尽风的穿透能力增强，使炉膛中心的煤粉燃尽率增加。(3)对于直流炉，增大水煤比，降低分离器出口过热度，从而增大水冷壁换热量，降低炉膛出口烟温。18二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（四）低负荷再热汽温大幅降低的原因四角切圆燃烧方式锅炉低氮改造时，若改造后的二次风喷口与风箱间间隙过大时，间隙处存在大量的无组织漏风，低负荷运行时不投运的燃烧器对应的二次风虽然关闭，但也存在漏风，使得低负荷运行时投运燃烧器对应二次风喷口风速很低。二次风速过低时，二次风对应的炉内切圆直径增大较多，二次风处炉内火焰离水冷壁更近，使此处水冷壁换热量增加，炉膛出口烟温降低，引起低负荷时再热汽温降低。19二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策20二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（五）低负荷再热汽温大幅降低的治理对策（1）封堵二次风喷口与风箱的间隙封堵二次风喷口与风箱的间隙，减小无组织漏风，使主燃区二次风风速提高，从而减小主燃区炉内二次风切圆直径。（2）适当减小炉内切圆直径通过改造，适当减小炉内切圆直径，减少水冷壁吸热量。（3）在炉内增设卫燃带利用检修机会，在炉内背火侧增设一定数量卫燃带，减少水冷壁吸热量，从而提高炉膛出口烟温。21二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（六）升负荷时汽温快速大幅升高，降负荷时汽温快速大幅降低的原因低氮燃烧器改造后，由于主燃区过剩空气系数大幅降低（0.8），主燃区燃烧呈严重缺风状态，加负荷过程的前期，氧量逐渐减小，说明风量的增加速率慢于燃料量增加速率，虽然风量在增加，但此时主燃区过剩空气系数在减小，主燃区燃烧更加缺风、燃烧发展不起来，导致主燃区煤粉燃尽率降低，而燃尽区由于可燃质增加，燃烧加剧，造成火焰中心上移，炉膛出口温度升高，引起锅炉汽温大幅升高。降负荷过程中氧量逐渐增大，说明风量的减小速率慢于燃料量减小速率，虽然风量在减小，但主燃区过剩空气系数在增大，主燃区燃尽率增加，燃尽区燃尽率降低，火焰中心降低，炉膛出口烟温降低，引起锅炉汽温大幅降低。22二、低氮燃烧器改造后汽温异常的原因及治理对策（七）升负荷时汽温快速大幅升高，降负荷时汽温快速大幅降低的对策（1）对热工参数进行整定对热工参数进行整定，增大升、降负荷过程中风量调节速率，使风量的增加速率与燃料量增加的速率相适应。（2）对主燃区二次风进行调整升负荷过程中，同时增大主燃区二次风门开度，使二次风分级程度降低，提高主燃区燃尽率，减少火焰中心上移；降负荷过程中，同时减小主燃区二次风门开度，使二次风分级程度增加，降低主燃区燃尽率，减少火焰中心下移，使主燃区过剩空气系数保持相对稳定。23三、低氮燃烧器改造后汽温、壁温偏差大的原因及治理对策（一）汽温、壁温偏差大四角切圆燃烧锅炉低氮燃烧器改造后，容易在分隔屏、后屏产生较大的汽温及壁温偏差，严重时过热器一（二)级减温水量大幅增加，导致屏式过热器后汽温大幅降低，引起过热器出口温度降低。若一二级减温水量控制不佳，屏式过热器局部管材壁温超过报警值，长期运行容易造成屏过过热器爆管。24三、低氮燃烧器改造后汽温、壁温偏差大的原因及治理对策（二）汽温、壁温偏差大的原因四角切圆锅炉低氮改造后，若二次风喷口与风箱间间隙过大及低负荷运行时停运燃烧器对应二次风门关闭不严，使得主燃区二次风速减低过多，造成二次风切圆直径增大，使主燃区旋流数增大，引起炉膛上部残余扭转增大，使屏过、高过、高再汽温、壁温偏差增大，低负荷运行若为提高再热汽温而采用上组燃烧器运行，由于上层燃烧器离屏底距离减小，此种偏差会进一步增大。25三、低氮燃烧器改造后汽温、壁温偏差大的原因及治理对策（三）汽温、壁温偏差大的治理对策1.封堵二次风喷口与风箱的间隙2.对二次风门进行整定，使其能够关