发展超临界W火焰炉的几点思考

ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院华电电力科学研究院我国经济运行研究所我国发展超临界W火焰炉的几点思考刘鹏远ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院我国W火焰炉发展的三个阶段1、300MW亚临界（上世纪90年代）突出问题：下炉膛结焦，飞灰可燃物10%，CO1000ppm,锅炉效率80~85%。2、600MW亚临界（本世纪前10年）增大了下炉膛容积，设置专门防焦风，调整了对煤粉细度的要求，锅炉效率88~91%，是运行较为稳定的一种炉型。3、600MW超临界（2009年开始）燃烧效率方面没有质的飞跃，水冷壁系统结构有大幅变动，实现锅炉长周期稳定运行是一项挑战。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院截止2012年11月，我国已投产16台600MW超临界W火焰锅炉东锅(7)哈锅(3)上锅(1)北京B&W(5)珙县电厂No1~2机组镇雄电厂No1~2机组合山电厂No3机组金竹山电厂No3机组福溪电厂No1~2机组塘寨电厂No1机组国电荥阳No1~2机组南宁电厂No1~2机组兴义电厂No1~2机组威信电厂No1机组此种炉型仍然是无烟煤发电的首选，在此炉型的利用上我们国家积累了大量的经验教训ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院依据“生产实时监控系统”设备缺陷统计及“600MW超临界W火焰炉月报”统计数据，集团公司所属珙县、镇雄、塘寨电厂600MW超临界W火焰炉机组投产以来共发生41台次机组强迫停运事件，其中锅炉设备原因32台次。水冷壁系统问题垮焦煤质差风机、空预器及其它珙县电厂5328镇雄电厂335塘寨电厂21合计10(31.25%)6214ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院华电集团8台超临界机组在设计阶段做过相关优化工作1锅炉燃烧、制粉系统优化选型与设计塘寨、珙县对燃烧系统、制粉系统进行优化，提高燃烧效率，降低NOx排放，改善炉膛局部结渣严重等情况2600MW超临界燃用无烟煤W火焰炉少油点火技术攻关珙县对于低挥发分的无烟煤实现少油点火技术，节省起炉点火和低负荷稳燃、助燃时的油耗，同时要求不影响锅炉的安全运行。3针对燃用高硫煤锅炉“四管”耐腐蚀技术攻关珙县西南地区燃煤煤种硫分高，对四管的耐腐蚀问题造成了较大的威胁，课题主要研究相关有效措施提高四管的耐腐性。4采用脱硫添加剂提高脱硫效率的技术研究珙县研究脱硫添加剂对脱硫系统的影响5基于三维W火焰炉炉内温度场测量技术的燃烧优化控制技术研究镇雄通过对炉膛火焰进行实时采集与分析，获取炉内温度场分布状况，研究温度场与最佳运行工况关联性，开发计算机开环系统指导运行，提高锅炉性能6取消GGH后，锅炉尾部烟道及烟囱耐腐蚀技术研究塘寨课题对取消GGH后，防止锅炉尾部烟道及烟囱因低温烟气结露而引起酸性腐蚀进行研究ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院经过设计优化后解决在300MW和600MW锅炉上存在的一些问题引入防焦风+炉膛热力参数优化—减缓结焦制粉系统配备动态分离器+燃烧系统配风优化—提高了燃烧稳定性，降低飞灰含碳量引入燃尽风系统—降低氮氧化物排放项目符号单位工况1工况2工况3工况4工况5负荷MW550595598601599炉渣可燃物Cf%6.803.924.042.184.84飞灰可燃物Cb%4.505.558.075.275.08排烟温度θpy℃123.9117.2116.7116.1116.7锅炉热效率η%91.2690.2387.6391.1690.58NOx排放量（O2=6%）NOxmg/m3631736628617805ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院600MW超临界W火焰锅炉设计上的难点拱式燃烧技术+超临界汽水参数系统+垂直管圈低质流量流速炉膛选型、燃烧系统和水动力设计三者必须结合起来，才能达到低能耗、低污染的预期目标。几种类型的超临界W炉都不约而同的采用了如下一些设计超临界参数：25.4MPa，566℃/566℃汽水系统：低质量流速+垂直管圈+优化内螺纹管尤其是采用了低质量流速仍能对管壁有效冷却，这项技术的突破是超临界W炉和CFB应用的前提，在国际上是先进的。但此项技术在国际上实践经验较少。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院从整个锅炉系统看，除水冷壁系统之外的其它子系统采用的均是目前已经相当成熟的超临界技术，和现在大量采用的螺旋管圈超临界锅炉是相同的。因此水冷壁系统的安全运行是该型锅炉运行的关键。水冷壁燃烧器开孔大风箱框架600MW超临界W火焰锅炉的症结—水冷壁系统ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院从已投产的超临界W炉运行情况看，存在很多共性问题1、前墙水冷壁拉裂变形在各个厂都不同程度的出现过金竹山电厂合山电厂福溪电厂区域相似，炉膛前墙中部水冷壁。标高有所不同，40-50mChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院2、低负荷运行时前墙水冷壁壁温偏差容易过大前期上部水冷壁壁温情况比较(5台磨运行)最低值（℃）最高值（℃）最大温度偏差珙县电厂(DG)36044080镇雄电厂(HG)38542540塘寨电厂(HG)38043050威信电厂(DG)37845072合山电厂(SG)380500120南宁电厂(DG)36542651金竹山电厂(B&W)39044050荥阳电厂(B&W)38543752ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院3、水冷壁超温现象上部水冷壁采用光管膜式壁，材料为12Cr1MoVG，超过500℃后，材料性能显著下降，容易被拉裂。大范围、大面积的超温现象比较少，但工况变化过程中，局部管壁温度持续偏高的现象仍存在，需引起重视。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院折焰角斜坡易积灰现象锅炉炉膛压力先达到负的最大值：首先是水平烟道垮灰后导致炉膛压力为很大的负值；然后在达到正的最大值：灰垮到冷灰斗后，炉膛压力到达正的最大值；紧接着又是一个正的很高的炉膛压力：由于炉膛压力的剧烈波动，导致了下炉膛的垮焦，焦垮到冷灰斗后，炉膛压力又达到一个正的高值保证吹灰正常是极为重要的。灭火过程炉膛压力变化ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院解决对策：积灰区域加装局部吹灰器扬州电厂加装的局部吹灰喷管ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院为了更好的分析600MW超临界W炉的特性，利用数值解析技术对4家电厂三种燃烧器、四种炉型结构进行了计算，以获得温度、速度、气体成分等的全炉膛分布情况，辅助优化设备改进。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院建立模型网格划分···并行反应模型模拟实际燃烧过程改进的燃烧模型0（时间)挥发份燃烧焦炭燃烧数值计算先进的NOx模型ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院煤粉燃烧器模型镇雄煤粉燃烧器模型浓粉出口淡粉出口一次风入口一次风入口淡粉出口浓粉出口珙县煤粉燃烧器模型一次风入口淡粉出口浓粉出口塘寨煤粉燃烧器模型ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院燃烧器模拟结果——横截面速度云图（单位：m/s）镇雄煤粉燃烧器珙县煤粉燃烧器塘寨煤粉燃烧器淡测78%浓侧22%淡测69%浓侧31%ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院燃烧器中下部有较明显的二次流存在，是提高分离效果的重要因素。镇雄、珙县燃烧器横截面速度矢量图镇雄燃烧器珙县燃烧器ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院塘寨燃烧器局部速度矢量图从空气场速度矢量图看出，在叶片迎风面空气受阻，产生分流，分别进入浓侧和淡侧，在叶片背风侧有明显的漩涡区存在。在分流板入口处，有高速的浓粉气流流过，是防止磨损的重点部位之一。ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院0.01mm跟随性好0.05mm跟随性差0.1mm跟随性差0.2mm二次碰撞塘寨燃烧器粒子轨迹分布ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院中截面温度分布工况一工况二工况三工况四有无燃尽风无有有有三次风下倾角度0°0°20°40°ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院中截面速度矢量场工况一工况二工况三工况四有无燃尽风无有有有三次风下倾角度0°0°20°40°ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院中截面CO浓度分布工况一工况二工况三工况四有无燃尽风无有有有三次风下倾角度0°0°20°40°ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院中截面NOx浓度分布NOx浓度1129mg/Nm3（折算到O26%）NOx浓度667.5mg/Nm3（折算到O26%）工况一工况三工况一工况二工况三工况四有无燃尽风无有有有三次风下倾角度0°0°20°40°ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院停用磨煤机B的工况燃尽风三次风下倾角度磨煤机投运台数工况一无0°6台工况五无0°5台（B停运）工况一工况五ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院停用磨煤机B的工况燃尽风三次风下倾角度磨煤机投运台数工况一无0°6台工况五无0°5台（B停运）工况一工况五氧浓度速度矢量场ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院停用磨煤机B的工况燃尽风三次风下倾角度磨煤机投运台数工况一无0°6台工况五无0°5台（B停运）中截面速度矢量场比较中截面温度场比较ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院停用磨煤机B的工况燃尽风三次风下倾角度磨煤机投运台数工况一无0°6台工况五无0°5台（B停运）ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院数值计算目前仍在进行的研究工作：全炉膛的粒子轨迹图—预测易积灰、结焦的部位停用不同磨煤机时的热流密度分布—分析热负荷的偏差煤种变更时的影响预测—煤种变化对燃烧、排放的影响不同拱下风入射角度的影响ChinaHuaDianElectricPowerResearchInstitute华电电力科学研究院四川第一台超临界W锅炉主要指标主要指标锅炉热效率（%）锅炉额定出力（t/h）空预器漏风率（%）锅炉断油最低稳燃出力（MW）飞灰可燃物（%）大渣含碳量（%）排烟温度（℃）主汽、再热参数（温度、压力）NOx(mg/Nm3)FGD出口SO2浓度(mg/Nm3)设计值91.