钱忠文
国家能源集团浙江电力有限公司 （浙江杭州 310012）
摘要：某发电公司1号锅炉原为600MW亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角切圆燃烧方式，正压直吹式制粉系统、单炉膛、∏型半露天布置、固态排渣、全钢架结构、平衡通风，炉前布置三台炉水循环泵，炉后布置两台三分仓回转式空气预热器。本次对原有锅炉水冷壁接长2米，进行燃烧器下放2米的改造，锅炉水冷壁接长提高了锅炉炉膛容积，改造后炉膛容积热负荷明显降低并已经达到国家标准要求，炉膛结渣状况有所改善，对于提高锅炉运行安全性和煤种适应性都有很大意义；锅炉燃烧器下放提高了燃尽高度，有利于煤粉燃尽，也为进一步降低NOx提供了有利条件。
关键词：630MW亚临界锅炉；炉膛接长；增容；技术应用
1.引言
随着国家电力市场与煤炭市场化地推进，为了提高企业的经济效益，各电厂均致力于寻找价格相对低廉的煤源，并通过提高煤种适应性改造降低锅炉燃用廉价煤质的不利影响。北仑电厂一期1号锅炉是90年代初由原美国燃烧工程公司（CE公司）设计制造，炉膛极易结渣，运行初期由于结渣发生过重大事故，并且常规的煤种适应性改造方案如燃烧器改造、制粉系统改造等不能有效缓解炉膛结渣问题，因此电厂长期受其制约,煤种适应性较窄,不敢大量掺烧更加经济的煤质。由于受炉膛燃烧条件限制，即使采用了较先进的低氮燃烧器，也无法进一步降低 NOx 排放，且若过分追求低 NOx 排放会导致飞灰上升，炉膛出口烟温上升导致的大屏挂焦等问题，使得锅炉效率及安全性下降，较高水平的炉膛NOx排放对后面脱硝设备造成负担，并且仍然无法满足国家和浙江省超低排放的环保标准要求。为顺应火电企业提质增效、转型升级的要求，满足国家环保要求，北仑公司开创性的在#1机组综合升级改造中采用了对原有锅炉水冷壁接长2米，燃烧器下放2米的改造。
2.目前的运行现状
北仑电厂1号机组锅炉于1991年10月投产，是美国CE公司制造的亚临界、一次再热、强制循环、平衡通风、单汽包、半露天煤粉炉，机组运行已达20多年，机组平均供电煤耗达到325g/kWh，主要技术指标已比较落后。为此，北仑电厂于2018年上半年对其实施综合提效改造，以期提高机组的可靠性和经济性，降低发电成本，提高企业的市场竞争力和经济效益。
目前，630MW亚临界锅炉炉膛的运行如下表：
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目前#1锅炉运行存在问题主要是：（1）锅炉出口的氮氧化物排放浓度偏大，负荷低于300MW时NOx折算后浓度达500mg/Nm3左右。（2）再热器减温水量在400MW~ 500MW负荷段偏大，壁温分布均匀性差；汽温情况：主汽温度右侧偏低，高负荷段有时存在欠温情况；再热汽两侧温度偏差不大，但低负荷段存在欠温情况（530℃以下）。锅炉改造详细设计时充分考虑该实际情况。（3）高负荷段屏过、末级过热器结渣会有增加，右侧大屏过热器因结渣偏多导致吸热量减少（温升只有53℃，左侧温升可以达65℃左右）导致右侧过热器汽温水平较低，同时末过出口烟温升高对右侧再热器汽温控制造成影响（减温水量不够）。
经分析研究,北仑电厂1号锅炉与后期同类型锅炉相比，炉膛尺寸明显偏小,其中炉膛断面基本相同，但燃尽高度不足，这导致炉膛容积热负荷较高，炉膛极易结渣，长期运行受此制约不敢采用更加经济的煤种掺烧。因此，此次锅炉侧改造的项目之一为：1号炉膛尺寸增加。即配合采用炉底干出渣方案，对原有锅炉水冷壁下放2m，燃烧器同步下放2m，并新增2米水冷壁管与原断面管排对接进行改造，改造后1号锅炉炉膛高度增加2m。
炉膛高度增加后，锅炉容积热负荷因炉膛容积增加而降低，延长了煤粉颗粒在炉膛停留时间，有利于降低飞灰含碳量，改善炉膛结渣水平，降低燃烧器NOX的生成，对提高机组经济性、煤种适应性、环保指标优化都有积极的作用。
3.改造目标与主要内容
改造的目标是：（1）炉膛高度和容积增加、容积热负荷降低，有利于改善炉膛的结渣状况、减少NOx的排放量、降低飞灰含碳量。(2）燃烧器系统低氮改造后，通过提高还原区长度和燃尽风率可有效降低锅炉NOx排放。锅炉在40%BMCR及以上负荷，NOx排放浓度低于280mg/Nm3。(3）锅炉煤种适应性提高。
改造内容主要是：（1）炉膛冷灰斗和燃烧器下移。该方案不但能改善炉膛结渣状况，提高锅炉煤种适应性，还有利于降低飞灰含碳量和低氮燃烧器的设计，同时满足经济和环保要求。（2）锅炉吊装方案.根据锅炉改造方案，锅炉21.2米标高炉膛水冷壁拦腰截断，将冷灰斗整体下降约2m高度。新增2米水冷壁管与原断面管排对接，使炉膛高度增加2米。标高21.2m以下水冷壁及吊装系统重量约为578吨。（3）燃烧器系统低氮优化改造.本次改造通过进一步提高还原区长度和燃尽风率来有效降低锅炉NOx排放。还原区高度的增加通过以下手段来实现：提高燃尽风高度和降低煤粉喷嘴标高。本次燃烧器改造的同时，结合除渣系统的改造，水冷壁下集箱向下移动2m，炉膛高度相应增加2m，主燃烧器也随之下移2m，煤粉在还原区的停留时间将得到改善。针对北仑电厂锅炉的炉型和煤种，本项目采用复合式空气分级低NOx燃烧技术的改造方案。
煤粉燃烧设备改造方案：保持原制粉系统与煤粉管道布置不变；增加4层SOFA喷嘴和相应的SOFA燃烧器；对原二次风喷嘴的流通面积、偏转角度进行修改；一次风系统保持不变，但更换一次风喷嘴，以保证合适的周界风流通面积；主燃烧器二次风门修复。
4.性能试验及运行情况
4.1 试验内容
本次试验为1号锅炉综合升级改造后，锅炉铭牌出力增容为630MW亚临界压力一次中间再热控制循环汽包炉。1号锅炉综合升级改造后的性能试验，水冷壁整体接长和低氮燃烧器改造相关的考核内容是：（1）锅炉在40%BMCR及以上负荷，NOx排放浓度低于280mg/Nm3。（2）锅炉额定负荷BRL工况下飞灰含碳量不高于2%。
4.2试验结果
改造后相关锅炉性能考核试验结果汇总如下表2：
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与改造前相比，NOx明显降低，燃烧效率明显提高。
4.3运行评价
1号机组锅炉整体接长技术改造后，于2018年6月13日整组启动，7月21日通过72小时满负荷试运行后，投入正式运行。性能试验由浙江电试院负责实施，于2018年8月1日至8月4日进行，并出具性能试验报告。经将近半年的实际运行检验，情况如下：
改造前、后达到的技术指标如下表3：
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通过炉膛水冷壁接长改造，锅炉运行情况良好，目前已能确保锅炉长期掺烧2台神混1、神混2等低灰熔点、易结焦煤种，锅炉结焦情况较改造前有明显改善，且无掉大渣现象，汽壁温均在设计范围。现已计划安排做第三台磨组试烧低灰熔点神华煤试验，再多掺烧一台磨组，如果试验成功，#1机组按可利用5000小时测算，可多创造经济效益约1700万元/年。同时，（1）改造后过热汽温、再热汽温、各级减温水喷水量等锅炉总体性能良好，炉膛高度增加后，使得炉内燃烧更为充分，炉膛出口两侧烟温偏差减小，过、再热壁温左右两侧偏差减小，有利于锅炉安全稳定运行。（2）改造中同步增设一层高位燃烬风，进入脱硝设备原烟气NOX含量有所降低，减少机组喷氨用量；同时炉内燃烬程度充分，飞灰含碳量下降，提高锅炉效率。（3）改造后锅炉侧主、再热汽温均能达到设计值，消除了原锅炉长期存在的主、再热汽温欠温4-5℃情况，提高了锅炉效率。
5.结束语
综上所述，本文提到的对原有锅炉水冷壁接长2米，进行燃烧器下放2米的改造，锅炉水冷壁接长提高了锅炉炉膛容积，炉膛容积热负荷明显降低并已经达到国家标准要求，炉膛结渣状况有极大改善，对于提高锅炉运行安全性和煤种适应性都有很大意义；锅炉燃烧器下放提高了燃尽高度，有利于煤粉燃尽，也为进一步降低NOx提供了有利条件。此外，该项目所研究的节能环保新技术，目前为国内首创，填补了同类型600MW亚临界机组锅炉炉膛接长增容改造应用研究的空白；施工工法具有可操性、安全性、先进性、经济性，工法的工艺技术水平也达到国内领先水平，有很好的推广前景。也为今后我国现有的同类型锅炉（小炉膛高热负荷）的煤种适应性改造、低氮燃烧改造起到极好的示范作用，整体达到国内领先水平，具有较高的推广应用价值。
总之，该项目所研究的新技术，能够明显提高锅炉容积，有效缓解炉膛结渣问题，提高锅炉的煤种适应性，为国电和神华合并后燃用神华煤质带来了可能。该方案具有较强的可实施性，改造实施后该锅炉运行情况良好，锅炉数值模拟计算也提供了理论支持。
作者简介：钱忠文,1964年1月出生,男,浙江金华人,现任国家能源集团浙江电力有限公司总经理及党委副书记职务,高级工程师职称,硕士学位,研究方向（发电企业生产技术和经营管理）。