一、電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新成果概況

由于我國新能源發(fā)電的迅猛發(fā)展，以及煤電產(chǎn)能的過剩，火電機(jī)組靈活性改造及深度調(diào)峰優(yōu)化研究勢在必行。“基于富氧燃燒技術(shù)的火電靈活性調(diào)峰研究與應(yīng)用”針對超低負(fù)荷深度調(diào)峰鍋爐燃燒穩(wěn)定性及脫硝煙氣入口溫度偏低進(jìn)行試驗(yàn)研究，通過2019年和2020年在本公司兩臺300MW火電機(jī)組的研究和試驗(yàn)，取得了成功，達(dá)到了研究目標(biāo)。目前，機(jī)組可以在超低負(fù)荷30%負(fù)荷（90MW）下穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了在超低負(fù)荷下脫硝催化劑的溫度要求，解決了脫硝在超低負(fù)荷下因煙氣溫度低不能投運(yùn)問題，并且鍋爐的主蒸汽和再熱蒸汽溫度比同等負(fù)荷下提高15℃，提高了機(jī)組發(fā)電的效率，滿足電網(wǎng)深度調(diào)峰要求。

二、電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新成果主要做法

國能重慶電廠有限公司總裝機(jī)容量為192MW（原國家能源集團(tuán)重慶恒泰發(fā)電有限公司2X300MW和重慶電廠新建2X660MW重組），原2X300MW國產(chǎn)亞臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，配套鍋爐為東方鍋爐（集團(tuán)）股份有限公司設(shè)計制造的DG-1025/18.2-II4 型亞臨界壓力、中間一次再熱、自然循環(huán)汽包爐，采用四角切園燃燒方式，鍋爐采用傳統(tǒng)的#0輕柴油點(diǎn)火和低負(fù)荷投油助燃方式，鍋爐設(shè)計安裝3層（12支）空氣霧化點(diǎn)火油槍，出力0.8噸/小時。由于油價的長期高漲，啟動點(diǎn)火和低負(fù)荷穩(wěn)燃的燃料成本極大地影響著發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)效益，2015年公司對#1、2爐進(jìn)行了A層燃燒器富氧燃燒改造工作，在鍋爐點(diǎn)火、深度調(diào)峰、鍋爐穩(wěn)燃方面效果明顯，鍋爐冷態(tài)啟動點(diǎn)火一次耗油在5噸以下，耗油量小，節(jié)能明顯，油燃燒完全，避免了油煤混燒所造成的對電除塵器、脫硫、脫硝等環(huán)保裝置被污染、催化劑中毒等問題；經(jīng)過長期試驗(yàn)摸索，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)組在40%額定負(fù)荷以內(nèi)的調(diào)峰安全穩(wěn)定運(yùn)行，但是，如需再降低機(jī)組負(fù)荷實(shí)現(xiàn)30%額定負(fù)荷深度調(diào)峰，則必須繼續(xù)進(jìn)一步研究試驗(yàn)。

2019年和2020年在#1、2鍋爐燃燒器的D層做了改造試驗(yàn)，目的是在機(jī)組啟停階段A層作為主點(diǎn)火層穩(wěn)燃，D層作為升高爐膛出口煙氣溫度、升高主蒸汽和再熱溫度輔助使用，實(shí)現(xiàn)機(jī)組深調(diào)及啟動初期階段A、D層斷層燃燒，抬高火焰中心，縮短火焰中心到爐膛出口的距離，從而煙氣在爐膛出口的溫度較高，以提升煙溫及在機(jī)組啟動初期控制主、再熱汽溫，同時滿足超低負(fù)荷深度調(diào)峰SCR系統(tǒng)入口煙氣溫度需求，確保SCR系統(tǒng)正常投入。

將原鍋爐D層主燃燒器（#1～#4角一次風(fēng)噴口）從法蘭至噴口段（2m左右）拆除，更換上新設(shè)計的富氧低氮煤粉燃燒器。相對應(yīng)的在鍋爐D層#1～#4角富氧低氮煤粉燃燒器上，各安裝一支富氧微油氣化油槍。油槍出力50±10kg/h。安裝供氧和供油管道，提供點(diǎn)火用氧和用油。

圖1 鍋爐富氧低氮燃燒器布置圖

富氧燃燒技術(shù)的機(jī)理及系統(tǒng)組成：（1）點(diǎn)火原理。鍋爐點(diǎn)火啟動時，利用燃油在純氧條件下充分燃燒所產(chǎn)生的火焰，使穿過該火焰的已呈富氧狀態(tài)的煤粉流得到快速熱解燃燒，進(jìn)而該部分煤粉燃燒所產(chǎn)生熱量，引燃噴入的一次風(fēng)煤粉，實(shí)現(xiàn)“以煤代油，以氧助燃”，達(dá)到以微油燃燒直接點(diǎn)燃煤粉流，（2）穩(wěn)燃原理。鍋爐運(yùn)行爐內(nèi)在冷態(tài)、熱態(tài)時燃燒呈不穩(wěn)定狀態(tài)時，僅需在燃燒器噴口處通入與此時一次風(fēng)粉溫度大致一致的氧氣流，從而使在氧氣流流經(jīng)區(qū)域的煤粉，著火熱顯著降低，燃燒溫度明顯提高，燃燒速度加快，保證了一次風(fēng)粉在不加油時的正常燃燒，達(dá)到一次風(fēng)粉的穩(wěn)燃狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無油穩(wěn)燃，節(jié)約鍋爐穩(wěn)燃用油。（3）降氮原理。富氧低氮燃燒技術(shù)有機(jī)地結(jié)合了空氣分級燃燒技術(shù)、燃料分級燃燒技術(shù)以及投放NH3還原劑（富氧低氮燃燒技術(shù)是產(chǎn)生CO還原劑）還原氮氧化物技術(shù)的特點(diǎn)，同時視為更深度的空氣分級燃燒技術(shù)、燃料分級燃燒技術(shù)、火焰內(nèi)還原技術(shù)的結(jié)合。其反應(yīng)式為：NOx+CO→ CO2+N2。

圖2 鍋爐富氧低氮燃燒器結(jié)構(gòu)

圖3 負(fù)荷 90MW深度調(diào)峰投運(yùn)給粉機(jī)系統(tǒng)圖

圖4 鍋爐深度調(diào)峰曲線

圖5 鍋爐富氧燃燒器獲實(shí)用新型專利

富氧燃燒技術(shù)由以下幾大部分組成：

自動供氧裝置——保證富氧燃燒技術(shù)在實(shí)施中氧氣的供應(yīng)；

自增壓平衡裝置——保證富氧燃燒技術(shù)在實(shí)施中氧氣供應(yīng)的安全性；

燃油預(yù)處理裝置——保證富氧燃燒技術(shù)在實(shí)施中燃油供應(yīng)及時、清潔、穩(wěn)定、安全；

集成設(shè)備——保證富氧燃燒技術(shù)在實(shí)施中鍋爐煤粉安全、有效燃燒，從而達(dá)到鍋爐節(jié)能環(huán)保運(yùn)行的裝置；

系統(tǒng)控制軟件包——保證富氧燃燒技術(shù)在實(shí)施中各設(shè)備（裝置）安全運(yùn)行的控制軟件系統(tǒng)；

自動化硬件集成系統(tǒng)設(shè)備——保證富氧燃燒技術(shù)在實(shí)施中各設(shè)備（裝置）安全運(yùn)行的控制電氣儀表等硬件系統(tǒng)。

三、電力行業(yè)設(shè)備管理創(chuàng)新成果主要亮點(diǎn)

一是針對超低負(fù)荷深度調(diào)峰鍋爐燃燒穩(wěn)定性及煙氣溫度偏低進(jìn)行試驗(yàn)研究，從機(jī)組深度調(diào)峰鍋爐燃燒的安全性、經(jīng)濟(jì)性角度對燃燒器進(jìn)行重新設(shè)計并改造，在燃燒器內(nèi)加入純氧和油助燃煤粉燃燒，通過調(diào)控燃燒系統(tǒng)油、氧參數(shù)，利用氧氣強(qiáng)化燃油燃燒，產(chǎn)生高溫火焰引燃一次風(fēng)煤粉，確保調(diào)峰期間富氧燃燒系統(tǒng)內(nèi)煤粉提前著火主動燃燒狀態(tài)進(jìn)入爐膛。

二是在機(jī)組負(fù)荷30%深度調(diào)峰時，通過斷層、錯層或斷層+錯層富氧調(diào)峰燃燒系統(tǒng)的投運(yùn)，抬高火焰中心，縮短火焰中心到爐膛出口的距離，可確保煙氣溫度滿足SCR投運(yùn)要求，燃燒全過程安全、高效。

三是通過燃燒風(fēng)量分級配比可降低爐膛出口NOx濃度，減少脫硝用氨量，達(dá)到環(huán)保達(dá)標(biāo)排放要求。

四是本技術(shù)的使用大幅度減少了鍋爐燃燒中燃油的用量，并且油燃燒完全，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組啟動全程投入電除塵器和提前投入脫硫脫硝設(shè)備運(yùn)行。

圖6 現(xiàn)場調(diào)試