W火焰锅炉SCR脱硝超低排放技术及应用

截至2021年底,全国已有超过95%的燃煤火电机组实现了氮氧化物超低排放,剩余均为燃用无烟煤的W火焰锅炉,其产生的氮氧化物质量浓度高达750~1200 mg/m^(3),实现超低排放难度大,是我国实现超低排放政策的“最后一公里”。目前,选择性催化还原(SCR)脱硝流场技术主要有“SCR分区混合动态调平技术”“全烟道断面混合流场技术”“常规精准喷氨技术”等。以某设计脱硝效率需高达95%的W火焰锅炉为例,通过计算流体力学(CFD)模拟的方式对比3种技术的性能指标,“SCR分区混合动态调平技术”的各项指标明显优于其他技术。工程改造后,在脱硝系统入口氮氧化物质量浓度为1000 mg/m^(3),出口低于50 mg/m^(3)时,可实时保持氨逃逸量小于3μL/L,远超常规SCR脱硝系统最高设计效率(93%),为W火焰锅炉氮氧化物超低排放提供了新的技术路线。

超临界W型火焰锅炉结构效应导致前墙水冷壁温差偏大问题的研究与治理

为解决某锅炉前墙水冷壁温差偏大导致水冷壁频繁超温爆管的问题,从管外传热和管内吸热两方面对热偏差进行分析,发现采用内螺纹管技术的水冷壁管具有自补偿特性,通过数值模拟试验发现结构效应带来温度场和气流场的变化对热偏差影响显著,是造成水冷壁变形和泄漏的主要原因,进而提出二次风差异配风、水冷壁前墙喷涂绝热涂料和优化卫燃带等治理方案,成功治理了水冷壁超温爆管问题.

多算法融合的超临界W火焰炉水冷壁壁温预测模型研究

针对某火电厂水冷壁在深度调峰背景下易发生拉裂而需对水冷壁管间温度梯度进行监控的问题,构建了一种基于PCA-SSA-LSTM多算法融合的预测模型,实现对易拉裂管附近水冷壁管出口壁温的有效预测。为改善模型的预测性能,依据壁温计算理论选取17个输入参数,使用PCA法进行降维处理;采用SSA算法优化PCA-LSTM预测模型超参数,得到最优PCA-SSA-LSTM壁温预测模型。通过与其他预测模型对比发现,融合模型的决定性系数(R2)值有一定程度的增大,均方根误差(RMSE)及平均绝对百分比误差(MAPE)有不同幅度的降低。实际应用表明:建立的多算法融合模型可有效提高多管出口壁温预测精度,能作为电厂DCS监测系统的补充,预警危险壁温,降低因管间大温差造成的水冷壁拉裂风险。

W火焰炉水冷壁管拉裂原因多物理场耦合数值模拟研究

自参与深度调峰以来,贵州省内某发电企业超临界W火焰直流炉水冷壁拉裂故障频发,使机组非计划停机数大幅增加。本文基于数值模拟的方法,建立前述锅炉易发生拉裂部位的局部管屏三维模型,开展多物理场耦合数值模拟研究,求解该模型的管屏在BMCR和40%BMCR两种工况下的最大温度、热应力及最大剪切应力分布和最大变形量,并对比分析模拟结果与现场情况,得出管屏第423管背火侧焊缝处易产生拉裂的原因主要是热应力集中在该部位导致纵向裂纹扩展到焊缝处,以及该部位水冷壁管垂直方向相反的剪切应力最大且对管材具有撕扯作用,在多次深调运行中累加致使焊缝处发生拉裂故障。形成的结论可为机组运行调整和预防性检修策略提供参考。

超临界W火焰锅炉深度调峰运行试验研究

为研究超临界W火焰锅炉低负荷下的运行特性,通过现场试验的方式对某660MW超临界W火焰锅炉进行了深度调峰运行试验研究,并结合燃烧基础理论分析总结了电站锅炉调峰稳燃技术.结果表明:试验机组在无任何稳燃措施的情况下,最低稳燃负荷为35.77%额定负荷(约236.11MW).低负荷运行期间,机组负荷、炉膛负压、燃烧状态等波动较大,但不影响机组安全运行;颗粒物、NO_(x)和SO_(2)的排放均符合国家标准;厂用电率偏高,主蒸汽和再热蒸汽温度偏低,机组热经济性差.研究结果可为同类型机组深度调峰提供参考.

声波激励下W型火焰锅炉燃烧特性的试验研究

为探究声波助燃技术在W型火焰锅炉中的应用潜力,试验研究了实时负荷为315 MW的W型火焰锅炉在声波激励作用下的燃烧特性。在锅炉主燃区、燃尽区分别交错布置12台和4台声波激励装置,每3台1组循环投运,驱动声波激励装置工作的电机频率为35 Hz,相应进气压力维持在0.35~0.47 MPa。试验中,通过电厂集控室集散控制系统(DCS)监测记录了脱硝塔A/B侧进口NO_(x)质量浓度、脱硫装置进口SO_(x)质量浓度和机组煤耗的变化。结果表明:投入声波激励装置后,脱硝塔A/B侧进口NO_(x)质量浓度分别下降了6.08%、5.47%,SO_(x)质量浓度下降了1.24%,机组平均煤耗下降了1.5 g/(kW·h);对省煤器和空气预热器出口的灰分采样分析发现,与无声波激励的情况相比,飞灰含碳质量分数分别下降了1.64%和1.70%,声波助燃技术能有效提高W型火焰锅炉的热效率和降低污染物排放。

W型火焰锅炉炉内气流组织优化及模拟研究

利用计算流体力学(CFD)软件,建立W型火焰锅炉数值模型,研究冷态试验前后,炉内气流组织变化以及飞灰冲蚀和炉膛壁面磨损情况。研究结果表明:经冷态试验优化气流组织,可以得到良好的W形态;调平后炉膛内部流场优化,炉膛内部整体磨损情况改善,磨损速率由调平前的4×10^(-6)kg/(m^(2)·s)降低到1.5×10^(-6)kg/(m^(2)·s);合理的气流组织对炉膛壁面的磨损影响较大,调平前波动幅度最大达到25×10^(-7)kg/(m^(2)·s),调平后波动幅度则在5×10^(-7)kg/(m^(2)·s),合理配风是保证炉膛壁面磨损减弱的重要因素。

600MW超临界“W”火焰锅炉灵活性改造研究

火电灵活性改造已成为消纳新能源的重要手段。本文以某600MW超临界“W”火焰锅炉为例,介绍了超临界“W”火焰锅炉灵活性改造研究,主要包括最低稳燃负荷试验、存在的问题、灵活性改造方案、改造效果,并对灵活性改造项目进行了财务评价。通过灵活性改造,机组深度调峰能力由42.5%额定负荷降至30%额定负荷,新增75MW深度调峰调节能力,项目资本金内部收益率为10.31%,效益显著,可以为同类机组的改造提供参考。

大容量W火焰锅炉尿素热解制氨技术研究及应用

随着国家对生产安全的日益重视,液氨作为脱硝还原剂受到越发严格的监管,脱硝还原剂供应由液氨改为尿素制氨是必要的。而大容量W火焰锅炉因基础NOx质量浓度高,需氨量大。因此,提出1种大容量W火焰锅炉尿素热解制氨技术方案,同时针对系统运行期间暴露出的气气换热器旁路调节能力不足、尿素溶液含有杂质等问题,进行相应的设计优化,为采用尿素热解制氨技术的燃煤机组运行提供借鉴。

某330 MW W型火焰锅炉燃烧系统灵活性改造方案研究

为了解决某330 MW W型火焰锅炉低负荷运行时水冷壁易破裂、热损失大和NO_(x)排放量高等问题,保障该类型机组灵活性运行时的性能,对锅炉燃烧系统原始设计参数与同类机组进行对比分析,提出了燃烧系统改造方案并在现场实施了改造。研究表明:炉膛截面热负荷原始设计值偏低及炉内热负荷输入不平衡是造成水冷壁管易开裂的主要原因;仅有少量的二次风从拱上进入炉膛达不到对一次风煤粉气流的引射作用,不能保证一次风的穿透性和刚度;拱下二次风入射位置及角度对着火和燃尽不利;炉膛整体上空气分级燃烧的程度很差,无独立的OFA喷口,NO_(x)生成控制能力弱。提出的改造方案主要包括:在拱上新增二次风喷口、将乏气喷嘴置于浓煤粉气流的背火侧和拱上OFA喷口水冷套改造等。改造后测试表明,210 MW负荷,飞灰可燃物比改造前下降低约0.95%,脱硝前NO_(x)浓度A、B侧分别比改造前降低了140 mg/m^(3)和129 mg/m^(3)。

某W型火焰锅炉排烟温度高的原因分析与调整措施

以某厂W型火焰锅炉为研究对象,结合实际运行数据,分析该厂锅炉排烟温度高的问题,并从配煤掺烧、燃烧器喷口角度和燃尽风开度等3个方面对锅炉进行调整,提出一系列应对措施。研究表明,经过检修维护和燃烧调整后,锅炉排烟温度下降7.91℃。燃烧工况得到改善,锅炉效率提高0.74%。

W火焰锅炉新型燃煤添加剂的试验研究

受配煤掺烧常态化的影响,煤粉锅炉易发生飞灰含碳量高、受热面积灰结焦等问题。本文以某600MW等级W火焰锅炉为研究对象,研究了一种液态燃煤添加剂在其使用效果。在锅炉热一次风风箱合适位置建立液态添加剂喷加系统,进行了40天的试验研究,监测和对比分析锅炉飞灰含碳量、结焦状况和锅炉效率等指标,并建立了经济性分析数学模型。试验结果表明,该液态添加剂喷加期间,飞灰含碳量有下降趋势,锅炉结焦、掉焦情况改善,595MW工况时锅炉效率提升0.67%。仅考虑机组节能收益和掺烧收益,每吨添加剂可带来的经济效益分别约为1.07万元和4.0万元。

全燃烟煤的W火焰锅炉改造数值模拟研究

对某350 MW的W火焰锅炉进行全燃烟煤改造数值模拟。分析同等级下对冲旋流燃烧锅炉与W火焰锅炉燃烧器相对位置,表明W火焰锅炉采用对冲燃烧方式理论上可行。采用数值模拟方法,分析了改造方案对炉内速度分布、温度分布、氧量分布及炉膛出口参数的影响。数值模拟结果表明,采用对冲旋流燃烧方式后,提高了锅炉下炉膛火焰充满程度,提升了煤粉燃尽率,飞灰及大渣可燃物含量由1.3%、2.64%分别降低至0.53%、0.43%,炉膛出口NO_(x)质量浓度由647 mg/m^(3)升高至812 mg/m^(3);侧墙及翼墙近壁区处于还原性气氛中,存在结焦和高温腐蚀风险,须在侧墙及翼墙区域增加贴壁风系统;与燃用烟煤的对冲旋流燃烧锅炉相比,改造方案燃尽风率较低,须进一步提高燃尽风风率。

W型火焰锅炉改烧烟煤对汽温参数影响试验研究

对某进口350MW亚临界W型火焰锅炉全烧烟煤改造后试验研究。通过试验研究掌握影响锅炉汽温参数主要因素。试验研究结果表明除了煤质对汽温参数有影响外,实际运行中降低一次风速、拱上风量、燃尽风率和增大乏气开度有利于维持汽温稳定,可为同类型锅炉设计运行提供参考。

W火焰锅炉扩烧烟煤的运行优化研究

针对因贵州省煤炭供应变化导致的原设计煤种供应减少及发电量下降问题,国能安顺第二发电有限公司针对W型火焰汽包锅炉实施了掺烧烟煤的可行性研究,旨在寻求解决方案。研究过程中,针对掺烧烟煤可能导致的自燃、防爆、结焦及拱上燃烧器烧损等关键问题,提出了系列技术措施,有效控制了这些风险。掺烧烟煤不仅降低了氨耗和用油量,还因其高热值而减少了供电煤耗,进而降低了燃煤成本。烟煤的低含硫量也有助于防止受热面的高温腐蚀,延长了设备的使用寿命。掺烧后的试验结果表明,烟煤能够满足电网的高负荷需求,且环保指标未超标,证实了其对环境的影响是可控的。

某660MW超临界W型火焰锅炉水冷壁拉裂数值模拟研究

本文通过对某660 MW超临界W型火焰锅炉水冷壁拉裂问题进行分析,采用数值模拟和应力分析对水冷壁应力进行比较,分析了影响水冷壁拉裂的主要因素和原因,发现了水冷壁膨胀受阻导致水冷壁热应力急骤上升是造成水冷壁开裂的根本原因,从而为后续水冷壁拉裂治理奠定了理论基础。

基于炉效试验的660 MW超临界W炉烟煤掺烧经济性评估

贵州某660 MW超临界W型火焰锅炉实际燃用的煤种严重偏离设计煤种,长期存在脱硝入口烟温及锅炉排烟温度偏高的问题,电厂采用掺烧烟煤方式解决该问题。通过不同比例的烟煤掺烧试验可知,随着烟煤掺配比例增加,总体灰量减少、飞灰含碳量与排烟温度下降明显,锅炉效率随之提高。对比不掺烧烟煤,烟煤掺烧比例从8.3%增加到16.7%时,锅炉热效率分别提高0.75%和1.9%,供电煤耗分别下降2.62 g/kWh和7.11 g/kWh。按年发电量60亿kWh进行核算,每年采购54.61万t、热值为20.93 MJ/kg的烟煤进行16.7%比例掺烧,年综合收益为723.2万元,进行烟煤掺烧具有较好的经济性,并且可以有效提高锅炉运行安全性和稳定性。

W型火焰锅炉腐蚀特性及防腐蚀措施研究

W型火焰锅炉运行过程中存在炉膛水动力安全和腐蚀性的问题,针对以上技术难点,以某660MW超超临界W型火焰锅炉为研究对象,从提高抗腐蚀能力方面对其进行研究,提出了相关防腐蚀措施以保证机组的稳定运行。结果表明,在不同温度及SO2浓度下,随着温度升高和SO2浓度增高,Super304、TP310和TP347三种不锈钢材料的腐蚀速度均加快。合理布置燃烧器和受热面位置,并对易腐蚀部件采用喷涂技术等措施可以有效防止高温腐蚀。研究结论可为660MW超超临界W型火焰锅炉的工程应用提供技术指导。

油风和周界风对W火焰锅炉燃烧影响数值模拟研究

对某台300 MW W火焰锅炉进行超低排放改造,改造采用新型低NO_(x)燃烧系统,采用数值模拟方法研究了不同周界风及油风风率对锅炉燃烧特性影响。数值模拟结果表明:随着周界风/油风比率的减小,拱上煤粉气流下冲深度增大,炉内火焰充满程度变好;煤粉气流着火距离变短,燃尽率提高,飞灰含碳量降低,炉膛出口NO_(x)浓度降低。优化的技术方案实施后,第三方试验结果表明各负荷下锅炉NO_(x)排放质量浓度均在700 mg/m^(3)以内,飞灰可燃物含量均在4%以内,高负荷下减温水量虽高于保证值,但较改造前大幅度下降。

超临界W火焰锅炉水冷壁壁温偏差分析治理

福溪发电1号锅炉投产以来多次发生水冷壁泄漏,近年来实际燃用煤种偏离设计煤种较多,水冷壁壁温偏差大和炉膛结焦问题进一步加重。通过深度挖掘历史数据和现场燃烧调整试验相结合的方式,寻找煤质热值、配煤方式和磨煤机组合等影响W火焰锅炉热偏差的主要因素,量化了煤质发热量对于W火焰锅炉水冷壁壁温偏差的影响,确定了锅炉适宜燃用的煤质发热量在19.26 MJ/kg以内,形成了W火焰锅炉水冷壁壁温偏差的控制策略,进行了锅炉二次风箱的改造,改善了水冷壁壁温偏差情况。