W型火焰鍋爐降低NO x排放燃燒調整試驗研究

朱光明，段學農(nóng)，焦慶豐，唐斌，陳一平，楊劍峰，王敦敦

(1．國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙 410007;2．大唐耒陽發(fā)電廠，湖南衡陽 421800)

國內(nèi)發(fā)布的環(huán)保標準，燃煤發(fā)電企業(yè)履行著社會責任有效降低NOx排放濃度。燃煤電廠NOx的生成，與實際燃用煤質、爐型、運行參數(shù)密切相關，針對特定的爐型和煤質，燃燒調整是一種有較強實用意義的研究手段。

1 設備概述

某電廠2臺300 MW機組鍋爐系某公司生產(chǎn)的B＆WB－1025/17.2－M型亞臨界中間再熱自然循環(huán)汽包鍋爐，平衡通風，露天布置。燃燒器布置在下爐膛前后拱上，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)、W型火焰燃燒方式，尾部為雙煙道結構，采用擋板調節(jié)再熱汽溫。每臺爐共配有16個濃縮型EI—XCL低NOx雙調風旋流煤粉燃燒器，與之配套的是4套雙進雙出磨煤機，設計出力45.6 t/h。設計燃用當?shù)責o煙煤。

該鍋爐燃燒設備主要由煤粉燃燒器、風箱、油槍及油點火器、風門控制裝置等組成。鍋爐共配有16個B＆W專門用于燃用低揮發(fā)分燃料的雙調風旋流燃燒器，錯列布置在鍋爐下爐膛的前后墻拱上。

雙調風旋流煤粉燃燒器由煤粉進口管、煤粉濃縮裝置、雙調風筒殼體、煤粉噴口、乏氣管和乏氣噴口組成。

從磨煤機出來的一次風煤粉氣流在經(jīng)過濃縮型EI－XCL燃燒器彎頭前，經(jīng)慣性分離，濃度較高的風粉由燃燒器一次風噴口進入爐膛燃燒，濃度較低的風粉經(jīng)乏氣管引到乏氣噴口進入爐膛燃燒。

旋流引入的內(nèi)外二次風可及時卷吸高溫熱煙氣并適時補充燃燒所需的空氣，有利于煤粉的著火與燃盡。燃燒所需的空氣從拱上通過燃燒器內(nèi)、外二次風引入爐膛，在下爐膛前后墻適當位置還布置了分級風，分級風采用風墻的形式引入爐膛，形成水冷壁四周的富氧氣氛。分級風的控制與對應燃燒器的投停相聯(lián)系，實現(xiàn)分級燃燒，既可有效地抑制NOx的生成，又能防止水冷壁的結焦。為保證無煙煤的著火和燃燒穩(wěn)定，在燃燒器下部水冷壁四周均布置有衛(wèi)燃帶。

2 降低NO x排放燃燒調整試驗

針對該W型火焰鍋爐燃燒系統(tǒng)特點，優(yōu)化試驗期間，調整項目主要包括煤粉細度變化、氧量調整、配風方式調整等。每項調整都根據(jù)試驗結果確定較優(yōu)方式后，補移條件相對固定，再進行其他項目的調整。

工況說明:工況1對應正常煤粉細度，工況2對應較粗的煤粉細度，工況3對應較細的煤粉細度;工況4對應將內(nèi)調風葉片角度統(tǒng)一調整至42°，工況5對應內(nèi)調風葉片角度調小至36°，工況6對應內(nèi)調風葉片角度40°(此時，外調風葉片角度70°);工況7對應外調風葉片角度60°，工況8對應外調風葉片角度68°(此時調風盤位置為130);工況9對應調風盤刻度120;工況10對應分級風門開度50%，工況11對應分級風門開度40%，工況12對應分級風門開度60%(此時爐內(nèi)氧量3.9%);工況13對應爐內(nèi)平均氧量3.3%，工況14對應平均氧量4.4%;工況15和工況16是2個優(yōu)化工況，對應配風方式是分級風門開度65%，四角調風盤刻度125，中間調風盤刻度128，爐膛氧量3%～3.7%。

2.1 入爐煤質分析

試驗期間，煤質化驗結果見表1，2。

表1 入爐煤質工業(yè)分析數(shù)據(jù)

表2 入爐煤混合樣元素分析 %

2.2 鍋爐效率及排煙NO x排放濃度測試結果

2.2.1 煤粉細度調整

為確定煤粉細度變化與鍋爐效率及NOx之間的關系，對煤粉細度進行調整。工況1為未經(jīng)調整的煤粉細度，此時分離器出口的一次風管內(nèi)煤粉細度R90平均值為5%。工況2時，調整分離器擋板開度，但此時A磨和B磨驅動端回粉管堵塞，導致煤粉細度過粗，其它工況，回粉管及時疏通，細度正常。

從表3可知，煤粉細度變細，有利于灰渣可燃物和排煙溫度的降低，鍋爐效率有所提高。從試驗結果看，煤粉細度與NOx之間沒有明顯的關聯(lián)，但在一定范圍內(nèi)，煤粉細度提高有益于控制NOx排放。深入分析，煤粉細度提高，煤粉著火提前，在著火階段和燃燒階段，可形成低氧甚至缺氧環(huán)境，抑制NOx生成。

2.2.2 配風方式調整與鍋爐效率和NOx排放的關系

對于該W型火焰鍋爐，主要的配風方式調整包括內(nèi)調風、外調風、調風盤、分級風門開度等的調整。

1)內(nèi)調風調整

內(nèi)調風葉片角度主要影響內(nèi)二次風旋流強度。內(nèi)調風門葉片角度減小則內(nèi)二次風旋流強度加強，內(nèi)二次風可卷吸更多高溫煙氣、提早混合入燃燒火焰中。

從表3可以看出，隨著內(nèi)調風葉片角度減小，18 m層爐膛溫度明顯升高，說明內(nèi)二次風旋流強度加強后，著火有所提前。從表3數(shù)據(jù)可知，內(nèi)調風葉片角度由40°開大至42°時，由于內(nèi)二次風卷吸高溫煙氣能力下降，導致著火推遲，因此排煙溫度明顯升高，灰渣可燃物也有增大的趨勢。內(nèi)調風葉片角度36°時的排煙溫度比內(nèi)調風葉片角度40°時的排煙溫度偏高，說明內(nèi)二次風過早混合，其剛性下降，導致部分一次風在著火末期沒有氧量供應，最終影響鍋爐燃燒經(jīng)濟性。NOx的排放水平以內(nèi)調風葉片角度在40°左右時較好。當內(nèi)調風角度調大至42°時，NOx的水平略有增加，但內(nèi)調風關小至36°時，實測的NOx濃度明顯升高。這與對應的18 m層爐膛溫度水平升高是一致的?？梢?，當內(nèi)調風葉片角度調小時，隨爐膛溫度水平的變化，NOx有升高趨勢。

應當指出，當內(nèi)二次風角度增大至42°時，部分燃燒器火檢閃爍，鍋爐燃燒溫度性有所下降。

綜合鍋爐效率與NOx排放濃度的變化趨勢，當前煤質下，內(nèi)調風葉片角度開度控制在40°較為適當。

2)外調風調整

外調風的作用主要是卷吸高溫熱煙氣并補充燃燒所需的空氣，它在二次風中占的比例最大，對煤粉燃盡及NOx生成起關鍵作用。

表3說明，外二次風旋流加強時，18 m層燃燒強度加強，對應爐膛最高溫度升高。

表3 不同工況下NO x排放及鍋爐效率對比

從表3知，當外調風葉片不同角度時，65°對應工況下的鍋爐效率最高，說明在65°角度下，外二次風卷吸高溫煙氣及剛性均較好。從實測NOx數(shù)據(jù)看，外調風在60°～70°變化時，NOx排放濃度有一定變化，但變化幅度不是很大，相對偏差不超過5%。

綜合考慮到鍋爐運行經(jīng)濟性，選定外調風葉片角度在68°。

3)調風盤調整

調風盤位置改變主要是起到改變內(nèi)外二次風風量比例的作用，調風盤開大則內(nèi)二次風減小、外二次風增大。調整前，調風盤位置為125。此次試驗，增加調風盤130和120的對比測試。

從表3可知，調風盤在130時，NOx濃度最低而鍋爐效率相對偏低;隨調風盤刻度變小，外二次風量減少，火焰下沖距離縮短，排煙溫度有所升高，但飛灰可燃物逐次下降0.6%和0.8%，鍋爐效率有提高趨勢。煤質修正后，調風盤開度120時對應效率最高，調風盤刻度在130時效率最低。但調風盤在130時，四角火焰火檢出現(xiàn)閃爍。

綜合燃燒穩(wěn)定性、鍋爐效率和NOx排放變化，將調風盤刻度調整至120進行分級風調整試驗。在優(yōu)化試驗中，將四角調風盤刻度調至125，中間12個燃燒器對應調風盤刻度調至128。

4)分級風調整

分級風采用風墻的形式布置在下爐膛前后墻，其作用是形成水冷壁四周的富氧氣氛，實現(xiàn)分級燃燒，抑制NOx的生成，防止水冷壁的結焦。滿負荷下，平常運行中分級風開度一般在40%。

從表3數(shù)據(jù)分析得知，分級風適當開大鍋爐效率有所升高。煤質修正后，分級風在60%，50%，40%下的效率分別為90.24%，89.70%，89.19%。主要是隨著分級風門的開大，灰渣可燃物有所下降，導致效率出現(xiàn)相應變化。分級風門在60%時，NOx排放濃度也有較為明顯的降低。綜合鍋爐效率和NOx排放的影響，認為分級風門應適度開大。

5)氧量調整

爐膛氧量對于無煙煤的著火、燃盡以及NOx生成有直接的影響，為尋找合適的運行氧量，進行了3.9%，4.3%，4.8%的對比測試。

氧量變化期間，鍋爐實際入爐煤質有所變化。工況12和13入爐煤揮發(fā)分較好，工況14入爐煤揮發(fā)分較低，對飛灰可燃物、排煙溫度、NOx排放均有不利影響。

從表3數(shù)據(jù)分析，氧量對NOx和灰渣可燃物影響較大。試驗工況下，氧量增加，NOx濃度明顯升高。比較工況12和工況13，隨氧量的降低，灰渣可燃物明顯升高，導致機械不完全燃燒損失顯著增加。

6)優(yōu)化試驗工況

根據(jù)前面各對比工況，綜合考慮鍋爐效率與NOx排放的影響，進行優(yōu)化工況試驗。

優(yōu)化后，與調整前工況1相比，修正后鍋爐效率基本相當，優(yōu)化前后分別為90.14%和90.06%。在標態(tài)下，NOx由 1 074.88 mg/Nm3降至 843.06 mg/Nm3，降幅為22.7%。

3 結束語

1)煤粉細度對NOx排放濃度有一定影響，煤粉細度提高，在一定范圍內(nèi)，可形成著火和燃燒階段的低氧甚至缺氧環(huán)境，有利于控制NOx生成。

2)分級風對NOx影響顯著。試驗數(shù)據(jù)也表明，在一定的范圍內(nèi)，提高分級風門開度可以同時降低排煙溫度，因此滿負荷下分級風開度應控制在60%以上。

3)內(nèi)調風、外調風、調風盤等對鍋爐燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟性和NOx生成有直接影響。

4)氧量對于鍋爐運行經(jīng)濟性和NOx水平影響顯著。為控制NOx生成，滿負荷工況下，鍋爐運行氧量應維持在3%～4%，在此氧量下鍋爐效率未明顯下降。

〔1〕段學農(nóng)，朱光明，賓誼沅，等.湖南省電廠鍋爐混煤摻燒技術應用〔J〕．中國電力，2010，43(2):48-51．

〔2〕閆維明，宋國升，宋曉紅，等.鍋爐低NOx燃燒調整試驗分析〔J〕．華電技術，2012，34(10):9-11．

〔3〕肖海平，張千，王磊，等.燃燒調整對NOx排放及鍋爐效率的影響〔J〕．中國電機工程學報，2011，31(8):1-6．