長海＃9鍋爐低氮燃燒器改造分析

何兆來

（佛山市南海長海發(fā)電有限公司，廣東 佛山528211）

0 引言

我國的“十二五”規(guī)劃對火電企業(yè)大氣污染排放作出了嚴(yán)格規(guī)定，其中，珠三角地區(qū)在2014年7月1日開始執(zhí)行NOx排放量小于100mg／Nm3的新標(biāo)準(zhǔn)。既要達標(biāo)排放又要降低運行費用，低氮燃燒器的改造就成為火電企業(yè)脫硝改造中“先降后脫”的必然趨勢。我公司位于佛山南海區(qū)，是嚴(yán)控氮氧化物排放的重點地區(qū)，為了達到氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)，有效降低氮氧化物的排放量，我公司于2010年1月著手進行機組鍋爐脫硝工程改造。煙氣脫硝技改項目第一階段擬采用低氮燃燒技術(shù)，其中我公司＃9鍋爐低氮燃燒器改造最先進行，其對現(xiàn)有燃燒器進行了整體綜合改造，為其他機組鍋爐改造積累了經(jīng)驗。

1 設(shè)備概述

我公司＃9鍋爐為杭州鍋爐廠生產(chǎn)的單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、型布置、固態(tài)排渣的中溫中壓燃煤鍋爐，于1992年8月建成投產(chǎn)。鍋爐前部為爐膛，四周布滿光管式水冷壁，尾部豎井煙道中交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預(yù)熱器。采用角置直流式煤粉燃燒器，正四角切向布置，假想切圓為430mm，噴口布置形式從下到上依次為：下二次風(fēng)、下一次風(fēng)、上一次風(fēng)、中二次風(fēng)、上二次風(fēng)、三次風(fēng)。在下二次風(fēng)中裝有高能點火裝置及點火油槍，單只油槍出力0.8t／h，采用鋼球磨、中間儲倉熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。由于煤源復(fù)雜多變，鍋爐實際燃用煤種變化較大。

2 鍋爐低NOx燃燒器改造采用的技術(shù)

SOFA技術(shù)是有效控制NOx排放的成熟技術(shù)，脫硝率一般在30%～60%，此次燃燒器改造以SOFA空氣分級燃燒技術(shù)為主，同時揉和低NOx噴嘴、低氧燃燒、偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)等多項技術(shù)，控制整個燃燒過程中NOx的生成。SOFA技術(shù)把爐膛從下往上依次分為主燃區(qū)和燃盡區(qū)。主燃區(qū)控制氧／燃料化學(xué)當(dāng)量比在0.85左右，形成還原性氣氛，抑制主燃區(qū)NOx的生成；在燃盡區(qū)加入其余空氣，過量空氣系數(shù)恢復(fù)到正常值（α≈1.15，氧量2.7%），使未完全燃燒產(chǎn)物充分燃燒；同時下一次風(fēng)采用低NOx噴嘴，減少著火初期NOx的生成，使NOx生成總量大幅降低，并有效減少爐內(nèi)結(jié)渣現(xiàn)象。

2.1 低NOx噴嘴

將鍋爐燃燒器原一次風(fēng)噴嘴改為強化著火低NOx噴嘴，既可達到脫NOx目的又可保證穩(wěn)燃效果。噴口設(shè)周界風(fēng)以滿足以后摻燒神華煤的要求。

2.2 偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)技術(shù)

采用偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)技術(shù)，原上二層二次風(fēng)偏轉(zhuǎn)，延緩二次風(fēng)與一次風(fēng)的混合，在爐內(nèi)形成風(fēng)包粉燃燒，減少煤粉撞到水冷壁上引起的結(jié)渣，同時實現(xiàn)空氣水平分級，減少NOx的生成，抑制燃燒初期NOx生成。

2.3 SOFA空氣分級結(jié)合低氧燃燒技術(shù)

在原燃燒器上方增設(shè)2層SOFA風(fēng)，將燃燒區(qū)域分成2個：欠氧的主燃燒區(qū)域和氧量充足的燃盡區(qū)域。

3 改造目標(biāo)

（1）通過改造＃9鍋爐燃燒系統(tǒng)，將氮氧化物排放降低到250mg／Nm3以下，并在此基礎(chǔ)上保證鍋爐效率不低于改造前的狀況。

（2）改造后鍋爐的出力維持不變，過熱蒸汽達到原設(shè)計值，過熱蒸汽的減溫水量可控制在燃燒器改造前水平。

中華民族的玉文化源遠流長，新石器時代的早期就有了玉器，紅山文化可為這一時期玉文化的卓越代表，到臨近文明時期的良渚文化、凌家灘文化、石家河文化，玉文化蔚為大觀。從新石器早期到新石器晚期，其玉文化既有一脈相承性，又有發(fā)展性。新石器早期的玉文化側(cè)重于以玉事神，其玉器本質(zhì)上為巫或神，可名之為巫玉或神玉，而新石器晚期的玉文化則側(cè)重于以玉成禮，其玉器的本質(zhì)應(yīng)為禮，應(yīng)名之為禮玉。良渚文化、凌家灘文化、石家河文化都以玉器著名，其玉器也多以禮為本質(zhì)，相比較而言，良渚文化更為突出，可謂禮玉文化的代表。

（3）保證改造后鍋爐運行的安全性、經(jīng)濟性及可操作性。提高燃燒系統(tǒng)對煤種的適應(yīng)性，防止結(jié)渣及高溫?zé)煔飧g。改造后鍋爐的控制模式基本維持不變，燃燒火焰更穩(wěn)定。

4 改造方案

4.1 總體方案

本次改造本著在滿足性能要求的前提下盡量減小燃燒系統(tǒng)的改動量，以節(jié)省投資，縮短設(shè)計、制造與安裝周期的原則。

本次改造維持燃燒角不變，噴口布置形式從上而下為2—2—3—2—2—1—1—2。一次風(fēng)采用水平濃淡技術(shù)，整體更換，主燃燒器最上層二次風(fēng)采用局部偏置風(fēng)結(jié)構(gòu)，重新供貨，其主要作用是防止水冷壁發(fā)生高溫腐蝕現(xiàn)象。原主燃燒器最下層點火二次風(fēng)不動，根據(jù)最新的核算結(jié)果對噴口進行局部封堵。

兩層SOFA燃燒器（風(fēng)門和配套的電動執(zhí)行器除外）重新供貨，并且對SOFA布置的標(biāo)高進行了調(diào)整——低位SOFA下移400mm，新的標(biāo)高為14500mm；高位SOFA上移800mm，新的標(biāo)高為17200mm。

低位SOFA可水平擺動20°，擺動方式為手動，通過補充一定量燃燒需要的氧氣，使進入富氧區(qū)域的未燃盡碳進一步減少，同時可以起到消除殘余扭轉(zhuǎn)的作用，還可對爐膛出口煙溫偏差進行有效調(diào)節(jié)。高位SOFA可上下擺動15°，并有效控制爐膛出口煙溫和飛灰含碳量。

SOFA風(fēng)道做相應(yīng)調(diào)整，高位SOFA所在區(qū)域剛性梁（標(biāo)高17100mm）做配套改造。SOFA區(qū)域水冷壁讓管整體移動，不足的直管段部分補充供貨。

4.2 改造后燃燒器噴口布置及特點

主燃燒器噴口布置方式與原燃燒器相似，從下到上依次為：下二次風(fēng)、下一次風(fēng)、上一次風(fēng)、中二次風(fēng)、上二次風(fēng)、三次風(fēng)。主燃燒器上部設(shè)2層SOFA噴口，即上SOFA和下SOFA。各噴口特點如下：

4.2.1 一次風(fēng)

一次風(fēng)噴口布置標(biāo)高維持不變。

一次風(fēng)噴口設(shè)水平波形鈍體，鈍體迎風(fēng)面設(shè)耐磨陶瓷片，防止噴口磨損。運行時在鈍體后形成回流區(qū)，強化燃燒，保證穩(wěn)定燃燒，降低著火初期NOx排放。噴口周圍設(shè)周界風(fēng)，周界風(fēng)引自二次風(fēng)箱，設(shè)手動調(diào)節(jié)風(fēng)門，可根據(jù)燃用煤種需要調(diào)整風(fēng)量，防止噴口燒壞，同時周界風(fēng)還起到強化水冷壁附近氧化性氣氛的作用，防止水冷壁結(jié)焦和高溫腐蝕。

4.2.2 二次風(fēng)

二次風(fēng)仍采用原配風(fēng)布置方式，但主燃燒器3層二次風(fēng)噴口面積均有不同程度減小。各層二次風(fēng)的功用與改造前有所不同：下二次風(fēng)和中二次風(fēng)用于煤粉著火后的助燃，上二次風(fēng)在三次風(fēng)投運時關(guān)小，僅留少量冷卻風(fēng)，三次風(fēng)停運時，相鄰的上二次風(fēng)全開，保證主燃燒區(qū)域送風(fēng)。

4.2.3 三次風(fēng)

三次風(fēng)噴口布置標(biāo)高維持不變。

4.2.4 SOFA 風(fēng)

要獲得好的低NOx排放效果，SOFA風(fēng)布置在距離主燃燒區(qū)域越遠的位置越好，但其布置高度也受到碳燃盡的影響?？紤]到本項目為改造項目，燃盡風(fēng)提高過多可能對鍋爐整體性能產(chǎn)生影響，加上鍋爐在主燃燒器上方布有下降管，緊靠爐膛四角布有鍋爐立柱，SOFA風(fēng)噴口布置在兩側(cè)墻下降管上方。SOFA噴口仍設(shè)2層，采用下傾10°布置方式，并可在此基礎(chǔ)上上下手動擺動15°，以適應(yīng)燃料煤種變化。

設(shè)置2層SOFA風(fēng)的目的主要是保證SOFA風(fēng)率調(diào)節(jié)時風(fēng)速能始終維持一較佳值，當(dāng)鍋爐負(fù)荷降低導(dǎo)致SOFA風(fēng)量減小時，關(guān)小一層SOFA風(fēng)門，則可維持另一層SOFA風(fēng)仍在設(shè)計風(fēng)速附近運行。

噴口布置假想切圓采用“一、二次風(fēng)大小切圓”方式。下二層一次風(fēng)形成直徑為400mm的逆時針假想切圓。下二次風(fēng)也按400mm設(shè)計，以防止托浮煤粉離析和冷灰斗結(jié)渣。中二次風(fēng)、上二次風(fēng)形成逆時針直徑為800mm的假想切圓，由于本項目SOFA風(fēng)離爐膛出口較近，為防止?fàn)t膛出口扭轉(zhuǎn)殘余過大，SOFA風(fēng)采用200mm小切圓布置。

這樣設(shè)計爐內(nèi)空氣動力場，一次風(fēng)煤粉氣流進入爐膛，被偏轉(zhuǎn)的二次風(fēng)裹在爐膛中央，形成富燃料區(qū)，四周水冷壁附近則形成富空氣區(qū)，這種設(shè)計還有著火穩(wěn)定、結(jié)焦及高溫腐蝕傾向低和NOx形成量少等優(yōu)點。SOFA風(fēng)采用小切圓布置，可有效降低爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余。

4.3 燃燒器設(shè)計參數(shù)

由于此次改造不改動現(xiàn)有制粉系統(tǒng)和送粉系統(tǒng)，燃燒器維持一次風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)溫不變，二次風(fēng)速和風(fēng)溫也維持不變，SOFA風(fēng)引自熱風(fēng)箱，其風(fēng)速和風(fēng)溫與二次風(fēng)相同，正常運行時一層SOFA風(fēng)關(guān)??；原設(shè)計三次風(fēng)量與廠內(nèi)其他鍋爐比偏小，設(shè)計計算三次風(fēng)量仍為原設(shè)計值。考慮到NOx控制需要，略微減少送入爐膛的總熱風(fēng)量。

一次風(fēng)噴口面積與改造前相同，改造后主燃燒器二次風(fēng)噴口總面積198000mm2，SOFA風(fēng)噴口總面積147000mm2，原燃燒器二次風(fēng)噴口總面積237192mm2。正常運行時，上二次風(fēng)和一層SOFA風(fēng)僅留少量冷卻風(fēng)。改造前后各噴口面積如表1所示。

表1 改造前后各噴口面積對比

5 改造效果

＃9鍋爐燃燒器改造后，在熱態(tài)下針對不同負(fù)荷工況、不同入爐煤質(zhì)進行了較為全面的試驗，試驗結(jié)果較為理想，在保證鍋爐運行效率的前提下，氮氧化物排放量可穩(wěn)定在低于250mg／Nm3的水平。改造后氮氧化物減排率超過50%，實現(xiàn)了＃9鍋爐低氮燃燒器改造的目標(biāo)。改造后的效果如表2所示。

表2 改造后的效果

6 結(jié)語

燃燒器改造后NOx明顯降低，不僅改善了本地區(qū)的空氣質(zhì)量，降低了電廠脫硝運行費用，取得了明顯的環(huán)境效益及社會效益，同時為實現(xiàn)我國“十二五”期間節(jié)能減排目標(biāo)做出了巨大貢獻。

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