130t/h中壓煤粉爐低氮燃燒器改造

（中石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003）

130t/h中壓煤粉爐低氮燃燒器改造

趙永黎 任恒昌 朱焱松

（中石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003）

為降低煙氣中NOx排放值，對(duì)兩臺(tái)130t/h中壓煤粉鍋爐低氮燃燒器設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試過(guò)程進(jìn)行技術(shù)總結(jié)，評(píng)價(jià)改造效果，積累經(jīng)驗(yàn)。

低氮燃燒；安裝；調(diào)試；設(shè)計(jì)

一、概況

克拉瑪依石化公司熱電廠兩臺(tái)CG-130/3.82-M16型煤粉鍋爐的煙氣NOx平均排放值為700～800mg/m3，環(huán)保不達(dá)標(biāo)，為此進(jìn)行了低氮燃燒器和增設(shè)SCR反應(yīng)器改造。

二、低氮燃燒器設(shè)計(jì)

1.低氮燃燒原理

（1）燃燒器出口燃料分級(jí)。在煤粉管道上安裝煤粉分離設(shè)備，使一次風(fēng)在水平方向上分為濃淡兩股氣流，其中一股為高煤粉濃度氣流，含大部分煤粉；另一股為低濃度煤粉。濃煤粉氣流在向火側(cè)，有利于著火和穩(wěn)燃；低煤粉在背火側(cè)噴入爐內(nèi)，在水冷壁附近形成氧化性氣氛，有利于防止結(jié)渣。兩股一次風(fēng)煤粉氣流各自偏離化學(xué)當(dāng)量比，可以降低NOx的生成。

（2）爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒。

①軸向空氣分級(jí)燃燒（SOFA）。將燃燒所需的空氣分兩部分送入爐膛：一部分為主二次風(fēng)，約占總二次風(fēng)量的80%左右，從燃燒器區(qū)域送入爐膛；另一部分為燃盡風(fēng)（SOFA），約占總二次風(fēng)量的20%左右，從燃燒器上部送入爐膛。因此，爐膛內(nèi)的燃燒分成3個(gè)區(qū)域，即熱解區(qū)、貧氧區(qū)和富氧區(qū)。燃燒器區(qū)域在貧氧區(qū)，可以抑制NOx的生成，爐膛上部燃盡風(fēng)送入爐膛時(shí)，已經(jīng)避開(kāi)了高溫火焰區(qū)，對(duì)未燃盡產(chǎn)物起到完全燃燒的作用。燃盡風(fēng)噴口與主燃燒器間軸線距離H對(duì)NOx的降低有很大的作用，H的推薦值為：H=1.5（Vdaf/10）0.5。

②徑向空氣分級(jí)燃燒。徑向空氣分級(jí)燃燒是部分二次風(fēng)在水平方向上進(jìn)行分級(jí)，一次風(fēng)煤粉氣流被偏轉(zhuǎn)的二次風(fēng)氣流裹在爐膛中央，形成富燃料區(qū)，而在燃燒區(qū)域及上部四周水冷壁附近形成富空氣區(qū)。采用一二次風(fēng)大小切圓布置，在爐膛內(nèi)形成“風(fēng)包粉”的燃燒環(huán)境，避免燃燒火焰沖刷水冷壁導(dǎo)致的結(jié)焦、結(jié)渣等情況，同時(shí)“風(fēng)包粉”在爐膛水平截面上形成局部（富燃料區(qū)）缺氧，在開(kāi)始燃燒階段推遲了空氣和煤粉的混合，使NOx生成量減少。

2.設(shè)計(jì)原則

（1）低氮燃燒建模。低氮燃燒建模技術(shù)是先進(jìn)的燃料流測(cè)試技術(shù)，LNB/OFA的訣竅在如何把合理的風(fēng)量送到最佳的燃燒位置。采用建模技術(shù)可以模擬整個(gè)燃燒狀況，從而計(jì)算出各種設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)。

（2）根據(jù)煤種合理選擇設(shè)計(jì)的初始濃度。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析，煤種的含氮量越高，煙氣的NOx排放濃度越高。當(dāng)?shù)吭?%～1.5%時(shí)，煙氣的NOx排放濃度在500～1 000mg/m3；當(dāng)?shù)吭?.5%～2.5%時(shí)，煙氣的NOx排放濃度在1 000～1 500mg/m3。本次設(shè)計(jì)依據(jù)的煤質(zhì)參數(shù)如表1所示。

表1 設(shè)計(jì)煤種成分及熱值

（3）選擇合適的過(guò)?？諝饬靠梢钥刂骑w灰含量和NOx排放濃度。

過(guò)剩空氣量越大，NOx轉(zhuǎn)化率提高，當(dāng)過(guò)?？諝饬窟_(dá)到1.4時(shí)，NOx轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到60%。因此，從減少NOx排放角度分析，過(guò)剩空氣量越小越好。但過(guò)剩空氣量＜1.1時(shí)，飛灰含碳量達(dá)到5%，造成鍋爐熱效率下降。所以，過(guò)?？諝饬吭?.1～1.3之間比較合理。

（4）選擇合適的一次風(fēng)率。一次風(fēng)主要有兩個(gè)作用：輸送煤粉和滿足煤粉揮發(fā)分的燃燒。一次風(fēng)率越高，揮發(fā)分燃燒迅速，NOx排放濃度越高。當(dāng)一次風(fēng)率達(dá)到34%時(shí)，NOx排放濃度達(dá)到420uL/L。揮發(fā)分燃燒越迅速，揮發(fā)分停留時(shí)間越短，NOx排放濃度越高，不利于抑制NOx排放。因此，在保證安全輸送煤粉的情況下，控制一次風(fēng)量，可以降低NOx排放濃。同時(shí)，由于一次風(fēng)量少，煤中的揮發(fā)分燃燒后延，有利于控制NOx排放濃度。對(duì)于固定煤種，當(dāng)揮發(fā)分越高，NOx轉(zhuǎn)化率越高，NOx排放濃度也越高。

3.噴口設(shè)計(jì)布置

本次改造維持原燃燒切圓不變，一、二次風(fēng)、燃?xì)鈽?biāo)高不變；考慮到施工吊裝空間限制，主燃燒器改造設(shè)計(jì)中，將主燃燒器分兩段出廠。主燃燒器上部增加一組燃盡風(fēng)裝置，包括兩層噴口。改造后主燃燒區(qū)噴口布置形式從下至上為：

（1）燃?xì)鈬娍?。

（2）下二次風(fēng)。

（3）下層煤噴口。

（4）中下二次風(fēng)。

（5）燃?xì)鈬娍?。

（6）中上二次風(fēng)（帶偏置）。

（7）上層煤噴口。

（8）上二次風(fēng)。

一次風(fēng)采用百葉窗水平濃淡分離燃燒，帶有齒型鈍體,起穩(wěn)燃作用。主燃燒器區(qū)二次風(fēng)噴口面積根據(jù)低氮燃燒需求配風(fēng)，各層噴口相應(yīng)縮小，保證出口的二次風(fēng)風(fēng)速，維持爐內(nèi)動(dòng)力場(chǎng)。上一次風(fēng)下部二次風(fēng)采用部分偏置噴口，將一部分風(fēng)量從主流方向分離出來(lái)偏向水冷壁，用于改善水冷壁附近氣氛，防止燃燒器區(qū)域水冷壁結(jié)渣，保護(hù)水冷壁。

在主燃燒器上部布置了兩層燃盡風(fēng)，燃盡風(fēng)布置在15.7m和16m標(biāo)高。兩層燃盡風(fēng)共8只噴口，燃盡風(fēng)噴口在鍋爐四角水冷壁讓管。每層均等配風(fēng)，燃盡風(fēng)量占總空氣量約為24%，燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速約47m/s。噴口裝配有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)上下20o的擺動(dòng)。上下擺動(dòng)為現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)節(jié),通過(guò)燃盡風(fēng)的補(bǔ)充，增強(qiáng)爐內(nèi)氣流擾動(dòng)，促進(jìn)未燃盡碳的燃燒。上、下燃盡風(fēng)噴口按相反切圓布置，調(diào)整爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)方向，調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫偏差。

三、安裝

1.燃燒切圓的找正

在爐內(nèi)找正切圓的方法較多，有文獻(xiàn)也介紹過(guò)在爐外利用自制量角度儀器對(duì)燃燒器噴口角度定位，進(jìn)而確定爐內(nèi)切圓的方法。燃燒器安裝的基本步驟包括：四角密封罩殼安裝，燃燒器與罩殼初定位、切圓找正、燃燒器與罩殼固定焊接。本項(xiàng)目采取對(duì)爐膛尺寸原始標(biāo)定、經(jīng)對(duì)原始切圓復(fù)核并確定誤差很小后保留原密封罩殼，割去原燃燒器。新燃燒器上下兩片組裝驗(yàn)收端面、中心誤差合格，用水平管四角燃燒器中心線標(biāo)高找正。爐膛中心搭切圓平臺(tái)，以下二次風(fēng)噴口為基準(zhǔn)，噴口入口段中心、噴口中心、切圓切點(diǎn)三點(diǎn)一線，利用拉桿來(lái)調(diào)整噴口左右位移，調(diào)整完畢，對(duì)罩殼與燃燒器之間進(jìn)行順序?qū)ΨQ(chēng)斷焊固定，然后小電流滿焊，盡量減少熱變形帶來(lái)的尺寸偏差（圖1、2）。

圖1 切圓找正示意圖

圖2 切圓平臺(tái)及切點(diǎn)確定

冷態(tài)試驗(yàn)前對(duì)燃燒器安裝角度進(jìn)行了測(cè)量，誤差很小，說(shuō)明方法可行。

表2 不同負(fù)荷效能參數(shù)

2.SOFA風(fēng)的安裝

SOFA風(fēng)的安裝包括四角水冷壁割除起始點(diǎn)的標(biāo)定，燃盡風(fēng)門(mén)中心點(diǎn)的水平找正，水冷壁管的割除和讓管管箱的安裝，風(fēng)門(mén)的安裝及調(diào)試等。安裝的質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)在于水冷壁的割除和焊接質(zhì)量的掌握。

四、調(diào)試

燃燒器調(diào)試包括安裝檢查、冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)兩大部分。首先是相關(guān)測(cè)風(fēng)裝置標(biāo)定，冷態(tài)一次風(fēng)調(diào)平、小風(fēng)門(mén)擋板特性試驗(yàn)。配風(fēng)在計(jì)算配風(fēng)下進(jìn)行，采用均等配風(fēng)方式。為了觀察燃燼風(fēng)大小、開(kāi)關(guān)對(duì)爐內(nèi)氣流的影響，采用在機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)的風(fēng)機(jī)電流、風(fēng)門(mén)控制參數(shù)，模擬實(shí)際運(yùn)行條件時(shí)的爐內(nèi)空氣動(dòng)力狀況。然后在爐內(nèi)斷面上拉“十”字線，在十”字線上按250mm長(zhǎng)度分點(diǎn)。采用葉輪式風(fēng)速儀逐點(diǎn)測(cè)量速度值，作速度場(chǎng)圖。

最后利用飄帶法觀測(cè)爐內(nèi)氣流軌跡、切圓大小，判斷有無(wú)氣流貼壁和對(duì)沖現(xiàn)象。用長(zhǎng)飄帶法觀察射流有否飛邊和沖墻現(xiàn)象。

熱態(tài)調(diào)試包括熱態(tài)一次風(fēng)門(mén)調(diào)平、帶負(fù)荷調(diào)試包括煤粉細(xì)度取樣分析、運(yùn)行氧量及排煙溫度標(biāo)定，通過(guò)鍋爐配風(fēng)方式的調(diào)整，尋找運(yùn)行氧量、風(fēng)門(mén)開(kāi)度組合以及不同的運(yùn)行方式對(duì)鍋爐效率和NOx排放濃度的變化規(guī)律。

五、效果評(píng)價(jià)

1.降氮效果

降氮效果見(jiàn)表2。

2.運(yùn)行情況

各工況下均無(wú)減溫水投用，蒸汽溫度偏低，目前燃盡風(fēng)擺角是向上擺動(dòng)最大值20°，溫度恢復(fù)正常。投用燃盡風(fēng)后未出現(xiàn)受熱面壁溫超溫、爐內(nèi)結(jié)焦、結(jié)渣的現(xiàn)象。低負(fù)荷時(shí)爐膛出口的煙氣溫度偏差超過(guò)50℃，高負(fù)荷時(shí)爐膛出口現(xiàn)兩側(cè)煙氣偏差小于50℃。

六、存在問(wèn)題

1.設(shè)計(jì)安裝

（1）燃盡風(fēng)與吹灰器同一標(biāo)高會(huì)有氣流干擾，應(yīng)當(dāng)在滿足條件下錯(cuò)開(kāi)布置或改變吹灰器的位置。

（2）燃?xì)鈬娍诠芟湓O(shè)計(jì)尺寸偏小，未考慮原火檢安裝位置，布置困難；二次風(fēng)小風(fēng)門(mén)內(nèi)部無(wú)擋塊，轉(zhuǎn)軸也無(wú)開(kāi)度方向，造成開(kāi)關(guān)方向混亂。

（3）四角讓管水冷壁切割水平差，割傷周?chē)鼙?，達(dá)7處，事后采取補(bǔ)焊不規(guī)范。

2.運(yùn)行調(diào)試

（1）一次風(fēng)風(fēng)管內(nèi)的下粉量不均勻，究其原因：一是煤粉倉(cāng)下粉有堵粉的現(xiàn)象；二是風(fēng)粉混合器有返粉的可能，因給粉不均勻，造成氧量變化較大。當(dāng)氧量變化時(shí)，NOx也隨之變化，高低差達(dá)100mg/m3左右，SCR反應(yīng)器投用后，較難控制反應(yīng)器出口的NOx穩(wěn)定性，且會(huì)增加氨的逃逸，造成低溫空預(yù)器堵灰和腐蝕。粉倉(cāng)內(nèi)加裝不銹鋼或高分子材料的內(nèi)襯，檢查各下粉管處壓力，凡出現(xiàn)微正壓粉管的均應(yīng)更換為全負(fù)壓式風(fēng)粉混合器。

（2）部分用于檢查監(jiān)測(cè)的表計(jì)數(shù)值誤差較大，重要表計(jì)需定期進(jìn)行校驗(yàn)，如氧量表、NOx表等，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（3）在燃?xì)馔队脮r(shí)，應(yīng)投同層4個(gè)角的氣火嘴，以避免投用2個(gè)氣火嘴時(shí)單只氣火嘴過(guò)熱損壞及熱負(fù)荷過(guò)高產(chǎn)生結(jié)焦。

七、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)低氮燃燒器的改造，鍋爐氮氧化物排放由平均700～800mg/m3，下降到400mg/m3以下，實(shí)現(xiàn)了減排目標(biāo)?；?、渣含碳量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鍋爐熱效率沒(méi)有降低，燃燒狀況良好，達(dá)到了預(yù)期效果。

[1]孫亦鵬，程亮等.低灰熔點(diǎn)煤質(zhì)鍋爐燃燒調(diào)整降NOx排放試驗(yàn)研究[J].電站系統(tǒng)工程,2013(7).

[2]翁曉，丘紀(jì)華.煤質(zhì)變化對(duì)鍋爐熱效率的試驗(yàn)研究[J].湖北電力,2007(4).

[3]劉茂省，章勤等.某電廠鍋爐主汽溫度偏低問(wèn)題及解決方法探討[J].實(shí)用節(jié)能技術(shù),2011(4).

TK223.2

B

1671-0711（2014）11-0026-03

2014-10-20）