410t/h煤粉爐低氮燃燒器改造效果分析

摘要：本文介紹了410t/h煤粉爐進(jìn)行低氮燃燒器改造實(shí)現(xiàn)了對(duì)氮氧化物（NOx）的控制，以及改造后對(duì)日常運(yùn)行操作的影響和相應(yīng)的改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：氮氧化物;低氮燃燒;燃盡風(fēng)

氮氧化物（NOx）是電站鍋爐的有害排放物之一。目前天津某熱電廠#6爐平均煙氣NOx排放值基本在650～700Nm³以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。目前，降低鍋爐燃燒產(chǎn)生的NOx主要有兩種：低氮燃燒技術(shù)和煙氣凈化技術(shù)。天津某熱電廠對(duì)#6爐進(jìn)行了低氮燃燒器改造。

1 設(shè)備概況

某天津熱電廠#6鍋爐系杭州鍋爐廠生產(chǎn)的NG410/9.8—M₆型自然循環(huán)煤粉鍋爐，配有中間儲(chǔ)倉(cāng)式熱風(fēng)送粉制粉系統(tǒng)，采用P型布置，四周布滿膜式水冷壁;尾部豎井煙道中交替布置兩級(jí)省煤器和兩級(jí)空氣預(yù)熱器。爐膛上部布置屏式過(guò)熱器、一級(jí)過(guò)熱器、二級(jí)過(guò)熱器布置在水平煙道中。鍋爐設(shè)計(jì)煤種為煙煤。

1.1燃燒系統(tǒng)的改造

2011年10月8日開(kāi)始進(jìn)行的#6爐達(dá)標(biāo)提效改造項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了低氮燃燒器和燃燒系統(tǒng)的改造。改造前燃燒系統(tǒng)布置為五層二次風(fēng)噴口，三層一次風(fēng)噴口，一層三次風(fēng)噴口，布置在最上層二次風(fēng)下方。燃燒器噴口采用分組布置形式，每角分為兩組，上組為上上二次風(fēng)、三次風(fēng)、上一次風(fēng)及中上二次風(fēng)，其中上上二次風(fēng)及三次為擺動(dòng)式;下組為中二次風(fēng)、中一次風(fēng)、中下二次風(fēng)、下一次風(fēng)及下二次風(fēng)。中上二次風(fēng)及中二次風(fēng)之間距離1290mm。改造后下層一次風(fēng)噴口更換為微油點(diǎn)火燃燒器，中上兩層為低氮燃燒器，在整體燃燒器組的上方新增兩組燃盡風(fēng)，由二次風(fēng)總風(fēng)提供，進(jìn)風(fēng)口位置在爐膛四角，頂層燃燒器上部，燃盡風(fēng)擋板可以上下、左右擺動(dòng)15o。

1.2 低氮燃燒器的特點(diǎn)

一次風(fēng)燃燒器采用的水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)，是在一次風(fēng)管道內(nèi)采用百葉窗式煤粉濃縮器，使煤粉氣流在流經(jīng)百葉窗時(shí)產(chǎn)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，煤粉與氣流慣性分離，經(jīng)分流隔板后分別形成兩股濃、淡煤粉氣流。燃燒器布置在四角切圓鍋爐同一水平面，淡煤粉氣流在背火側(cè)噴入爐膛，形成外側(cè)假想切圓;而濃煤粉氣流在向火側(cè)噴入爐膛，形成內(nèi)側(cè)假想切圓。淡煤粉氣流在水冷壁附近形成了比普通燃燒器強(qiáng)得多的氧化性氣氛。并且增加了燃盡風(fēng)擋板開(kāi)度，使得燃燒器組的二次風(fēng)量減少，燃燒區(qū)域過(guò)量空氣系數(shù)相應(yīng)減少，降低了主燃燒區(qū)域的氧量，消弱了煤粉的燃燒強(qiáng)度，火焰溫度得以下降，減少了熱力型NOx的生成量;同時(shí)由于主燃燒區(qū)域氧量下降，燃料型NOx的生成量也相應(yīng)減少，這樣致使NOx整體排放濃度得到了較好控制。

2 技術(shù)改造后NOx的調(diào)整

2.1 二次風(fēng)的配比

此套燃燒系統(tǒng)配有五層二次風(fēng)，主要用于和送風(fēng)機(jī)擋板開(kāi)度（即總風(fēng)量大?。犸L(fēng)壓力的設(shè)定（即一次風(fēng)壓大?。┡浜险{(diào)整以保證系統(tǒng)氧量維持在控制范圍內(nèi)。而這五層二次風(fēng)的分配與布置會(huì)影響爐膛溫度（煤粉燃燒）、火焰中心位置以及氧量、汽溫等參數(shù)的變化等，同時(shí)由于不同配風(fēng)工況對(duì)低氮燃燒中煤粉缺氧燃燒、燃盡效果等有重要影響，直接關(guān)系到NOx的調(diào)整。現(xiàn)保證在氧量維持在4.5%～5%時(shí)，調(diào)整燃盡風(fēng)門上層開(kāi)度40%，下層開(kāi)度10%、鍋爐蒸發(fā)量350t/h、單制粉系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，通過(guò)四種不同的配風(fēng)工況，即均等配風(fēng)、正塔配風(fēng)、倒塔配風(fēng)、縮腰配風(fēng)進(jìn)行試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)所示，均等配風(fēng)缺氧與燃盡作用分配不明顯，正塔配風(fēng)屬于燃盡階段缺氧燃燒，同時(shí)飛灰可燃物含碳量高，火焰中心偏高易導(dǎo)致超溫過(guò)熱等現(xiàn)象產(chǎn)生，倒塔配風(fēng)雖克服以上影響，卻使?fàn)t渣可燃物含碳量增高，都使經(jīng)濟(jì)效率下降而根據(jù)低氮燃燒原理可知只有主燃燒區(qū)缺氧燃燒才可以得到比較好的效果。采用縮腰布置的配風(fēng)方式由于中間部位缺氧效果比較明顯，NOx值可達(dá)到400 mg/Nm³為最小。

2.2 兩層燃盡風(fēng)的分配

改造后燃燒系統(tǒng)布置兩層共8只燃盡風(fēng)噴口，整個(gè)燃盡風(fēng)噴口在燃燒器區(qū)上部相同的水冷壁角部位置開(kāi)出燃盡風(fēng)安裝口，燃盡風(fēng)量占總空氣量中約為25 %～30 %，燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速采用較高風(fēng)速45 m/s，所有燃盡風(fēng)噴口均可以垂直和水平方向擺動(dòng)，各個(gè)燃盡風(fēng)噴口的供風(fēng)風(fēng)道均由相對(duì)應(yīng)的各角主二次風(fēng)道引出分別向燃盡風(fēng)噴口供風(fēng)，保證供風(fēng)阻力小，運(yùn)行中燃盡風(fēng)噴口風(fēng)量均由各自獨(dú)立的風(fēng)門擋板及電動(dòng)執(zhí)行器進(jìn)行自動(dòng)控制，電動(dòng)執(zhí)行器直接接入DCS系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)燃盡風(fēng)風(fēng)門開(kāi)度進(jìn)行控制。上下兩層燃盡風(fēng)開(kāi)度可根據(jù)燃盡情況、NOx排放、過(guò)熱器汽溫偏差等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，同時(shí)燃盡風(fēng)門開(kāi)度比例也是調(diào)整NOx的主要手段。分別在對(duì)三種燃盡風(fēng)開(kāi)度大小進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，效果都很顯著。兩層燃盡風(fēng)開(kāi)度應(yīng)在滿足下層二次風(fēng)開(kāi)度一定的情況下，調(diào)整燃盡風(fēng)開(kāi)度直到最優(yōu)效果。

2.3 鍋爐蒸發(fā)量

在燃盡風(fēng)的開(kāi)度、各層二次風(fēng)的配比不變、雙側(cè)制粉系統(tǒng)運(yùn)行的情況下，保證煤質(zhì)穩(wěn)定，開(kāi)始逐漸降低鍋爐蒸發(fā)量，可發(fā)現(xiàn)NOx值隨之減小。

當(dāng)達(dá)到額定蒸發(fā)量的70%～80%（即蒸發(fā)量300t/h以下）時(shí)，可逐漸交替關(guān)閉上下兩層燃盡風(fēng)，以增加二次風(fēng)量，直到退出低氮燃燒，NOx值仍滿足規(guī)范要求。但是當(dāng)鍋爐蒸發(fā)量接近額定值時(shí)，容易出現(xiàn)超溫、結(jié)焦嚴(yán)重、風(fēng)量不足、燃燒不充分等不利影響。故根據(jù)試驗(yàn)曲線，鍋爐蒸發(fā)量的80%～90%即（320t/h～390t/h的蒸發(fā)量）為最適宜調(diào)節(jié)NOx值的蒸發(fā)量，同時(shí)NOx值也比較容易達(dá)到要求。

2.4 制粉系統(tǒng)的影響

試驗(yàn)測(cè)定，在單制粉系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、通過(guò)調(diào)整各種負(fù)荷工況，NOx排放值均能達(dá)到要求，測(cè)定值均低于400 mg/Nm³，然而在雙制粉系統(tǒng)運(yùn)行的狀態(tài)下，NOx排放值偏高，均在考核值450 mg/Nm³上下波動(dòng)。

3 改造后對(duì)燃燒的影響及改進(jìn)措施

3.1燃燒波動(dòng)較大

由于在最上層加裝燃盡風(fēng)，拉長(zhǎng)了燃燒過(guò)程，爐膛出口溫度高，容易產(chǎn)生超溫、爆管等不利影響。燃盡風(fēng)和二次風(fēng)的調(diào)配也影響了整個(gè)系統(tǒng)的燃燒情況。

改進(jìn)措施為：（1）控制燃燒調(diào)節(jié)幅度，燃盡風(fēng)門開(kāi)度采用微調(diào)，盡量避免滿負(fù)荷或超負(fù)荷運(yùn)行。（2）投入自動(dòng)時(shí)，設(shè)定的“主汽壓力高跳給粉機(jī)”的值與“主汽壓力設(shè)定值”應(yīng)保持一定的范圍，減少給粉機(jī)啟跳頻率，防止本來(lái)燃燒不穩(wěn)的情況受到擾動(dòng)更加變化劇烈。（3）適當(dāng)降低屏式過(guò)熱器溫度，由于一級(jí)減溫器主要起到粗調(diào)作用，以維持屏式過(guò)熱器溫度不超溫，所以控制住屏式過(guò)熱器溫度有利于使主汽溫度保持穩(wěn)定。并且加大打焦力度和降低火焰中心，使?fàn)t膛出口溫度不致過(guò)高。

3.2“低氧”燃燒與結(jié)焦情況矛盾加劇

加裝的兩層燃盡風(fēng)是從各角二次風(fēng)箱引出的，即二次風(fēng)總門后分別供給五層二次風(fēng)、燃盡風(fēng)、周界風(fēng)、側(cè)邊風(fēng)。在總風(fēng)量不變的情況下，開(kāi)大燃盡風(fēng)門，也就相應(yīng)減少了一部分二次風(fēng)，周界風(fēng)的量更少，致使鍋爐火嘴附近、水冷壁結(jié)焦嚴(yán)重，對(duì)鍋爐的安全性也有很明顯的影響。所以應(yīng)該在保證NOx的基礎(chǔ)上，盡量保持一定的二次風(fēng)總門開(kāi)度，使各層二次風(fēng)和周界風(fēng)發(fā)揮作用，控制結(jié)焦程度。在調(diào)整時(shí)應(yīng)在考慮熱風(fēng)壓力和氧量滿足的情況下進(jìn)行調(diào)整。

3.3飛灰含碳量和爐渣可燃物量偏高

燃盡風(fēng)的投運(yùn)減少了主燃燒區(qū)域的氧量，缺氧燃燒致使大部分的煤粉尚未來(lái)得及燃盡就到達(dá)燃盡區(qū)，雖然在燃盡區(qū)補(bǔ)充了足夠的風(fēng)，但煤粉顆粒在燃盡區(qū)的停留時(shí)間更短，加之該區(qū)域燃燒溫度較低，未燃盡的煤粉在燃盡區(qū)也不能完全燃盡，所以造成飛灰可燃物偏高;氧量的測(cè)點(diǎn)也距燃盡風(fēng)較近，稍微開(kāi)大燃盡風(fēng)，對(duì)氧量、負(fù)壓的變化都比較明顯，而影響了對(duì)實(shí)際燃燒區(qū)域的氧量狀況的判斷。另外由于各二次風(fēng)門開(kāi)度較小，尤其爐內(nèi)下層二次風(fēng)量不足，造成爐渣可燃物偏高，這些都最終導(dǎo)致鍋爐效率降低。

4 結(jié)束語(yǔ)

天津某熱電廠#6爐經(jīng)過(guò)低氮燃燒技術(shù)改造達(dá)到了國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，煙氣NOx含量由先前的650～700mg/Nm³以上，達(dá)到了單制粉系統(tǒng)啟動(dòng)工況400 mg/Nm³以下，雙制粉系統(tǒng)啟動(dòng)工況500 mg/Nm³以下的明顯成果。然而在保證燃燒穩(wěn)定和安全的基礎(chǔ)上降低NOx值，仍是操作調(diào)整過(guò)程中的難點(diǎn)，需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)和調(diào)整中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、分析現(xiàn)象、剖析原因，使鍋爐經(jīng)濟(jì)效率不斷提高。另外，可通過(guò)引進(jìn)煙氣脫硝技術(shù)進(jìn)一步降低NOx值，以達(dá)到《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的要求。