低氮燃燒器改造在350MW機組上的應用

王俊峰

【摘 要】 本文主要論述了：某電廠2*350MW機組低氮燃燒器通過采用大風箱布置，新增加燃盡風4層（SOFA ）與雙尺度低NOx燃燒技術(shù)相結(jié)合系統(tǒng)，實現(xiàn)了NOx排放濃度的明顯下降，下降幅度達60%～70%；并有效控制爐膛結(jié)焦，超溫；以及吹灰器使用次數(shù)同時進行了等離子點火配套改造，取消了原有的微油點火裝置及上層大油系統(tǒng)，降低全年耗油量；在NOx排放量得到大幅度降低的同時提升燃燒效率。

【關(guān)鍵詞】 低氮燃燒器 空氣分級 濃淡分離 鍋爐效率

1 鍋爐概述

鍋爐為單爐膛“∏”型布置，緊身封閉，高強螺栓連接，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，采用四角切向燃燒、擺動燃燒器調(diào)溫，固態(tài)除渣、平衡通風?？刹捎枚▔哼\行，也可采用定-滑-定的運行方式。爐膛截面為14212×14212mm的正方形，配有正四角切向燃燒器，為爐膛四圍熱負荷均勻提供了良好條件。爐室凈高57.5m，爐膛截面積為202m2，爐膛容積9549.37m3，上排一次風噴口中心線至屏底距離19.5m，下排一次風噴口中心線至灰斗拐角為4.54m。爐膛截面熱負荷為4.38MW/m2，容積熱負荷為92.6kW/m3，爐膛出口煙氣溫度為1011.3℃。水冷壁按受熱情況，沿爐膛高度與寬度的熱負荷分布劃分28個回路，爐膛水冷壁采用膜式結(jié)構(gòu)，由Φ60×7.5mm，SA210C光管和內(nèi)螺紋管與6mm扁鋼相焊制成，節(jié)距S=76mm，折焰角處由Φ70×10mm的內(nèi)螺紋管組成。在爐膛四角處的水冷壁管子形成燃燒器的水冷套。

2 鍋爐存在問題

（1）響應國家號召，節(jié)能減排要求，鍋爐燃煤燃燒過程中排放的NOx氣體危害大且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質(zhì)之一。

（2）受熱面結(jié)渣，過熱器超溫，鍋爐效率低。

3 改造技術(shù)要求

（1）確保鍋爐燃燒脫硝后NOX排放小于100mg/nm3硫含量小于200mg/nm3。

（2）過熱器后屏溫度小于568度。

（3）結(jié)焦問題好轉(zhuǎn)，能適應高熱值的煤。

4 改造方案簡介

對燃燒器進行重新布置，改變假象切圓直徑，由原來的ΦA(chǔ)728*ΦA(chǔ)915改為ΦA(chǔ)415*ΦA(chǔ)728，調(diào)整各層煤粉及輔助風標高和間距，增加新的燃盡風組建以增加高位風量。原主燃燒器上方約9 m處增加4層分離燃盡風SOFA噴口，分配足量的SOFA燃盡風量，SOFA噴口可同時做上下左右擺動。燃燒器系統(tǒng)風門由下至上依次為：AA二次風、A（一次風）微油已取消、AB（二次風）、B（一次風）、（增加4臺等離子燃燒）；BB（油槍）；BC二次風（帶貼壁風）、C（一次風）、CC（二次風已取消）DD（二次風已取消改為CD為二次風）、D（一次風）、DE油槍已取消（二次風帶貼壁風）、EE（二次風已取消）、E（一次風）EF二次風（帶貼壁風）、F二次風（已取消）、OFA二次風（帶貼壁風）、WA貼壁風、SOFA1～SOFA4，通過改造，主燃燒區(qū)域風量減少25%，形成在主燃燒區(qū)低氧燃燒、燃盡區(qū)采用富氧燃燒，將燃燒生成的NOx還原為氮氣，減少氮氧化物的生成。主燃燒器區(qū)域減少的25%風量通過燃盡風系統(tǒng)吹入爐膛，形成富氧燃燒區(qū)域，將主燃燒器區(qū)域未燃燒完全的煤粉燃燼，減少飛灰含碳量控制爐膛溫度，減少NOX生成，在主燃燒器上方7.6米，增加了4層燃盡風（SOFA），采用大風箱布置，同時進行了等離子點火配套改造。

5 低氮燃燒器技術(shù)

爐內(nèi)燃燒過程NOx生成主要有三種類型，燃料型、熱力型及快速型三種，燃料型NOx約占80—90%，是各種低NOx技術(shù)控制的主要對象。其次是熱力型，主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成，快速型NOx生成量很少。本次改造將采取的相關(guān)措施控制燃料型及熱力型NOx的生成，因為燃料型NOx占總量的80-90%，是燃燒器改造主要控制對象，一般有低NOx燃燒器、低過量空氣系數(shù)、燃料及空氣分級、煙氣再循環(huán)等技術(shù)手段。特別是空氣分級技術(shù)，因為較易實施，無需再燃燃料等，得到普遍應用。近年來國內(nèi)外已發(fā)展多種空氣分級技術(shù)，但是由于我國煤質(zhì)復雜，往往易出現(xiàn)鍋爐結(jié)渣，飛灰含碳量較高等問題。因為采用空氣分級以后，一部分空氣被分離至燃燒器頂部作為燃盡風，使灰熔點降低不易結(jié)焦。

本電廠改造設(shè)計煤質(zhì)揮發(fā)份較高煙煤，較適合于采用雙尺度特點的空氣分級降NOx技術(shù)，但考慮到灰熔點變低的可能性，制定改造方案時特別注意防止改造后鍋爐結(jié)渣，降NOx的同時防止局部區(qū)域出現(xiàn)鍋爐結(jié)渣及高溫腐蝕的傾向發(fā)生，并保持較高的鍋爐效率。雙尺度低NOx燃燒技術(shù)以爐膛大空間作為對象，通過對燃燒器進行雙尺度特點的布置，可同時具有防渣、防腐、高效穩(wěn)燃，超低NOx排放，是一項成熟的低NOx燃燒技術(shù)實施系統(tǒng)優(yōu)化達到防渣、燃盡、低NOx一體化的目的。雙尺度技術(shù)是從解決真型爐存在的實際問題出發(fā)，爐膛中心形成了“中心區(qū)”有較高煤粉濃度、較高溫度、適宜氧濃度、較高燃燒強度，爐膛近壁區(qū)形成溫度低保證近壁區(qū)三場特性利于防渣。采用雙尺度技術(shù)后，水冷壁得到重點保護，爐膛不結(jié)渣、可實現(xiàn)長時間爐膛不吹灰，采用低NOx燃燒器、一次風噴口集中且濃淡組合、接力熱回流環(huán)渦穩(wěn)燃等技術(shù)手段，在燃燒過程尺度上利用熱力與動力不對稱性原理使三種動渦連續(xù)相扣，特別是噴口處煤粉熱解著火后碳的著火燃燒區(qū)段的三場特性利于與爐中心復合射流大渦的復合連接。環(huán)渦內(nèi)碳粒有較高的內(nèi)回流率延長了在環(huán)渦內(nèi)停留時間，顯著提高了環(huán)渦內(nèi)碳燃燒發(fā)熱量，環(huán)渦穩(wěn)燃、著火、碳燃燒、碳燃盡全過程鏈環(huán)穩(wěn)固，針對目前鍋爐運行中存在的問題制定了本方案。對燃燒器進行重新的結(jié)構(gòu)布局，針對易于結(jié)焦的區(qū)域進行煤粉控制燃燒，強調(diào)消除爐內(nèi)燃燒的峰值溫度，更加均勻化的溫度場分布對煤粉燃燒的過程尺度進行控制，力求對鍋爐較高經(jīng)濟性的追求。

6 燃燒器低NOx改造措施

（1）在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風（總風量20—30%），燃盡風采用多噴口多角度射入，沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為氧化還原區(qū)（總風量的70—80%）、主還原區(qū)、燃盡區(qū)。由于有較大燃盡風量的存在，主燃燒器區(qū)存在氧化還原交替存區(qū)，氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進煤粉燃盡，但會產(chǎn)生較多的NOx，局部還原區(qū)可以初步還原產(chǎn)生的NOx，使NOx在初始燃燒時就得到抑制。主還原區(qū)內(nèi)已生成的NOx得到充分還原，燃盡區(qū)內(nèi)將作為燃盡風的二次風及時補充進來，促進焦碳最后燃盡。通過縱向三區(qū)布置，形成縱向空氣分級，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物也會得到控制。

由于實現(xiàn)縱向空氣分級，相對地燃燒器區(qū)域有所擴大，燃燒器區(qū)域熱負荷降低，爐內(nèi)溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產(chǎn)生。

（2）橫向雙區(qū)布置：燃燒器改造后，調(diào)整二次風射流方向，與一次風小角度偏斜，在爐內(nèi)分別形成兩個較小的相反旋向的切圓。關(guān)鍵節(jié)點區(qū)的兩層一次風之間還會布置我公司特有的貼壁風噴口，形成橫向空氣分級。這種橫向空氣分級布置，可使沿爐膛截面形成中心區(qū)和近部區(qū)兩區(qū)分布，中心區(qū)較高的煤粉濃度、較高的溫度水平；近壁區(qū)較低的顆粒濃度、較低的溫度水平，由于貼壁風的存在，近壁區(qū)可保留足夠的氧的存在。一二次風偏置后可使一次風初始燃燒時，二次風不能過早混合進來，可形成局部缺氧燃燒，在火焰內(nèi)就進行NOx還原，抑制NOx產(chǎn)生；同時二次風偏斜角度較小，而且與一次風形成反切，在火焰末端二次風能夠充分摻混合進來，使缺氧燃燒時產(chǎn)生的焦炭再燃燒，保證煤粉燃盡。橫向空氣分級與縱向空氣分級一起形成空間空氣分級。

（3）低NOx燃燒器：一次風設(shè)計噴口為上下濃淡分離形式，中間加裝穩(wěn)燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。同時鈍體能優(yōu)先增加卷吸的高溫煙氣量，進一步強化穩(wěn)燃。

（4）適當降低一次風率，保證煤粉及時著火，并可有效降低NOx生成。

（5）節(jié)點功能區(qū)的建立將下層一次風設(shè)計為上濃下淡燃燒器噴口，上層一次風布置為下濃上淡一次風噴口，兩層一次風噴口中間的二次風小角度與一次風射流偏置，同時布置貼壁風噴口。這樣的噴口組合，同時具有穩(wěn)燃、降低NOx的作用，將燃盡風門和貼壁風風門開大，可實現(xiàn)NOx和飛灰可燃物同時降低。

7 改造后效果

低氮燃燒器改造后在額定工況下，在BMCR工況下，火焰偏斜較小，煙氣流場和熱負荷分布均勻，鍋爐無超溫結(jié)焦現(xiàn)象。低氮燃燒器改造后省煤器出口NOx由改造前810mg/nm3左右降到300mg/nm3以內(nèi)；鍋爐熱效率達到93.28%左右。

8 結(jié)語

此次改造取得了圓滿的成功，并達到國家環(huán)保要求，鍋爐效率提高0.28%，超出設(shè)計出力1165t/h，最高可帶負荷1270t/h穩(wěn)定運行。