高效低NOx燃燒器改造在揚電公司的應(yīng)用、出現(xiàn)的問題及對策

熊晨陽

（江蘇華電揚州發(fā)電有限公司，江蘇 揚州 225000）

高效低NOx燃燒器改造在揚電公司的應(yīng)用、出現(xiàn)的問題及對策

熊晨陽

（江蘇華電揚州發(fā)電有限公司，江蘇 揚州 225000）

為滿足環(huán)保NOx排放量的要求，我廠330MW機組鍋爐采用雙尺度防結(jié)渣、低NOx燃燒技術(shù)對燃燒器進(jìn)行了改造。改造后鍋爐在機組負(fù)荷220～330MW、保證鍋爐效率的前提下，NOx排放量能夠穩(wěn)定控制在50mg/m3以內(nèi)，但也給鍋爐安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行帶來了一定的影響。實踐證明，對應(yīng)負(fù)荷控制氧量，結(jié)合鍋爐的配煤摻燒，合理配風(fēng)，優(yōu)化熱工自動控制等方法，既降低NOx排放，又能使鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

低NOx燃燒器；改造；應(yīng)用；問題；對策

鍋爐燃煤燃燒過程中排放的NOx氣體危害大，且較難處理，它刺激人的呼吸系統(tǒng)、損害動植物、破壞臭氧層，也是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。為響應(yīng)國家環(huán)保政策，江蘇華電揚州發(fā)電有限公司對330MW機組鍋爐進(jìn)行低氮燃燒改造，以實現(xiàn)氮氧化物排放濃度降低的目標(biāo)。

1　鍋爐概況、原燃燒器

江蘇華電揚州發(fā)電有限公司#6爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)，型號DG1036/18.2-∏4，鍋爐為亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐。單爐膛∏型露天布置，一次再熱，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣，全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)，爐頂帶金屬防雨罩。

每角燃燒器共有13層噴口，其中一次風(fēng)噴口5層，二次風(fēng)噴口7層（其中3層二次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)有油槍）、用于降低NOx生成量的頂二次風(fēng)噴口1層。一次風(fēng)噴口四周有周界風(fēng)，每角燃燒器分上下兩組。上組燃燒器有6層噴口，下組燃燒器有7層噴口。

燃燒器為水平濃淡燃燒器，在一次風(fēng)風(fēng)管中采用“百葉窗”式的煤粉濃縮器。采用均等配風(fēng)方式，不利于降低NOx的生成。

2　改造方案

雙尺度防結(jié)渣、低NOx燃燒技術(shù)以爐膛空間尺度和煤粉燃燒過程尺度為重點關(guān)注對象，全面實施系統(tǒng)優(yōu)化。將爐內(nèi)大空間整體作為對象，通過爐內(nèi)射流合理組合及噴口合理布置，爐膛內(nèi)中心區(qū)形成具有較高溫度、較高煤粉濃度和較高氧氣區(qū)域，同時爐膛近壁區(qū)形成較低溫度、較低CO和較低顆粒濃度的區(qū)域，使在空間尺度上中心區(qū)和近壁區(qū)三場（溫度場、速度場及顆粒濃度場）特性差異化。在燃燒過程尺度上通過對一次風(fēng)射流特殊組合，采用低NOx噴口，節(jié)點功能區(qū)技術(shù)、多角度非等速燃盡風(fēng)等技術(shù)，強化煤粉燃燒、燃盡及NOx火焰內(nèi)還原，并使火焰走向可控，最終形成防渣、防腐、低NOx及高效穩(wěn)燃多種功能的一體化。

2.1燃燒器低NOx改造措施

縱向三區(qū)布置：如圖1所示，改造后燃燒器從下至上分為三個區(qū)，依次為主燃燒器區(qū)、主還原區(qū)及燃盡區(qū)。主燃燒器區(qū)為集中氧化還原區(qū)，風(fēng)量約占總風(fēng)量的70%～80%，保證煤粉初期燃燒；在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風(fēng)，約占總風(fēng)量的20%～30%，燃盡風(fēng)采用多噴口多角度射入；在主燃燒器區(qū)與燃盡區(qū)之間形成了主還原區(qū)。

由于部分助燃風(fēng)從燃盡區(qū)引燃，主燃燒器區(qū)內(nèi)氧化與還原交替相存，氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進(jìn)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；在主還原區(qū)內(nèi)，來自主燃區(qū)的NOx得到充分還原；燃盡區(qū)內(nèi)將作為燃盡風(fēng)的二次風(fēng)及時補充進(jìn)來，促進(jìn)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，燃燒器區(qū)域有所擴大，燃燒器區(qū)域熱負(fù)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，并有效防止燃燒器區(qū)域附所壁面結(jié)渣。橫向雙區(qū)布置（見圖2）：對爐內(nèi)射流進(jìn)行重新調(diào)整，將原有的一、二次風(fēng)同向大角度偏置射流改為一、二次風(fēng)反向小角度偏置射流。兩層一次風(fēng)之間還布置的貼壁風(fēng)噴口，形成橫向空氣分級。這種橫向布置，可使一次風(fēng)初始燃燒時，二次風(fēng)不能過早混合進(jìn)來，形成缺氧燃燒，在火焰內(nèi)就進(jìn)行NOx還原，抑制NOx產(chǎn)生；在火焰末端，二次風(fēng)再及時摻混合進(jìn)來，使缺氧燃燒時產(chǎn)生的焦炭再燃燒；二次風(fēng)反向切入，可以延長火焰行程，強化煤粉后期著火燃燒。同時，這部分二次風(fēng)在近壁區(qū)域形成了較低的溫度、較低的顆粒濃度和較高的氧化性氣氛，提高灰熔點，在防治爐膛結(jié)渣的同時，可抑制水冷壁的高溫腐蝕。

圖1　縱向三區(qū)分布示意圖

2.2低NOx燃燒器

一次風(fēng)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［1］，還可對煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。濃相由于煤粉濃度較高，析出揮發(fā)份較多，更易實現(xiàn)早著火，同時鈍體能優(yōu)先增加卷吸的高溫?zé)煔饬浚M(jìn)一步強化穩(wěn)燃。

圖2　燃燒器橫向雙區(qū)布置示意圖

節(jié)點功能區(qū)的建立。將下層一次風(fēng)設(shè)計為上濃下淡燃燒器噴口，上層一次風(fēng)布置為下濃上淡一次風(fēng)噴口，兩層一次風(fēng)噴口中間的二次風(fēng)小角度與一次風(fēng)射流偏置，同時布置貼壁風(fēng)噴口。這樣的噴口組合，具有穩(wěn)燃、降低NOx的作用，將中間二次風(fēng)和貼壁風(fēng)風(fēng)門開大，可實現(xiàn)NOx和飛灰可燃物同時降低（見圖3）。

圖3　節(jié)點功能區(qū)示意圖

多噴口多角度燃盡風(fēng)噴口，考慮到改造后將解決結(jié)焦問題，爐膛出口煙溫會出現(xiàn)下降，加裝適量燃盡風(fēng)后，將SOFA噴口設(shè)計為可上下左右擺動的噴口，通過燃盡風(fēng)噴口上下擺動可控制爐膛出口煙溫水平。同時燃盡風(fēng)噴口還可水平擺動，向爐膛內(nèi)不同區(qū)域內(nèi)按需供風(fēng)，保證降低NOx同時取得較高的鍋爐經(jīng)濟性。

3　改造效果

改造后，能在保證鍋爐效率的前提下，經(jīng)脫硝系統(tǒng)后，有效控制NOx排放量在環(huán)保要求的50mg/m3范圍內(nèi)，節(jié)約了液氨費用及脫硝運行費用（見表1）。

4　低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用改造后出現(xiàn)的問題及原因分析

4.1灰、爐渣可燃物增加

改造后，雖然NOx降幅很大，但即使在燃用同一煤種時，飛灰可燃物升幅也較大。主要是低氮燃燒技術(shù)采用低溫、低氧燃燒，控制和推遲煤粉的著火，使煤粉燃燼能力下降，飛灰和爐渣可燃物增大［2］，如表1所示。

4.2蒸汽參數(shù)偏離設(shè)計值，過、再熱減溫水量增加，屏過或再熱器超溫

改造后，火焰中心上移，爐膛出口煙溫上升，爐膛溫度下降，爐膛水冷壁輻射吸熱量減少，對流受熱面的吸熱量增加，存在過熱汽溫、再熱汽溫超設(shè)計值、再熱器管壁超溫的問題，過、再熱減溫水量大幅增加。另外四層SOFA風(fēng)門調(diào)整不合理，無法形成有效消旋流場，煙氣流場偏向，造成兩側(cè)煙溫偏差［3］，使再熱器壁溫偏差大，單側(cè)超溫增加減溫水。

表1　改造前、后NOx測試結(jié)果對比

4.3爐內(nèi)燃燒工況變差，配煤、配風(fēng)、穩(wěn)燃性能下降

因采用低溫、低氧燃燒，爐膛溫度下降，煤粉在低溫缺氧情況下著火推遲，同時燃燼能力下降，爐內(nèi)燃燒工況較改造前變差，改造前原采用的配煤、配風(fēng)方式很大程度上不適用，對鍋爐的蒸汽參數(shù)、飛灰爐渣、排煙溫度、熱工品質(zhì)等指標(biāo)產(chǎn)生新的影響，同時鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力下降。

4.4熱工自動控制性能下降，蒸汽參數(shù)波動大，機組AGC響應(yīng)速率慢

改造后，在同一煤種同負(fù)荷下，由于燃料在爐內(nèi)燃燒反應(yīng)減緩，各級受熱面的煙溫分布和吸熱量發(fā)生變化，熱工自動控制遲緩和過調(diào)現(xiàn)象明顯增加，導(dǎo)致蒸汽參數(shù)波動大；機組出現(xiàn)AGC響應(yīng)速率遲緩，不能滿足電網(wǎng)要求。主要原因是熱工的控制系統(tǒng)定值、控制曲線沒有進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。

4.5過熱器產(chǎn)生結(jié)焦

因爐膛火焰中心上移，相應(yīng)爐膛出口煙溫升高，未能燃燼的成分隨氣流上升到上部區(qū)域與燃盡風(fēng)等強烈混合，在此區(qū)域開始劇烈燃燒，造成此區(qū)域溫度高，容易引起過熱器超溫、結(jié)焦和積灰。

4.6鍋爐煤種適應(yīng)性變差

改造后，鍋爐燃用煤種發(fā)生變化后，原先鍋爐經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)保指標(biāo)的平衡關(guān)系被打破，如：高熱值、高揮發(fā)分煤種時，NOx的排放濃度雖略有增加但較易調(diào)整控制，出現(xiàn)燃燒器噴口易結(jié)焦、過熱器易超溫、過熱減溫水量增加等現(xiàn)象；當(dāng)燃用劣質(zhì)煤或水分偏大的煤種時，NOx的排放濃度雖略有降低但調(diào)整控制較困難，特別是上層燃燒器煤質(zhì)較差時，再熱器超溫情況明顯增加等。

5　對策

5.1爐內(nèi)分層配煤混燒

結(jié)合鍋爐的配煤摻燒，在兼顧排放濃度、穩(wěn)燃等條件下最大程度消化經(jīng)濟煤種，建議煙煤配置在下層燃燒器保鍋爐穩(wěn)燃；褐煤揮發(fā)分高配置在中間層燃燒器低氧燃燒可控制NOx的產(chǎn)生；貧煤配置在上層燃燒器有利于著火和二次分級燃燒。

5.2根據(jù)煤種、負(fù)荷配風(fēng)

額定負(fù)荷工況下，煙煤宜配中等風(fēng)，如配大風(fēng)量不利于控制NOx的產(chǎn)生；褐煤若配以大風(fēng)量則NOx的生成量較大，宜少配風(fēng)；貧煤、無煙煤揮發(fā)分低，為確保燃燼宜多配風(fēng)?？紤]穩(wěn)燃、低氧、分級，配風(fēng)方式宜采用縮腰倒寶塔型，即：下層風(fēng)門開度40%～50%，中間風(fēng)門開度不宜小于20%，上層風(fēng)門開度50%～70%。本廠開大上兩層SOFA風(fēng)門能形成有效消旋流場，減小煙溫偏差，蒸汽兩側(cè)偏差，但不建議SOFA風(fēng)門開度長期在100%。

5.3優(yōu)化控制鍋爐運行氧量

鍋爐燃燒中氧量的大小的控制，影響飛灰可燃物、鍋爐運行的經(jīng)濟性，尤其對NOx產(chǎn)生的控制起著決定性作用；改造后，額定負(fù)荷工況下，燃用貧煤、無煙煤爐膛氧量宜控制在3%～3.5%，燃用煙煤爐膛氧量宜控制在2.5%～3%，燃用褐煤爐膛氧量宜控制在2.3%；負(fù)荷280～330MW爐膛氧量宜控制在2%～2.3%，負(fù)荷220～280MW爐膛氧量宜控制在2.5%～3%，負(fù)荷180～220MW爐膛氧量宜控制在3%～3.5%，保持SOFA風(fēng)門較小開度，不再進(jìn)行低氮燃燒，有利燃燒穩(wěn)定。

5.4優(yōu)化熱工自動控制

改造后，燃料在爐內(nèi)燃燒過程相對延緩和延長，熱工的控制系統(tǒng)定值、控制曲線應(yīng)做相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整。在機組增加負(fù)荷時，風(fēng)量調(diào)節(jié)滯后于煤量的變化，汽溫快速升高；減負(fù)荷時，煤量調(diào)節(jié)滯后于風(fēng)量的變化，汽溫快速下降；存在主汽壓力和主再熱汽溫大幅波動的現(xiàn)象，氧量自動明顯不協(xié)調(diào)。因此，應(yīng)優(yōu)化原靜態(tài)、動態(tài)負(fù)荷—煤量控制曲線，優(yōu)化制粉系統(tǒng)冷、熱風(fēng)門控制，優(yōu)化減溫水自動控制系統(tǒng)，增加一次調(diào)頻鍋爐主控前饋，優(yōu)化負(fù)荷響應(yīng)能力。

6　結(jié)束語

為緩解燃本廠的環(huán)保壓力，降NOx的減排技術(shù)需進(jìn)一步研究和發(fā)展，更為重要的是在新的減排技術(shù)和環(huán)保設(shè)施應(yīng)用后產(chǎn)生的問題處理能力要進(jìn)一步提升，為本廠的可持續(xù)發(fā)展?fàn)幦「蟮沫h(huán)保效益。

［1］李衍平.300M機組燃煤鍋爐空氣分級低NOx燃燒系統(tǒng)改造技術(shù)［J］.黑龍江電力，2013，（3）：272-274.

［2］劉志江.低氮燃燒器改造及其存在問題處理［J］.熱力發(fā)電廠，2013，（3）：77-81.

［3］董全文.鍋爐低氮燃燒器改造后存在問題及對策［J］.黑龍江電力，2015，（3）：278-282.

TK229.6

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1671-3818（2016）09-0015-03