600MW鍋爐低氮燃燒運行調整探討

摘要：環(huán)境保護部和國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了新修訂的《火電廠大氣污染物排放標準》，新標準大幅收緊了氮氧化物的排放限值。在越來越嚴格的環(huán)保標準要求下，眾多火力發(fā)電廠采用低NOx燃燒技術對鍋爐進行燃燒器改造。國華寧海電廠一期四臺鍋爐采用煙臺龍源電力技術股份有限公司低氮燃燒技術改造后，實現(xiàn)防渣、高效安全燃燒前提下，明顯降低了燃燒生成的NOx，取得良好效果。由于燃燒器改造，鍋爐本身燃燒特性發(fā)生了一些改變，本文針對這些變化，對鍋爐的運行調整進行探討。

關鍵詞：氮氧化物、低氮燃燒、鍋爐特性、鍋爐運行。

一、概述

浙江國華浙能發(fā)電有限公司一期四臺鍋爐采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的型號為SG2028- 17.5- 908亞臨界強制循環(huán)、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼構架、全懸吊∏型結構鍋爐鍋爐燃用煙煤。鍋爐的制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置6臺HP- 983型中速磨，其中5臺運行，1臺備用。

此次改造采用了煙臺龍源公司低氮燃燒技術，主要改造如下：托底風標高高度不變，降低原燃燒器最上層一次風噴口標高，壓縮煤粉噴嘴間距，此處作為主燃燒區(qū)域；減小原二次風噴口面積，在原燃燒器最上層一次風上方約9米處增加7層燃盡風，作為燃盡區(qū)（SOFA風，可上下擺動），形成縱向分級。主燃燒區(qū)域和燃盡區(qū)域之間作為還原區(qū)，無配風進入，主燃燒區(qū)生成的氮氧化物在此被還原成氮氣；主燃燒區(qū)下端部風及一次風采用原鍋爐設計方式逆時針旋轉，切圓適當減小；其它二次風改為與一次風小角度偏置，順時針反向切入，形成橫向空氣分級；在兩層一次風噴口之間增加貼壁風。

二、改造后鍋爐特性變化

低氮燃燒技術改造后，鍋爐煙氣中氮氧化物明顯下降。75%- 100%額定負荷時，可降低到100- 120mg/Nm3。此次改造達到了預期目標，同時對鍋爐的燃燒器結構變化較大，對鍋爐的特性帶來一些改變。具體表現(xiàn)為：

1.鍋爐汽壓響應較之前變慢。升降負荷時，汽壓變化慢，甚至出現(xiàn)CCS閉鎖增、閉鎖減的現(xiàn)象。

2.變負荷時，汽溫變化幅度大，容易出現(xiàn)超溫和欠溫情況。

3.擺動主燃燒器擺角，對汽溫汽壓的影響效果變差。

4.風量對汽溫影響發(fā)生較大變化。改造前，增加風量時汽溫升高，改造后，適當增加風量汽溫會降低。

5.低負荷時候水位容易波動。

三、原因分析

出現(xiàn)上述現(xiàn)象，從鍋爐結構上分析原因如下：原燃燒器最下層托底風高度不變，最上層一次風噴口降低標高1.8米。減小原二次風噴口面積，主燃區(qū)二次風風率由原來的75%降低至56%。在原燃燒器最上層一次風上方大約約9米處增加7層燃盡風，風率大約20%。最上層SOFA比原燃燒器頂高出10米左右。

燃燒分析：同樣煤量的工況下，主燃燒器區(qū)域的氧量較改造前下降20%，主燃燒區(qū)域氧量明顯降低，一次風粉混合物噴出后，在主燃區(qū)缺氧燃燒，在抑制氮氧化物生成的同時，也抑制了燃料的燃燒，生成較多的一氧化碳。燃料的熱量不能完全釋放。可燃物進入還原區(qū)后，因為此處無配風進入，故燃燒放熱較弱。待未燃盡物進入燃盡區(qū)后，才完全燃燒?？梢娙剂系耐耆紵跁r間上延后了。同時在空間上，火焰中心更長、更高了，水冷壁區(qū)域的吸熱位置相對提高了。因此鍋爐的壓力響應較改造前，明顯變慢了。在快速加減負荷時候，如調整不及時，變會出現(xiàn)因壓力偏差大，協(xié)調閉鎖加減負荷的情況。

加負荷時，在CCS的作用下，鍋爐主控會自動加煤，以提高鍋爐壓力來響應負荷變化。但因為鍋爐壓力響應變慢，故煤量過調時間和過調量都較改造之前增大。因此燃燒延后、火焰中心較改造前更高，所以加負荷時更容易超溫了。同理，減負荷時，汽溫下降也較改造前更大。

因主燃燒區(qū)空間高度下降較多，主燃燒區(qū)的放熱量減少，火焰拉長，故主燃燒器擺角對火焰中心的影響也相對減弱了。

如前文所述，本次改造的核心其實就是主燃燒區(qū)域缺氧燃燒來抑制氮氧化物生成，所以，在燃燒調整適當增加風量時，主燃燒區(qū)域風量增加，更多燃料在主燃燒區(qū)就完成燃燒放熱，火焰中心因此下移，水冷壁吸熱增多，分隔屏和對流受熱面的吸熱份額就相對減少了，故適當增加風量，汽溫會下降。這與我們之前的認識是相反的。當然如果風量增加超過一定量，煙氣溫度升高，對流受熱份額還是會明顯增大，汽溫上升。

調兩個階段，在兩個區(qū)域燃燒，雖然不會有明顯的分段，但是火焰卻被拉長可見主燃燒區(qū)比原來大大壓縮了；焰中心比原來大大的提高了；3）主燃燒區(qū)域氧量明顯降低。

四、運行調整應對措施及注意事項

1）加負荷時，及時增加氧量偏置，提高總風量，開大主燃燒器區(qū)域的風門，關小燃盡風區(qū)域風門，甚至可以完全關閉2- 3層燃盡風，讓更多的二次風進入主燃燒器區(qū)域，使燃料在主燃燒器區(qū)域燃燒充分，同時下擺主燃燒器擺角和SOFA風擺角至水平位置，降低火焰中心，增加水冷壁吸熱，減少分隔屏和水平、煙道吸熱，這樣既可以提高鍋爐壓力響應，又可以抑制汽溫快速上漲。減負荷時，進行反向操作。

2）因主燃燒器區(qū)域缺氧燃燒，特別是在高負荷時，爐膛溫度高，主燃燒區(qū)在還原性氣氛下，飛灰容易熔化，鍋爐更容易結焦。雖然本次改造考慮到抑制鍋爐結焦，在水冷壁區(qū)域增加貼壁風，但是在實際運行中，還是要根據(jù)各臺鍋爐情況及燃煤情況，摸索合理的配風方式，防止鍋爐嚴重結焦。

3）低負荷時，爐膛氧量較高，主燃燒區(qū)的缺氧現(xiàn)象不明顯，更多燃料在主燃燒區(qū)便可完全燃燒，因改造后主燃燒器空間位置較低，所以汽溫較改造前低，此時可以關小主燃區(qū)風門，抬高火焰中心，提高氣溫，但是特別要注意主燃區(qū)的燃燒情況，避免火焰拉長，燃燒分散，主燃區(qū)火焰、煙氣溫度下降，引起著火和燃燒不穩(wěn)。同時要注意防止因分級燃燒引起水位波動過大。

4）低負荷時，爐膛氧量較高，主燃燒區(qū)的缺氧現(xiàn)象不明顯，氮氧化物的生成迅速增加，同時還原區(qū)作用消失。低氮燃燒器的作用下降。此時應注意SCR氨氣調節(jié)跟蹤良好，避免煙氣出口處氮氧化物超標。連續(xù)降負荷或者停制粉系統(tǒng)時，因煤量快速持續(xù)下降，風量跟蹤煤量稍慢，主燃燒區(qū)缺氧燃燒現(xiàn)象消失，也會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

5）因主燃燒區(qū)缺氧燃燒，燃燒區(qū)域煙氣中氧含量較低并存在還原性氣體（如CO、H2等）時，煤中的硫和氯會生成H2S和HCI氣體，并與水蒸氣形成腐蝕性較強的酸性氣體，與管壁金屬氧化膜發(fā)生腐蝕反應，從而使金屬表面的保護膜遭到破壞。同時在還原性氣體中，游離態(tài)的原子硫可單獨存在。當管壁溫度達到350℃以上時，游離態(tài)的原子硫與鐵反應生成硫化亞鐵，使管壁受到腐蝕。在爐膛內的還原氣氛中，H2S氣體可加快硫化物型高溫腐蝕，并直接腐蝕金屬管壁。因此，運行中注意主燃燒區(qū)的氧量不可過低，同時在鍋爐大小修時注意檢查水冷壁區(qū)域的高溫腐蝕情況，根據(jù)情況對鍋爐的運行提出調整建議。

參考文獻

[1]王靈梅主編；邢德山，蔡新春，李東雄.電廠鍋爐：中國電力出版社，2013：351

[2]祝新偉.壓力管道腐蝕與防護：華東理工大學出版社，2015：122

作者簡介：馬俊斌（1986 —），男，浙江寧波人，畢業(yè)于山西大學工程學院電氣工程及自動化專業(yè)，助理工程師，長期從事集控運行工作。