珠江電廠低氮燃燒改造后對(duì)鍋爐燃燒調(diào)整優(yōu)化

馬志超

摘要：為降低鍋爐出口NOx濃度，確保機(jī)組氮氧化物排放小時(shí)均值達(dá)到國家超低排放標(biāo)準(zhǔn)的比例在80%以上要求，珠江電廠在鍋爐大修期間對(duì)#4燃煤鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒器改造工作。本文介紹了#4爐進(jìn)行了低氮燃燒器改造燃燒設(shè)備布置的方案，通過對(duì)改造前后SCR入口NOx的濃度與機(jī)組負(fù)荷在160～320MW階段的關(guān)系比較，改造后NOx平均濃度由400mg/Nm3降到220 mg/Nm3，使得#4爐大氣污染物排放濃度達(dá)新的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)也降低#4爐SCR系統(tǒng)尿素耗量，大大節(jié)約了脫硝成本。且機(jī)組在滿負(fù)荷時(shí)，鍋爐SCR入口NOx濃度隨著氧量的降低而減少，綜合NOx濃度和鍋爐效率等因素，2.3%為320MW時(shí)最佳氧量。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；低氮燃燒器； NOx濃度；

氮氧化物排放大氣中能夠造成酸雨、光化學(xué)污染等，對(duì)人類健康和生活環(huán)境造成很大威脅，它是大氣主要污染物之一。由于大部分電廠鍋爐使用的燃料是煤，而燃煤在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氮氧化物[1-2]。隨著國家頒布更嚴(yán)格的NOx排放標(biāo)準(zhǔn)，在2020年前，對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放，要求現(xiàn)役燃煤機(jī)組的大氣主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)，即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵10mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化50mg/Nm3。東、中部地區(qū)要提前至2017年和2018年達(dá)標(biāo)[3]，為使鍋爐NOx 排放指標(biāo)為達(dá)到我國《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》的要求[4-5]，提高脫銷效率，降低NOx 排放，珠江電廠對(duì)#4 爐進(jìn)行低NOx燃燒系統(tǒng)改造。

1.低氮燃燒改造方案

1.1燃燒設(shè)備布置

燃燒設(shè)備包括：等離子點(diǎn)火燃燒器；一次風(fēng)煤粉燃燒器；二次風(fēng)噴嘴；燃盡風(fēng)風(fēng)箱、風(fēng)室、噴嘴；風(fēng)室檔板等。爐燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)采用爐兩側(cè)大風(fēng)箱配風(fēng)、燃燒器組切角、四角布置、噴嘴擺動(dòng)、氣流逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)、切圓燃燒（假想切圓Φ1047mm）。主燃燒器組，共有 13 層。

爐在燃盡區(qū)布置有SOFA噴嘴，結(jié)構(gòu)與主燃燒器組相似，SOFA 角風(fēng)箱風(fēng)室?guī)缀沃行臉?biāo)高于爐本體標(biāo)高的33620mm，共三層 SOFA 風(fēng)噴嘴，四角布置，箱殼切角與主燃燒器相同。噴嘴內(nèi)導(dǎo)板反切 8°（消旋，防止左右煙溫偏差），SOFA 二次風(fēng)噴嘴可作±10°的水平左右擺動(dòng)和±20°的垂直擺動(dòng)。

1.2 燃燒設(shè)備設(shè)計(jì)

1.3.1爐內(nèi)燃燒爐沿膛高度分為三個(gè)區(qū)域。根據(jù)低 NOx 燃燒原理分級(jí)配風(fēng)：主燃區(qū)欠氧燃燒（占總風(fēng)量的 72.5%）；還原區(qū)，沒有二次風(fēng)供給；燃盡區(qū)，設(shè)三層燃盡風(fēng)噴嘴，配給的二次風(fēng)量占總風(fēng)量的27.5%。

1.3.2 A 層一次風(fēng)室采用等離子點(diǎn)火燃燒器，可節(jié)約大量的點(diǎn)火用油。

1.3.3一次風(fēng)煤粉燃燒器采用高效水平濃淡分離裝置，使燃燒器出口煤粉濃側(cè)迎火面、淡側(cè)背火面。

1.3.4一次風(fēng)煤粉燃燒器噴嘴的周界風(fēng)采用不等邊口設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)針對(duì)低 NOx 燃燒特點(diǎn)，將其設(shè)計(jì)成不等邊口：周界風(fēng)量大的處于背火面，小風(fēng)量的處于其它三面。

1.3.5燃盡風(fēng)噴嘴反切：燃盡風(fēng)噴嘴內(nèi)設(shè)8°的反切導(dǎo)板，并可左右水平手動(dòng)擺動(dòng)±10°。

2.低氮燃燒器改造后運(yùn)行的效果

2.1低氮燃燒器改造前鍋爐優(yōu)化調(diào)整對(duì)NOx濃度的影響

#4爐改造前為普通燃燒器，機(jī)組負(fù)荷在160～320MW階段，鍋爐脫硝入口NOx的平均濃度400mg/Nm3；圖1是改造前SCR入口NOx濃度和機(jī)組負(fù)荷變化趨勢(shì)：

從圖1可以看出，機(jī)組負(fù)荷小于220MW時(shí)，SCR入口NOx濃度隨著鍋爐負(fù)荷增加而下降，此時(shí)氧量對(duì)NOx的生成起主導(dǎo)作用，隨著鍋爐負(fù)荷增加，氧量逐漸下降，固N(yùn)Ox生成也相應(yīng)減少；當(dāng)機(jī)組負(fù)荷大于220MW時(shí)，SCR入口NOx濃度隨著鍋爐負(fù)荷增加而快速上升，此時(shí)增加NOx主要為熱力型NOx，爐膛溫度對(duì)NOx的生成起主導(dǎo)作用，而氧量對(duì)NOx的生成的影響逐漸減小，隨著鍋爐負(fù)荷增加，爐膛溫度逐漸上升，且鍋爐溫度超過1500℃的地方，氧原子獲得足夠的能量打破氮-氮共價(jià)鍵，與其結(jié)合生成的NOx也逐漸增多。因此，滿負(fù)荷時(shí)SCR入口NOx濃度達(dá)到最高值，NOx濃度為450mg/Nm3。

2.2低氮燃燒器改造后鍋爐優(yōu)化調(diào)整對(duì)NOx濃度的影響

#4爐大修后，鍋爐燃燒器為PICS-I-100型煤粉鍋爐等離子體點(diǎn)火系統(tǒng)，圖2為改造后，#4爐后使用低氮燃燒器，鍋爐SCR入口NOx濃度和負(fù)荷變化趨勢(shì)。

圖2 #4爐改造后SCR入口NOx的濃度與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系

從圖2可以看出，鍋爐進(jìn)行低氮燃燒器改造后，機(jī)組負(fù)荷160MW～320MW時(shí)，SCR入口NOx濃度平均濃度為220mg/Nm3，相比改造前的400mg/Nm3，SCR入口NOx有了明顯降低，尤其是在機(jī)組280MW時(shí)效果最好，此時(shí)SCR入口NOx濃度平均濃度均為190 mg/Nm3。原因是改造后低氮燃燒器主燃區(qū)欠氧燃燒，且配風(fēng)過?？諝庀禂?shù)為<1，顯著的降低這一區(qū)域 NOx的生成；而還原區(qū)，沒有二次風(fēng)供給，那么在主燃區(qū)生成的NOx與缺氧而生成的CO和CNH 發(fā)生氧化還原反應(yīng)生產(chǎn)N2，促使 NOx 迅速降低；還有燃盡區(qū)的三層燃盡風(fēng)噴嘴的二次風(fēng)量占總風(fēng)量的27.5%，使得可燃?xì)怏w在充足的氧環(huán)境中得以燃盡，提高鍋爐燃燒的效率。

2.3氧量對(duì)SCR入口NOx濃度的影響

#4機(jī)組確保鍋爐運(yùn)行安全的基礎(chǔ)下，穩(wěn)定機(jī)組320WM滿負(fù)荷，通過調(diào)整鍋爐的氧量，分別在線測(cè)量SCR入口NOx的濃度，作圖3如下：

圖3 #4爐改造后機(jī)組滿負(fù)荷SCR入口NOx的濃度與鍋爐氧量的關(guān)系

從圖3可以看出，當(dāng)鍋爐氧量為2.9%時(shí)，SCR入口NOx濃度達(dá)到了235mg/Nm3，然后調(diào)整鍋爐工況減少鍋爐氧量至2.3%，SCR入口 NOx 排放質(zhì)量濃度從235mg/Nm3降至210mg/Nm3；同時(shí)測(cè)得氧量2.3%下工況飛灰含碳量、煙氣中CO 濃度均未有變化，排煙溫度也正常。再繼續(xù)降低鍋爐氧量到2.0%時(shí)，雖然SCR入口NOx濃度還會(huì)下降，但是會(huì)引起CO濃度明顯上升，最高達(dá)到620mg/Nm3，CO濃度高，說明鍋爐燃燒不充分，在一定程度上降低了鍋爐燃燒效率。因此，機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，綜合NOx濃度和鍋爐效率等因素，2.3%為最佳鍋爐最佳氧量。其原因是鍋爐煤粉燃燒中發(fā)生劇烈地氧化還原反應(yīng)，氧濃度越高，燃煤燃燒越充分，其生成的 NOx隨著增加，而燃燒器改造后，通過控制主燃區(qū)、還原區(qū)和燃盡區(qū)的氧濃度來抑制NOx 生成。

3.結(jié)論

（1） 介紹了#4爐進(jìn)行了低氮燃燒器改造燃燒設(shè)備布置的方案，通過對(duì)改造前后SCR入口NOx的濃度與機(jī)組負(fù)荷的關(guān)系比較，改造后NOx濃度由400mg/Nm3降到220 mg/Nm3，改造效果明顯。

（2） 機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，SCR入口NOx濃度隨著氧量的降低而減少；機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，綜合NOx濃度和鍋爐效率等因素，2.3%為最佳鍋爐最佳氧量。

（3） 改造后，#4爐在增減負(fù)荷時(shí)，再熱器氣溫變化幅度大，調(diào)整不及時(shí)很容易超溫或低溫，需進(jìn)一步優(yōu)化鍋爐調(diào)整。

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