爐內(nèi)CO測量在降低NO_x排放中的應(yīng)用

余超 翁志鈞 艾俊清

摘? 要：鍋爐低氮改造后，對過?？諝庀禂?shù)要求爐內(nèi)燃燒器區(qū)域為0.8左右，到SOFA層及以上，逐漸提高到1.0～1.25?，F(xiàn)有的燃燒測控手段無法實現(xiàn)這一要求，所以很多低氮改造后的鍋爐，仍有脫硝入口NOx偏高或者飛灰上升較大的情況。該文針對上述問題，闡述了通過對四角切圓鍋爐爐內(nèi)水冷壁區(qū)域煙氣中CO含量值的測量以及其與燃燒的對應(yīng)關(guān)系，使各燃燒層的過?？諝庀禂?shù)達到鍋爐設(shè)計要求，既能降低脫硝入口的NOx值，又不至于飛灰含碳量增高較多的目的。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電;四角切圓鍋爐;CO在線監(jiān)測;降低脫硝入口NOx

中圖分類號：TK229? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著社會的發(fā)展，對鍋爐燃燒調(diào)整的要求越來越高，精細化調(diào)整是鍋爐燃燒調(diào)整的必然要求，特別是在低氮改造后，對鍋爐每一層燃燒器的燃燒都有了不同的要求，目前的爐內(nèi)燃燒監(jiān)測手段，只有氧量和火焰強度等，氧量計設(shè)置于爐膛后部，是整體燃燒過后的綜合結(jié)果，并不能反映爐內(nèi)每一層燃燒的狀況;火焰強度受到的干擾過大，在正常運行中無法通過火焰強度來判斷爐內(nèi)每一層的燃燒狀況。因此，對爐內(nèi)每一層燃燒器燃燒工況的有效測量，是鍋爐燃燒精細化調(diào)整的關(guān)鍵。該文通過對四角切圓鍋爐爐內(nèi)水冷壁各區(qū)域煙氣中CO含量的測量，通過煙氣中CO濃度值與燃燒強度的對應(yīng)關(guān)系，來確定各燃燒層的過剩空氣系數(shù)，并通過調(diào)整，達到鍋爐按設(shè)計要求分級燃燒，從而達到既能降低脫硝入口NOx值，又不至于造成飛灰含碳量增高較多的目的。

1 NOx排放過高的危害

通常我們所說的氮氧化物（NOx）是NO、NO2、N2O、N2O4、N2O5等物質(zhì)的總稱。當(dāng)這些氮氧化物與碳氫化物共存于空氣中時，經(jīng)過陽光紫外線照射，就會發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生一種光化學(xué)煙霧，形成一種有毒的二次污染，由其引起的環(huán)境問題以及對人體健康的危害有以下幾方面。

1.1 NOx對人體的致毒作用

危害較大的是NO2，主要影響呼吸系統(tǒng)，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾病;NO非常容易與動物血液中的色素（Hb）結(jié)合，造成血液缺氧而引起中樞神經(jīng)麻痹，它與血色素的親和力很強，約為CO的數(shù)百倍至1 000倍。

1.2 NOX是酸雨、酸霧的主要污染物

酸雨會破壞森林植被，造成土壤酸化、貧瘠、物種退化、農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，還會使水體造成污染，魚類死亡。

1.3 NOx與碳氫化合物可形成光化學(xué)煙霧

這種煙霧使人發(fā)生眼睛紅腫、喉痛咳嗽和皮膚潮紅等癥狀，嚴(yán)重者造成心肺功能衰竭、死亡。

1.4 NOx參與臭氧層的破壞

氧化亞氮（N2O）在高空同溫層中會破壞臭氧層，使較多的紫外線輻射到地面，增加皮膚癌的發(fā)病率，還可能影響人的免疫系統(tǒng)。

工業(yè)鍋爐因為燃燒所排放的氮氧化物（NOx）在環(huán)境污染中占有較大的比重。因此，治理工業(yè)鍋爐氮氧化物（NOx）污染是治理環(huán)境污染的有效途徑。

2 鍋爐脫硝入口NOx排放過高對鍋爐的影響

NOx排放過高會導(dǎo)致噴氨量增加，經(jīng)濟效益降低;空預(yù)器堵塞加快，嚴(yán)重時鍋爐不能滿負荷出力，最后被迫停爐;受熱面污染加劇，降低了換熱效果，影響了鍋爐經(jīng)濟性;脫硝裝置催化劑中毒，影響脫硝效果，進一步增加了噴氨量，形成惡性循環(huán)。

3 四角切圓鍋爐爐內(nèi)CO在線測量

對于四角切圓鍋爐，其爐內(nèi)燃燒分為2個部分。1）從燃燒器噴口出來至爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)火球部分。2）進入爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)火球燃燒部分。從研究與現(xiàn)場試驗得出，在燃燒器向火側(cè)，該燃燒器的第一部分燃燒強度與第二部分的燃燒強度是密切相關(guān)的，在燃燒不發(fā)生偏斜的情況下，該燃燒器向火側(cè)區(qū)域煙氣中CO含量可以直觀地反映燃燒器的燃燒強度，而該燃燒器所在層的4個向火側(cè)區(qū)域煙氣中CO含量可以直觀地反映該層旋轉(zhuǎn)火球的燃燒強度。因此，對燃燒器向火側(cè)區(qū)域煙氣中CO的含量可以直觀地反映爐內(nèi)燃燒的強度。

在每層或有代表性的數(shù)層的四面墻向火側(cè)合適位置的水冷壁鰭片上開孔，安裝爐內(nèi)CO在線監(jiān)測系統(tǒng)，并將所有監(jiān)測系統(tǒng)的信號從CO在線監(jiān)測裝置的PLC控制柜接入DCS，在CRT畫面中爐膛系統(tǒng)的畫面上建立相對應(yīng)的測點，從而建立爐內(nèi)燃燒CO值模型。這樣，我們對爐內(nèi)每一層或選定的幾層的燃燒強度、爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)火球的燃燒強度以及是否發(fā)生火焰偏斜，都有了一個直觀的了解，而且在接下來的燃燒優(yōu)化調(diào)整中，也有了調(diào)整的依據(jù)。

4 某電站300 MW鍋爐基于爐內(nèi)CO在線監(jiān)測調(diào)整實例

該電站鍋爐采用自然循環(huán)、四角切圓燃燒方式、單爐膛、一次再熱、平衡通風(fēng)、露天布置、固態(tài)排渣，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)∏型汽包鍋爐。鍋爐爐膛采用四角布置、切向燃燒、直流式百葉窗水平濃淡燃燒器，在爐內(nèi)形成雙切圓燃燒，假想切圓直徑分別為Φ802 mm和Φ974 mm，平均燃燒角3°。

每角燃燒器共布置14層噴口，包括四層一次風(fēng)噴口、八層二次風(fēng)噴口（其中三層布置有燃油裝置），兩層三次風(fēng)噴口，從上至下為2-3-3-2-1-2-1-2-2-2-1-2-1-2。低氮改造后，又增加了A/B/C/D四層SOFA風(fēng)。二次風(fēng)一部風(fēng)作為燃料風(fēng)，設(shè)在每只煤粉噴嘴兩側(cè)，一部分作為頂部燃燼風(fēng)，經(jīng)燃燒器頂部的二次風(fēng)噴嘴送入爐膛;其余作為輔助風(fēng)，與煤粉噴嘴相間布置，形成均配風(fēng)。所有二次風(fēng)都有二次風(fēng)門調(diào)節(jié)，由電動執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動。整個燃燒器高度為8 444 mm。

在煤粉噴嘴設(shè)計中，采用了低氮水平濃淡燃燒技術(shù)，四層一次風(fēng)采用百葉窗水平濃淡燃燒器。燃燒器所配制粉系統(tǒng)形式為鋼球磨中間儲倉制熱風(fēng)送粉系統(tǒng)，每臺爐配套4臺DTM350/600型磨煤機。

改造前，爐膛出口NOx值為300 MW下766 mg/Nm?，改造后，300 MW負荷下脫硝入口NOx值為580 mg/Nm?。

后該電廠在運行中空預(yù)器逐漸出現(xiàn)堵塞，停爐清洗后恢復(fù)正常，為了降低噴氨量，電廠將脫硝入口NOx值目標(biāo)定位500 mg/Nm?，為了達到這一目標(biāo)，電廠重新進行配風(fēng)，并將氧量值從3.5下降至2.8，結(jié)果NOx值達到了500 mg/Nm?，但飛灰含碳量從3左右上升到6左右，且無論如何調(diào)整，都無法在NOx值和飛灰中找到兩者都滿意的平衡點。

為了解決這一問題，我們在鍋爐燃燒器B/D層、SOFAD層上部區(qū)域各加裝了4套CO在線監(jiān)測系統(tǒng)。并將測量數(shù)據(jù)連接到DCS，在操作員站CRT爐膛畫面上形成爐內(nèi)燃燒CO測量模型。我們發(fā)現(xiàn)，在300 MW負荷下，NOx值如果保證在580 mg/Nm?左右，各層CO值見表1。

當(dāng)按照運行人員的習(xí)慣調(diào)整到300 MW負荷下NOx值為500 mg/Nm?左右時，各層CO值見表2。

從表1我們可以看出，D層燃燒比較激烈，該處有足夠的煤粉和空氣，雖然二次風(fēng)門是按照束腰形布置，但并未形成低氮燃燒模式，過?？諝庀禂?shù)偏高，D層NOx生成量較大，是NOx偏高的主要原因。到SOFA層以上區(qū)域，燃燒基本已經(jīng)完成，過剩空氣系數(shù)已超過1.0，滿足設(shè)計要求。

從表2 我們可以看出，運行人員由于沒有燃燒調(diào)整的數(shù)據(jù)參考，只能按照低氮燃燒原理，盡量降低燃燒器層的，特別是中部區(qū)域的配風(fēng)，但是為了保證氧量，所以將底層和SOFA層風(fēng)量開大，由此導(dǎo)致燃燒器層中上部燃燒變差，到SOFA風(fēng)層上部，仍然不能燃盡，由此引起飛灰含碳量急劇上升。

經(jīng)過分析后，我們確定了按照低氮設(shè)計要求的各層過?？諝庀禂?shù)所對應(yīng)的各層CO參數(shù)的范圍值，并以此為被調(diào)節(jié)量對二次風(fēng)配風(fēng)與制粉系統(tǒng)進行了重新優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過多次調(diào)試，在滿足脫硝入口NOx值為500 mg/Nm?左右的情況下，保證了飛灰含碳量不超過4。

5 結(jié)論

鍋爐在經(jīng)過脫硝改造后，由于鍋爐各層二次風(fēng)擋板的特性曲線并不是理想狀態(tài)，且各層燃燒器出力不同，所處的爐內(nèi)溫度區(qū)域不同等原因，運行人員只能根據(jù)設(shè)計要求，采取束腰形配風(fēng)，但對于二次風(fēng)擋板的具體開度、燃燒器出力等并沒有一個具體的參數(shù)值可供參考，因此在調(diào)整脫硝入口NOx值的時候，常常會出現(xiàn)調(diào)節(jié)沒有效果或者調(diào)節(jié)出了效果，但飛灰含碳量大幅上升的情況。在安裝了爐內(nèi)CO在線監(jiān)測系統(tǒng)后，運行人員就能根據(jù)爐內(nèi)燃燒區(qū)域各層CO數(shù)值，按照低氮設(shè)計的爐內(nèi)各區(qū)域的過?？諝庀禂?shù)的要求來進行燃燒調(diào)整，甚至可以在煤質(zhì)或設(shè)備等偏離設(shè)計工況的情況下，靈活地調(diào)整各層的過?？諝庀禂?shù)，以達到既能降低脫硝入口NOx值，又能最大限度地減少飛灰含碳量的上升。

參考文獻

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