600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)及調(diào)整方法

甄 小 東　王廷

[摘要] 有效降低NOx的排放濃度是火電廠科學(xué)適應(yīng)清潔能源、綠色環(huán)保、節(jié)約發(fā)展的一項(xiàng)重要舉措。本文介紹了內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造前概況，闡述了鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)，分析了鍋爐低氮燃燒改造后效果，同時(shí)探討了600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造后出現(xiàn)低汽溫的燃燒調(diào)整方法。

[關(guān)鍵詞] 600MW機(jī)組;鍋爐低氮燃燒;改造技術(shù);效果分析;調(diào)整方法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)火電廠大氣污染物的排放控制問題提出了更高更新的要求。目前，大部分早期投運(yùn)的火電廠鍋爐低氮燃燒技術(shù)相對(duì)落后，NOx排放濃度普遍較高，減排的成本上升，嚴(yán)重制約著鍋爐燃燒效率，不符合國(guó)家對(duì)發(fā)電企業(yè)的環(huán)保指標(biāo)。因此，科學(xué)推廣低氮燃燒改造高新技術(shù)，提高火電廠經(jīng)濟(jì)效益具有重要的實(shí)踐意義。

1、內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造前概況

內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司二期2×600MW機(jī)組鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包爐，緊身封閉，全鋼構(gòu)架，平衡通風(fēng)方式、直流式擺動(dòng)燃燒器四角切圓燃燒，固態(tài)排渣鍋爐呈П型布置。爐膛四周布滿水冷壁，爐膛截面尺寸為20193×20052mm×78260 mm 。燃燒器采用ABB-CE大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，四角切圓布置，全擺動(dòng)式燃燒器，最大擺角為±30°，共設(shè)八層水平濃淡煤粉一次風(fēng)噴口，四層油風(fēng)室，二層燃盡風(fēng)室和六層輔助風(fēng)室，每組燃燒器上下端各有一層防焦風(fēng)。每角燃燒器分為兩組，每組燃燒器為四層一次風(fēng)，兩組燃燒器間距為5046mm。二次風(fēng)擋板采用ABB-CE典型結(jié)構(gòu)，非平衡式。整個(gè)燃燒器同水冷壁固定連接，并隨水冷壁一起向下膨脹。目前，在鍋爐運(yùn)行過程中，由于燃用高水分褐煤及煤質(zhì)變化工況下，實(shí)際燃用煤質(zhì)較設(shè)計(jì)階段的煤質(zhì)數(shù)據(jù)不同，導(dǎo)致全水分更高、熱值更低及鍋爐一次風(fēng)率高，從而造成4號(hào)機(jī)組NOx最大平均排放濃度600mg/m3以上。因此，科學(xué)改造鍋爐低氮燃燒器，提高電廠環(huán)境效益是很有必要的。

2、內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)

本廠認(rèn)真結(jié)合電廠鍋爐設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及燃燒器存在的問題，更新理念，創(chuàng)新技術(shù)，改善傳統(tǒng)的方法，改造過程中主要采用復(fù)合式翼型濃淡低氮煤粉燃燒器+偏置周界風(fēng)+SOFA燃燒技術(shù)。

2.1低NOx翼型導(dǎo)流濃淡燃燒技術(shù)。一次風(fēng)流經(jīng)噴嘴體時(shí)，通過安裝在噴嘴體內(nèi)部的翼型濃淡導(dǎo)流板分離裝置，將一次風(fēng)分成濃淡兩相。翼型導(dǎo)流濃淡煤粉燃燒器在爐膛水平斷面實(shí)現(xiàn)了濃淡分級(jí)，產(chǎn)生了中心濃，四周淡的煤粉濃淡效果。煤粉集中在爐膛的中心區(qū)域，有效地防止煤粉被甩到水冷壁上，增強(qiáng)了水冷壁附近的氧化性氣氛。有效地防止兩側(cè)墻水冷壁因?qū)崿F(xiàn)爐內(nèi)水平空氣分級(jí)后導(dǎo)致主燃區(qū)過量空氣系數(shù)降低而產(chǎn)生的高溫腐蝕問題。翼型導(dǎo)流濃淡煤粉燃燒器可以使煤粉適時(shí)著火，保證了煤粉的燃盡時(shí)間。同時(shí)，一次風(fēng)量沒有改變，保證了煤粉燃燒所需的一次風(fēng)。由于加裝SOFA噴口，主燃區(qū)煙氣流量減小，導(dǎo)致爐膛截面煙氣流速降低，進(jìn)而延長(zhǎng)了煤粉在爐膛內(nèi)的停留時(shí)間，有助于控制NOx生成和提高煤粉的燃盡。

低NOx翼型導(dǎo)流濃淡特性：①翼型導(dǎo)流濃淡煤粉燃燒器能夠適應(yīng)不同煤種的要求，煤種適應(yīng)性幾乎涵蓋了整個(gè)煤種分類的范圍。②良好的著火穩(wěn)燃性能：濃煤粉氣流具備著火熱少，著火溫度低，著火時(shí)間短，火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤斓蕊@著的優(yōu)點(diǎn)，使其具有良好的穩(wěn)燃性能。特別是在低負(fù)荷時(shí)，由于相對(duì)較高的煤粉濃度，保證了低負(fù)荷的穩(wěn)定燃燒。③防止?fàn)t膛結(jié)渣：濃煤粉在向火側(cè)，淡煤粉氣流在背火側(cè)射入爐膛減少了灰顆粒沖刷水冷壁的可能性，再有偏置周界風(fēng)的存在，在水冷壁附近形成相對(duì)較強(qiáng)的氧化性氣氛，在較強(qiáng)的氧化氣氛下，煤的灰熔點(diǎn)會(huì)相對(duì)提高，從而可防止結(jié)渣，避免高溫腐蝕。

2.2偏置周界風(fēng)技術(shù)。偏置周界風(fēng)是為了防止在燃燒器背火側(cè)發(fā)生結(jié)焦，提高水冷壁側(cè)氧量的最佳方法。由于四角切圓燃燒方式，上游火焰對(duì)下游火焰的支持燃燒力度較大。在支持燃燒的同時(shí)，也會(huì)由于上游火焰的動(dòng)量沖擊，燃燒火焰必將向水冷壁側(cè)偏斜。通常，熱態(tài)的火焰實(shí)際直徑是假想切圓的8～12倍。實(shí)際火焰的真實(shí)直徑不僅與假想切圓有關(guān)，同時(shí)與一次風(fēng)動(dòng)量、二次風(fēng)動(dòng)量、氣流的剛性、混合燃燒的程度等有關(guān)。因此，必須找到一種能夠防止由于外在原因影響水冷壁的可靠手段。偏置周界風(fēng)對(duì)防止結(jié)焦有兩方面好處：①提高燃燒器出口射流的“剛性”，減少射流的偏斜傾向。②偏置周界風(fēng)具有風(fēng)屏保護(hù)作用，能提高爐膛水冷壁處氧化性氣氛，而氧化性氣氛使得煤灰粒子的軟化溫度相對(duì)升高，進(jìn)一步弱化了結(jié)焦傾向，有利于防止結(jié)焦。由于采用了偏置周界風(fēng)，靠近水冷壁側(cè)一次風(fēng)氣流含粉濃度低，再加之采用了大量的二次風(fēng)，致使水冷壁區(qū)域的煤粉濃度進(jìn)一步降低，氧濃度提高到最大。這樣的布置方式不僅能夠?qū)崿F(xiàn)爐膛截面上的濃淡燃燒，同時(shí)有利于提高水冷壁的氧化性氣氛。

2.3 SOFA燃燒技術(shù)。SOFA燃燒技術(shù)也稱為降低爐內(nèi)NOx燃燒系統(tǒng)。將較大比例的二次風(fēng)（SOFA）布置在燃燒器的上部。該二次風(fēng)不僅能夠控制NOx的生成而且保證爐膛燃盡區(qū)進(jìn)一步完全燃燒從而降低飛灰可燃物的含量，從而保證燃燒效率。SOFA燃燒技術(shù)特點(diǎn)是：①適應(yīng)各種燃料如煤、油、氣。②能減少尾部脫硝設(shè)備的投資。③減少污染物排放罰款費(fèi)用。④鍋爐燃燒效率和煙氣流量沒有改變，爐膛不會(huì)產(chǎn)生結(jié)渣和高溫腐蝕。⑤爐膛內(nèi)的燃燒穩(wěn)定、低負(fù)荷性能良好，安全可靠，火焰檢測(cè)不受影響。⑥對(duì)鍋爐燃燒效率影響較小。SOFA燃燒器風(fēng)率實(shí)際設(shè)計(jì)值按20%或更高，對(duì)應(yīng)的主燃燒器區(qū)域過量空氣系數(shù)選取0.95或更低，這是目前新設(shè)計(jì)機(jī)組鍋爐燃用煙煤低NOx燃燒器參數(shù)常用值，當(dāng)然在煤種確定的條件下要同時(shí)綜合考慮其他相關(guān)特性參數(shù)的選取。但將來機(jī)組調(diào)試、運(yùn)行時(shí)將綜合考慮燃用煤質(zhì)的燃燒特性、NOx排放、燃燒效率及CO排放，給出的一個(gè)建議運(yùn)行推薦值。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)應(yīng)在16-22%范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)值按21% 或更高是考慮設(shè)計(jì)裕量及未來運(yùn)行煤種偏離常態(tài)運(yùn)行較多的情況。改造后調(diào)試期間確定NOx排放量時(shí)要密切注意此值在合理范圍內(nèi)，只要CO排放控制在100ppm以下鍋爐長(zhǎng)期運(yùn)行是安全可靠的。

3、內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造后效果分析

通過機(jī)組規(guī)范調(diào)整試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，本廠鍋爐低氮燃燒改造后蒸汽品質(zhì)達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn);BMCR給水溫度達(dá)到275±5℃設(shè)計(jì)值;飛灰含碳量小于1.5%;鍋爐熱效率大于92.5%并保持最佳狀態(tài)。同時(shí)，機(jī)組負(fù)荷600MW運(yùn)行工況下，煤粉細(xì)度保持R90=20-35%，在不投油最低穩(wěn)燃負(fù)荷不小于240 MW工況下，煤粉細(xì)度仍然保持R90=20-35%。通過以上分析數(shù)據(jù)得到結(jié)論如下：翼型導(dǎo)流濃淡低NOx改造效果較好，在每個(gè)主燃燒器最下部采用加大托粉噴嘴設(shè)計(jì)，通入加大部分空氣量，以降低大渣含碳量;可垂直擺動(dòng)分離燃盡風(fēng)（SOFA）設(shè)計(jì)，能有效調(diào)整空氣和煙氣的混合過程，增加后期燃燒擾動(dòng)，強(qiáng)化燃盡，降低飛灰含碳量，同時(shí)一次風(fēng)噴口至屏底有足夠的燃燒空間，保證有足夠的煤粉停留時(shí)間，進(jìn)一步降低飛灰含碳量。 低NOx燃燒技術(shù)空氣分級(jí)方法在有效降低NOx排放的同時(shí)能最大限度地提高燃燒效率，并且不降低鍋爐原有的燃煤適應(yīng)性的要求。

4、內(nèi)蒙古上都發(fā)電有限責(zé)任公司600MW機(jī)組鍋爐設(shè)備燃燒系統(tǒng)的調(diào)整方法

本廠鍋爐低氮燃燒器和分級(jí)燃燒改造后主要產(chǎn)生的問題就是低負(fù)荷下主、再熱汽溫較設(shè)計(jì)溫度較大程度偏低，及機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下降負(fù)荷時(shí)出現(xiàn)主、再熱汽溫偏低現(xiàn)象。為了有效解決上述出現(xiàn)的問題，從現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的實(shí)際出發(fā)，主要采取了以下切實(shí)可行的調(diào)整措施，從而針對(duì)性地解決了汽溫偏低異常問題。①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)CO測(cè)點(diǎn)值狀況、飛灰含碳量數(shù)值、大渣含碳量數(shù)值及NOx排放值合理調(diào)整氧量來強(qiáng)化燃燒，既保證NOx排放要求又不降低鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性。②精準(zhǔn)控制及合理調(diào)整爐膛負(fù)壓由-100pa提高到-70pa，適當(dāng)增加煤粉在爐膛的燃盡時(shí)間。③遠(yuǎn)方就地傳動(dòng)二次風(fēng)門擋板以使燃燒調(diào)整更為精準(zhǔn)。④增加機(jī)組負(fù)荷時(shí)采用正塔配風(fēng)方式，降低機(jī)組負(fù)荷時(shí)采用倒塔配風(fēng)方式，從而靈活調(diào)整主汽壓的升高和降低速率。⑤就地檢查發(fā)現(xiàn)由于SOFA上下擺動(dòng)火嘴執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋故障，DCS顯示SOFA上下擺動(dòng)火嘴位置在50%，而就地SOFA上下擺動(dòng)火嘴位置在全開位（此時(shí)爐內(nèi)SOFA擺動(dòng)火嘴位置為向最下方擺動(dòng)角度），致使火焰向下吹，此時(shí)應(yīng)立即檢查就地?cái)[動(dòng)火嘴的氣缸反饋信號(hào)及裝置的連接投入情況，如果發(fā)現(xiàn)未連接時(shí)，立刻聯(lián)系熱工檢修人員盡快投入運(yùn)行。通過熱工修復(fù)在一定時(shí)間內(nèi)仍不能操作時(shí)，應(yīng)聯(lián)系焊工，將SOFA上下擺動(dòng)火嘴合理固定在中間位置，有效避免爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定狀況的出現(xiàn)。⑥SOFA擋板就地也可以通過操作把手上進(jìn)行左右擺動(dòng)，其中#1、3角SOFA擋板就地向下擺動(dòng)時(shí)爐內(nèi)實(shí)際為向右擺動(dòng)，#2、4角的正好與#1、3角相反。當(dāng)鍋爐燃燒出現(xiàn)偏左現(xiàn)象時(shí)，將SOFA擋板合理調(diào)整至整體向右擺動(dòng)，從而有利于抵消燃燒的殘余旋轉(zhuǎn)，同時(shí)利于平衡左右側(cè)煙氣量，給脫硝的煙氣流場(chǎng)均勻創(chuàng)造有利條件，這樣調(diào)整還會(huì)有利于降低脫硝催化劑層的積灰可能性，給脫硝系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造更加良好條件。⑦本廠鍋爐就地的#1、4角SOFA風(fēng)進(jìn)風(fēng)管道取自下層二次風(fēng)大風(fēng)箱母管，#2、3角SOFA進(jìn)風(fēng)管道取自上層二次風(fēng)大風(fēng)箱母管，而二次風(fēng)大風(fēng)箱母管進(jìn)二次風(fēng)大風(fēng)箱有一個(gè)擋板。針對(duì)此狀況，可以通過精準(zhǔn)調(diào)整左右側(cè)這四個(gè)開度來保證四個(gè)角SOFA進(jìn)風(fēng)量大致相同，從而達(dá)到較均勻的動(dòng)量，有利于切圓不偏斜。⑧當(dāng)機(jī)組檢修期間檢查低氮燃燒器內(nèi)部的擋流板、穩(wěn)燃鈍體等所屬設(shè)備的磨損、燒損及燃燒器周邊結(jié)焦情況，對(duì)磨損、燒損的附屬設(shè)備要加以修復(fù)，對(duì)于燃燒器周邊的結(jié)焦要及時(shí)清理干凈，從而保證爐內(nèi)燃燒按設(shè)計(jì)初衷正常進(jìn)行。⑨由于本廠實(shí)際燃用煤質(zhì)較設(shè)計(jì)煤種全水分更高、熱值更低及鍋爐一次風(fēng)率更高，所以通過控制合理的一次風(fēng)率、減少制粉系統(tǒng)冷風(fēng)漏入量、及時(shí)對(duì)制粉系統(tǒng)進(jìn)行檢修維護(hù)以保證合適的煤粉細(xì)度值、盡可能增加二次風(fēng)量以使其更好地組織燃燒等措施盡可能縮短煤粉在爐內(nèi)的燃燼時(shí)間，提高鍋爐燃燒效率的同時(shí)增加爐內(nèi)受熱面的吸熱量。

5、結(jié)束語

低氮燃燒技術(shù)是火電廠氮氧化物控制的首選技術(shù)，低氮燃燒器改造是一種經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、有效的減排方法。在實(shí)際的鍋爐低氮燃燒改造過程中，有些機(jī)組會(huì)發(fā)生類似的蒸汽溫度偏低問題，相關(guān)技術(shù)人員可通過分析機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造后的燃燒器狀態(tài)、一、二次風(fēng)配比、SOFA擋板的操作調(diào)整、爐膛負(fù)壓的控制、二次風(fēng)門開關(guān)特性等調(diào)整手段，采取切實(shí)可行的措施，創(chuàng)新理念，改善調(diào)整方法，完善技術(shù)方案，優(yōu)化設(shè)備環(huán)境，既實(shí)現(xiàn)NOx排放濃度的有效降低，又保證鍋爐汽溫等各項(xiàng)指標(biāo)不大幅偏離設(shè)計(jì)值，有效避免環(huán)境污染的同時(shí)提高火電廠社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉義，張廣才.600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒器運(yùn)行特性分析[J].廣西電力，2016（01）

[2] 李超.600MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造[J].城市建設(shè)理論研究，2016（09）

作者簡(jiǎn)介

甄小東，男，漢族，本科學(xué)歷，1987年出生，工程師，現(xiàn)從事發(fā)電廠鍋爐技術(shù)管理工作。王廷，男，漢族，本科學(xué)歷，1980年出生，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事發(fā)電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。