鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造鍋爐運(yùn)行調(diào)整初探

丁 健

低氮燃燒系統(tǒng)改造以及爐外脫硝組合是目前較為常見的環(huán)保性改良機(jī)制，針對煙風(fēng)系統(tǒng)予以優(yōu)化，但是存在煙風(fēng)系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)連接的問題，這就使得改造過程雖然強(qiáng)化了系統(tǒng)的適應(yīng)性，卻對減少飛灰可燃物含量作用不大，為了滿足設(shè)備應(yīng)用的環(huán)保要求，就要對運(yùn)行工作展開優(yōu)化調(diào)整和控制，確保相應(yīng)情況能得以優(yōu)化，完善進(jìn)一步調(diào)整的方案。

1 案例分析

本文以某電廠I 號機(jī)組為例，設(shè)備屬于亞臨界自然循環(huán)鍋爐系統(tǒng)，主要采取優(yōu)混∶平混=2 ∶3 的摻燒方式，其中，基碳 55.2%、基氫 3.6%、基氧 8.1%、基低位發(fā)熱量為21400，空氣干燥基水分達(dá)到2.69%。設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中利用的是前后墻對沖燃燒的模式，并且針對設(shè)備的爐膛前墻和后墻各設(shè)置了3 層燃燒器，安裝雙調(diào)風(fēng)旋流煤粉燃燒設(shè)備，蒸發(fā)量能達(dá)到每小時(shí)2000 噸左右。

在運(yùn)行一段時(shí)間后，設(shè)備管理部門對設(shè)備進(jìn)行基建調(diào)試，針對機(jī)組高負(fù)荷狀態(tài)下汽溫較低的問題進(jìn)行研討，利用相應(yīng)措施減少了省煤器受熱面，并且完成設(shè)備改造處理工作，在一系列改造工作結(jié)束后，主汽溫度有所改變，達(dá)到了預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)數(shù)值，系統(tǒng)實(shí)際能實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)行。然而，因?yàn)槊悍弁Ａ魰r(shí)間減少造成鍋爐運(yùn)行效率不高，加之飛灰可燃物含量較大，部門決定對系統(tǒng)開展運(yùn)行調(diào)整工作。

2 鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造方案及運(yùn)行調(diào)整過程

在鍋爐燃燒改造工作中，要結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求完成對應(yīng)處理方案，確?？刂拼胧┑暮侠硇?，且能優(yōu)化提升管理效率，并且在改造的基礎(chǔ)上運(yùn)行對應(yīng)的方案調(diào)整機(jī)制，促進(jìn)改造工程的全面落實(shí)。最重要的是，要避免沒有完全燃燒的煤粉沖破燃盡風(fēng)進(jìn)入到設(shè)備的尾部煙道結(jié)構(gòu)中造成運(yùn)行質(zhì)量的失效，就要對系統(tǒng)進(jìn)行改造控制和優(yōu)化處理，發(fā)揮調(diào)整工作的作用，設(shè)計(jì)適宜的燃盡風(fēng)量和實(shí)際運(yùn)行風(fēng)速。

2.1 鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造方案

在我國，鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造方案主要是利用四角切圓燃燒的方式完成改造，因?yàn)榍昂髩_燃燒方式的改造技術(shù)難度較大，所以在實(shí)際操作過程中還需要改良。而在本次工程改造項(xiàng)目中，技術(shù)部門在進(jìn)行低氮燃燒改造的同時(shí)，還對汽輪機(jī)高中壓缸予以通流處理，保證改造工作順利落實(shí)，并集中技術(shù)保證機(jī)組預(yù)期增容10%。值得一提的是，除去對汽輪機(jī)通流改造實(shí)現(xiàn)節(jié)能效益外，也能減少NOx的排放量，適當(dāng)增加燃燒器的數(shù)量，優(yōu)化燃燒器層距和水平距離負(fù)荷水平。然而，在實(shí)際操作中，因?yàn)殄仩t剛性梁結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場布置條件受限，就使得一部分操作流程在應(yīng)用時(shí)有些難度。基于此，借助空氣分級燃燒技術(shù)對軸向空氣級別和徑向空氣級別予以分級控制也能減少NOx的排放量，針對爐內(nèi)溫度場予以系統(tǒng)再分配，確保優(yōu)化相應(yīng)的環(huán)保性能指標(biāo)。

第一，要對燃燒器進(jìn)行位置優(yōu)化，按照剛性需求和環(huán)保指標(biāo)完成相應(yīng)的處理工作，切實(shí)提升處理水平，優(yōu)化控制綜合效果。本次方案中，要將燃燒器整體下移3m 到4m，最佳為3.5m，并且保證原始設(shè)計(jì)位置得以落實(shí)[1]。與此同時(shí)，要延長煤粉在爐腔內(nèi)的實(shí)際停留時(shí)間，從而合理性增高鍋爐高溫段的實(shí)際受熱面積，確保能對具體參數(shù)予以約束處理，確保設(shè)計(jì)規(guī)范性和運(yùn)行穩(wěn)定性，從根本上提高處理效果。這種技術(shù)體系一定程度上改造了鍋爐煤粉的燃燒率，維持鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造后的燃燒效果，減少鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)對空氣污染的程度。

第二，對燃燒器的設(shè)備進(jìn)行改良，主要是將原有設(shè)備改為中心給粉的旋流式燃燒器，并且更換原有的微油點(diǎn)火燃燒器，轉(zhuǎn)變?yōu)橹行慕o粉燃燒器，從而一定程度上提高了整個(gè)燃燒器分級燃燒的效果。

第三，對燃燒器設(shè)備進(jìn)行升級后，也要對燃盡風(fēng)結(jié)構(gòu)予以處理，利用新型結(jié)構(gòu)模式避免應(yīng)用處理的效果和環(huán)保價(jià)值，主要是在原有上層燃燒器運(yùn)行的基礎(chǔ)上添加燃盡風(fēng)噴口，數(shù)量結(jié)合實(shí)際運(yùn)行需求完成設(shè)定，并且保證下層燃盡風(fēng)也能得到優(yōu)化。正是對燃盡風(fēng)噴口數(shù)量的改革，實(shí)現(xiàn)了整體運(yùn)行比例的優(yōu)化，也為提升分級燃燒效果提供了保障，避免燃盡風(fēng)水平不足造成的影響，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行效率和環(huán)保價(jià)值的全面提升。

2.2 鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整過程

在改造基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整，是為了確保低氮燃燒系統(tǒng)運(yùn)行效果，在改造工序結(jié)束后，無論是鍋爐主控制系統(tǒng)還是再熱汽溫參數(shù)都實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化，并且氣（汽）壓也能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)，且過熱器的溫水量并沒有改變較大，保證相應(yīng)的壁溫溫差都能被控制在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值范圍內(nèi)，優(yōu)化了爐腔區(qū)域結(jié)渣的效果，排煙溫度改造更加適中。但是，若是鍋爐超過600MW 則導(dǎo)致工況受限，尤其是出力效果較差，無法達(dá)到預(yù)期的BMCR 數(shù)值?；诖?，相關(guān)技術(shù)部門決定對鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造后的運(yùn)行過程進(jìn)行再次調(diào)整。此次調(diào)整工作中，主要是將機(jī)組相應(yīng)運(yùn)行參數(shù)和燃燒實(shí)測數(shù)據(jù)作為根本參照數(shù)值，從而減少NOx的濃度，優(yōu)化鍋爐出力效果。

2.2.1 原因分析

為了更好地保證參數(shù)應(yīng)用管理的水平，就要對造成不良運(yùn)行問題的原因進(jìn)行分析，從而完成針對性改良和運(yùn)行調(diào)整方案。

首先，對設(shè)備的軸向空氣分級程度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的參數(shù)并沒有完全符合方案的設(shè)計(jì)預(yù)想，究其原因，主要是因?yàn)樵阱仩t低氮燃燒系統(tǒng)改造后分級燃燒的程度雖然有所提升，且對應(yīng)的二次風(fēng)側(cè)阻力也出現(xiàn)了提升，在較高負(fù)荷的工況條件下運(yùn)行，就造成出口壓力裕量不是非常充足。正是基于以上因素，使得二次風(fēng)量不能完全滿足機(jī)組運(yùn)行過程中對燃燒量的需求，造成缺氧燃燒，限制了整個(gè)鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

其次，設(shè)備的徑向空氣分級系統(tǒng)也沒有完全符合設(shè)計(jì)要求和最初的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，借助燃燒器中心軸線方向的溫度測量可知，燃燒器著火時(shí)間有所提前，使得NOx生成數(shù)量增大，嚴(yán)重污染環(huán)境，不能滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 改良措施

在系統(tǒng)化分析鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造運(yùn)行不良問題后，就要對具體情況進(jìn)行具體處理，確保能提高相應(yīng)管理模式的有效性，同時(shí)保證應(yīng)用方案能發(fā)揮其實(shí)際價(jià)值，從而一定程度上升級系統(tǒng)改造的效果，提升環(huán)保效益。

第一，要對設(shè)備的輔助系統(tǒng)進(jìn)行改良。主要是對送風(fēng)機(jī)予以擴(kuò)容處理，保證改造效果適中，由此提升送風(fēng)機(jī)出口的實(shí)際壓力裕量以及設(shè)備的送風(fēng)能力，并且減少送風(fēng)機(jī)運(yùn)行失速造成的不良問題，切實(shí)提高下層燃盡風(fēng)噴口的運(yùn)行效率。借助相應(yīng)的處理措施，就能合理性提升整體結(jié)構(gòu)燃盡風(fēng)量的數(shù)值參數(shù)，改善其占據(jù)鍋爐總風(fēng)量的比例，優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整效果。

第二，除了對輔助系統(tǒng)予以改良，也要對燃燒器的一次風(fēng)噴口進(jìn)行延長處理，保證噴口內(nèi)徑得以縮小，一定程度上改善了設(shè)備著火性能，升級應(yīng)用管理效率。最重要的是，延長相應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)，也能為環(huán)保工作的處理留出較長的時(shí)間，優(yōu)化應(yīng)用效果，避免NOx生成量增多。

第三，要對設(shè)備的磨煤機(jī)出口予以控制，主要是在一次風(fēng)管的外側(cè)加裝可調(diào)控的設(shè)備，從而對一次風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免燃燒器各個(gè)部位性能出現(xiàn)不均勻的問題。

第四，在完成對應(yīng)處理工作后，就要對爐腔后墻位置進(jìn)行處理，拆除1/2 的保溫設(shè)備，從而減少輻射參數(shù)以及對流受熱面的實(shí)際吸熱比例參數(shù)，提升系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性，優(yōu)化環(huán)保處理效果。

綜上所述，在應(yīng)用鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造方案后，對運(yùn)行過程進(jìn)行調(diào)整，能在優(yōu)化燃燒水平的基礎(chǔ)上，減少NOx的實(shí)際排放數(shù)量，確保在 600MW 以上運(yùn)行條件下依舊滿足環(huán)保要求，整合機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷參數(shù)。

2.2.3 運(yùn)行結(jié)果

在提出系統(tǒng)性改造設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，對相應(yīng)運(yùn)行過程進(jìn)行調(diào)整，確保能更加符合設(shè)備運(yùn)行安全環(huán)保管理要求，針對NOx濃度和鍋爐各項(xiàng)性能指標(biāo)開展相應(yīng)的性能優(yōu)化。

第一，鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造后，NOx達(dá)到目標(biāo)參數(shù)要求，滿足運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性要求，并且進(jìn)行階段性檢測后發(fā)現(xiàn)參數(shù)沒有超出相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，符合應(yīng)用改良的控制參數(shù)。在600MW 數(shù)值以上運(yùn)行時(shí)，NOx數(shù)值為每立方米 330mg，在 600MW 數(shù)值以下運(yùn)行時(shí)，NOx數(shù)值為每立方米300mg，相應(yīng)參數(shù)相較于改造前降低了近60%，達(dá)到安全和指標(biāo)要求[2]。

第二，改造后進(jìn)行運(yùn)行調(diào)整工作，分級燃燒程度有所提高，對鍋爐汽水系統(tǒng)評估工作也滿足應(yīng)用要求，尾部受熱面積調(diào)整效果較好，集中在上層燃燒器和燃盡風(fēng)區(qū)間的數(shù)值參數(shù)均符合安全標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)域結(jié)渣水平也有所優(yōu)化。

第三，鍋爐效率實(shí)現(xiàn)了提升，相較于改造前提高38%，且過熱器減溫水量有所降低。

第四，鍋爐內(nèi)部煤粉分級燃燒程度有所優(yōu)化，尤其是二次風(fēng)側(cè)阻力數(shù)值，在保證需氧量的同時(shí)得以有效控制，數(shù)據(jù)能被約束在規(guī)定的設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語

總而言之，在鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造鍋爐運(yùn)行調(diào)整工作展開的過程中，為了保證改造效果和運(yùn)行調(diào)整質(zhì)量，就要升級具體改造過程，確保能在滿足運(yùn)行要求的同時(shí)貼合環(huán)保規(guī)范，從根本上維護(hù)改造處理的實(shí)效性，減少NOx對環(huán)境造成的不利影響，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益的共贏。