文 王雪鋒 深圳能源集團(tuán)股份有限公司 駱曉春 高亮明 深圳媽灣電力有限公司

丁成云 廣東省東莞市沙角B電廠 程業(yè)韜 深圳南山熱電股份有限公司

火電廠產(chǎn)生的氮氧化物主要有三種形式：燃料型、熱力型和快速型氮氧化物。燃料型氮氧化物主要由燃料中氮化物氧化轉(zhuǎn)化形成，約占總生成量的80%～90%，是減排的主要控制對(duì)象。熱力型氮氧化物主要由空氣中的N2在高溫環(huán)境下氧化生成的，一般約占總生成量的10%～20%。燃料揮發(fā)物中的碳?xì)浠衔锔邷胤纸馍傻腃H自由基與空氣中的氮?dú)馍蒆CN和N，再進(jìn)一步與氧氣作用以極快的速度生成，約占總含量的1%。

深圳能源集團(tuán)公司先后對(duì)媽灣電廠國(guó)產(chǎn)300MW四角切圓亞臨界鍋爐（國(guó)產(chǎn)機(jī)組全國(guó)首臺(tái)）、沙角B電廠進(jìn)口350MW前后墻對(duì)沖亞臨界鍋爐和南山熱電GE9E燃?xì)廨啓C(jī)低氮燃燒器低氮燃燒改造工作，氮氧化物減排效果顯著，對(duì)國(guó)內(nèi)電力行業(yè)氮氧化物減排具有較好的示范作用。

1 低氮燃燒工程改造技術(shù)原理

1.1 媽灣電廠國(guó)產(chǎn)300MW四角切圓亞臨界鍋爐改造技術(shù)原理

該技術(shù)的特點(diǎn)是將爐內(nèi)燃燒的三維空間，在水平方向上劃分為近壁區(qū)和中心區(qū)兩個(gè)區(qū)域；同時(shí)在垂直方向上劃分為兩個(gè)燃燒區(qū)段，每個(gè)燃燒區(qū)段有分別包含一個(gè)氧化區(qū)、一個(gè)還原區(qū)和一個(gè)燃燼區(qū)，通過各區(qū)域燃燒配風(fēng)比例的變化，實(shí)現(xiàn)分區(qū)燃燒，達(dá)到降低氮氧化物生成、防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣的目的。

采用國(guó)電科環(huán)公司的“雙尺度燃燒技術(shù)”（結(jié)構(gòu)見圖1），主燃燒區(qū)一次風(fēng)噴口采用空間濃淡燃燒技術(shù)組合分布，下三層一次風(fēng)成一組（A層上濃下淡/B層水平濃淡/C層下濃上淡），上三層一次風(fēng)成一組（D層上濃下淡/E層下濃上淡/F層下濃上淡），沿爐膛高度方向控制過量空氣系數(shù)分布降低NOX生成，改造采用一次風(fēng)反切小切圓，一三角二次風(fēng)對(duì)沖布置，二四角二次風(fēng)正切布置形成正切圓，并在二次風(fēng)噴嘴布置有貼壁風(fēng)防結(jié)渣和高溫腐蝕，在燃燒器上方4.5m布置四層橢圓形結(jié)構(gòu)燃盡風(fēng)噴嘴，其中三層運(yùn)行一層備用達(dá)到靈活調(diào)節(jié)的目的。

在爐膛橫截面上形成了“中心區(qū)”和 “近壁區(qū)” ，貼壁風(fēng)（結(jié)構(gòu)見圖2）不改變主射流方向，在近壁區(qū)保持足夠的氧氣存在，防止?fàn)t膛結(jié)渣及高溫腐蝕 。

1.2 沙角B電廠前后墻對(duì)沖亞臨界鍋爐改造原理

采燃料分級(jí)、空氣分級(jí)優(yōu)化降氮技術(shù)。將煤粉氣流濃淡分級(jí)燃燒，濃煤粉進(jìn)行貧氧燃燒，產(chǎn)生大量未燃揮發(fā)份氣體，由于缺氧環(huán)境使區(qū)域溫度較低，抑制熱力型NO產(chǎn)生；淡煤粉推遲補(bǔ)入已燃燒的濃煤粉氣流，使?jié)饷悍蹥饬髦写罅康膿]發(fā)份利用淡煤粉過量氧氣進(jìn)行充分燃燒，同時(shí)其燃燒產(chǎn)生的NO在焦炭燃燒過程中部分被還原，從而抑制NO生成。

爐內(nèi)配風(fēng)優(yōu)化：在相同負(fù)荷、保持總空氣量不變的情況下，減少下層燃燒區(qū)域的氧量，同時(shí)增加上層燃燒區(qū)域的氧量，適當(dāng)分配空氣，可以使主燃燒區(qū)域?yàn)槿毖鯕夥?，減少氮元素被氧化的可能，即減少燃料型NOX的生成；而上部燃燒區(qū)域?yàn)楦谎鯕夥?，降低了此區(qū)域的溫度，進(jìn)一步減少了熱力型NOX的生成，抑制了總氮氧化物生成量。

1.3 南山熱電PG9171(E)燃?xì)廨啓C(jī)改造原理

燃汽輪機(jī)這種不注入降氮物質(zhì)的燃燒方式稱為干式低氮燃燒，南山熱電此次改造采用的GE 公司DLN-1燃燒技術(shù)是一個(gè)二級(jí)摻混燃燒的一個(gè)過程。燃燒系統(tǒng)分成4個(gè)主要組成部分：燃料注入系統(tǒng)、導(dǎo)流套筒、文丘里流量控制器、冒蓋中心組合體。第一階段通過混合燃料提供一個(gè)統(tǒng)一、欠氧、未燃的燃料空氣混合物，第二階將第一階段的混合物與第二階段過氧燃料混合物充分燃燒，從而實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物排放的目標(biāo)。全過程通過氣體燃料注入系統(tǒng)上的流量控制閥實(shí)現(xiàn)。

與改造前燃燒器相比，單個(gè)燃燒器噴嘴由1個(gè)變成了7個(gè)，中心1個(gè)，其余6個(gè)圍繞中心噴嘴布局。一級(jí)燃料噴嘴布置在二級(jí)燃料噴嘴的外圍，形成了沿徑向的燃料分布，并且二級(jí)燃料的相對(duì)走向位置前后錯(cuò)開，充分利用了火焰筒的橫截面進(jìn)行燃料分級(jí)，實(shí)現(xiàn)濃淡燃燒，從而保證燃燒室的性能同時(shí)降低氮氧化物的排放。

同時(shí)在啟停機(jī)階段，燃料供應(yīng)模式由1種變成了4種進(jìn)行控制：一級(jí)燃燒模式：點(diǎn)火到20%負(fù)荷，全部燃料供給一級(jí)燃燒區(qū)域；貧-貧燃燒模式：20%～50%負(fù)荷70%燃料供應(yīng)一級(jí)燃燒區(qū)域，30%燃料供應(yīng)二級(jí)燃燒區(qū)域，燃燒在一與二級(jí)區(qū)域均發(fā)生；二級(jí)燃燒模式：通過燃料轉(zhuǎn)換系統(tǒng)將燃料與燃燒轉(zhuǎn)換至二級(jí)燃燒區(qū)域，使燃燒從貧-貧燃燒轉(zhuǎn)換到預(yù)混燃燒模式；預(yù)混燃燒模式：負(fù)荷從50%向100%過度，83%燃料供應(yīng)一級(jí)燃燒區(qū)域，17%燃料供應(yīng)二級(jí)燃燒區(qū)域，一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的燃料與通過旋流器供入的空氣形成了均相預(yù)混的可燃?xì)怏w供入二級(jí)燃燒區(qū)，在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)燃燒。在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)及大部分燃料都是在比較稀釋的狀態(tài)下，以預(yù)混火焰?zhèn)鞑シ绞竭M(jìn)行燃燒的，因而能達(dá)到在高負(fù)荷工況下控制NOX排放量的目的。

2 改造后效果分析比較

三種機(jī)型改造效果均比較成功，達(dá)到預(yù)期減排目標(biāo)，對(duì)降低機(jī)組氮氧化物排放有明顯效果，同時(shí)對(duì)改進(jìn)燃煤機(jī)組燃燒工況，減少結(jié)焦、結(jié)渣均有較好成效，達(dá)到預(yù)期值（具體見表1）。

表1 三種典型火力發(fā)電機(jī)組低氮燃燒器改造效果比較

3 改造工程中需注意的問題

3.1 燃煤機(jī)組改造需關(guān)注的問題

從工程實(shí)際情況來看，均采用濃淡燃燒的原理來降低氮氧化物排放，爐膛空間越大，進(jìn)行低氮燃燒器改造效果越好；爐膛空間狹小，對(duì)改造設(shè)計(jì)要求更高。不同磨煤機(jī)組合下燃燒器區(qū)域和折焰角區(qū)域的溫度對(duì)比數(shù)據(jù)均表明，燃燒器改造后，爐膛火焰中心易產(chǎn)生上移，原有的換熱平衡被打破，輻射換熱比例減小，對(duì)流換熱比例增大（尤其是低溫過熱器），從而導(dǎo)致目前運(yùn)行中一級(jí)過熱減溫水量偏大，過熱器和再熱器管壁超溫問題。

同時(shí)由于改造后火焰中心上移，煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時(shí)間縮短，煤粉顆粒未完全燃燒即進(jìn)入尾部煙氣通道，導(dǎo)致飛灰可燃物含量較高。此外，一次風(fēng)煤比、磨煤機(jī)出口折向門擋板、燃燒器擋板和配風(fēng)方式設(shè)置不合理也是引起飛灰可燃物含量高的可能原因。

3.2 燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組改造需注意的問題

北方某電廠9E機(jī)組陪DLN1低氮燃燒器，運(yùn)行13100h后停機(jī)檢修發(fā)現(xiàn)火焰筒損壞、過渡段出現(xiàn)不同程度的磨損。主要原因有運(yùn)行超時(shí)、某些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷、運(yùn)行控制參數(shù)設(shè)置不合理等。修復(fù)、替換損壞的燃燒室部件后,機(jī)組運(yùn)行正常。改造后需嚴(yán)格按照運(yùn)行參數(shù)控制燃燒，按時(shí)進(jìn)行檢修檢查工作，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。