劉小赟

廣東省東莞市虎門鎮(zhèn)沙角C電廠

火電廠大氣污染物排放要求越來越嚴，特別是《火電廠大氣污染物排放標準（GB13223-2011）發(fā)布后，大部分國內(nèi)早期投運的火電廠都著手進行鍋爐低氮燃燒改造，以達到新的NOX排放要求，或者是降低鍋爐尾部煙氣脫硝（SCR）裝置入口濃度。低氮燃燒改造是一種經(jīng)濟有效的減排方法，是燃煤電廠氮氧化物控制的首選技術。低氮燃燒技術目前主要采用各種低氮燃燒器加上不同形式分離燃燼風（SOFA）組合方式。但因現(xiàn)場改造緣故，鍋爐的具體形式、參數(shù)特性、改造綜合目標不同，選擇的具體方案也有所不同，即使是相同的改造方案，改造后運行方式、優(yōu)化調(diào)整不同也會造成不同的結果。有針對性的改造方案和改造后的運行優(yōu)化調(diào)整在鍋爐低氮燃燒改造項目中起到至關重要的作用。

1 改造前鍋爐特性

沙角C電廠3×660MW機組為亞臨界壓力、一次中間再熱、單汽包、控制循環(huán)、四角切圓燃煤鍋爐。配置6臺HP983中速磨煤機，采用帶波紋鈍體WR型燃燒器，上層布置了OFA、OFB兩層緊湊燃燼風。

1.1 爐膛尺寸小。爐膛寬深高為19.558m×16.4325m×56.995m,容積為15485m3，爐膛容積熱負荷為112KW/m2，燃燒器區(qū)域熱負荷為1.33×103KW/m2。無論是在爐膛截面上還是在爐膛高度上，均遠小于同類600MW機組的爐膛，爐內(nèi)結焦現(xiàn)象較嚴重。

1.2 燃煤煤種范圍較廣。鍋爐設計煤種為澳大利亞進口煤、校核煤種為神府東勝煤，近幾年燃燒的煤種還有神華、印尼、內(nèi)蒙伊泰、山西平煤、俄羅斯煤等，在燃燒器改造前NOX的排放濃度在400～750mg/Nm3之間變化，煤種變化時甚至達到800mg/Nm3以上。

1.3 再熱汽溫偏低。改造前再熱汽溫通常比設計10～15℃，過熱器減溫水流量在90t/h左右，而且爐膛左右煙溫偏差較大。

2 改造綜合目標及技術特點

鑒于鍋爐特性，首先要保證鍋爐效率，在各種煤種下燃燒穩(wěn)定，改善煙溫偏差、提高再熱汽溫等總和目標，不能過份追求很低的NOX排放。加上若最后要達到重點地區(qū)NOX小于100mg/Nm3的新排放標準，最終還是要在尾部煙道加裝SCR脫硝裝置，因此低氮燃燒改造的NOX排放目標定在300～350mg/Nm3為宜。

2.1 側(cè)墻對沖燃燼風系統(tǒng)布置方式

改造最大的技術特點是側(cè)墻對沖燃燼風布置方式，在主燃區(qū)37.7m標高處，左右側(cè)墻各布置4個SOFA風口，見圖1?？偟腟OFA風比例在20%～30%范圍可調(diào)，該布置方案很好地解決了原爐膛高度不夠，若在四角增加兩層SOFA風口造成與爐管屏底距離太近的問題。噴口可水平和垂直方向均可±15°角擺動，這樣可控制燃燼風的流向、流量和速度，更好地控制燃燼風的偏轉(zhuǎn)的分布，有助于對CO、未燃盡碳、排煙溫度和氧量的控制，實現(xiàn)最優(yōu)化的減排方案的同時，不會影響燃燒效率。

圖1 側(cè)墻對沖SOFA風置

2.2 強化著火型直流燃燒器

把原來波紋鈍體WR型燃燒器改成如圖2所示的強化著火型直流燃燒器。該設計利用流線型穩(wěn)定火焰，在噴嘴流道中間設置兩片機翼型流線板，作為火焰穩(wěn)定器。燃燒器的內(nèi)、外罩殼的四角都采用圓形弧度結構，氣流的擴張角變小，一次風剛度增加，避免煤粉在噴嘴的堆積，同時內(nèi)罩殼及分隔板都隱蔽在噴口內(nèi)，這有利于避免爐膛的熱輻射，該燃燒器具有噴口處不易結渣，不易燒壞變形的優(yōu)點。同時燃燒器輕便、擺動靈活，不易卡澀。

圖2 強化著火型直流燃燒器

2.3 控制底層CO生成

增加底層二次風口水平調(diào)節(jié)功能，見圖3。目的是通過優(yōu)化調(diào)節(jié)減少該區(qū)域CO形成,從而改善水冷壁的結焦和水冷壁腐蝕問題。

圖3 底層二次風口

3 運行優(yōu)化調(diào)整

低氮燃燒改造后運行優(yōu)化調(diào)整非常重要，整個過程要覆蓋機組實際運行時的不同負荷、不同煤種，機組安全性、經(jīng)濟性、各技術參數(shù)達到最優(yōu)的同時，鍋爐出口NOx排放盡可能達到最小。

3.1 運行優(yōu)化調(diào)整過程

通過鍋爐不同負荷（100%ECR、75%ECR、50%ECR）共30個不同工況調(diào)整測試，對運行氧量、SOFA風擋板開度、SOFA風噴口水平及垂直擺角、底部二次風水平擺角、配風方式、風箱爐膛壓差、制粉系統(tǒng)投運方式等參數(shù)的調(diào)整，尋求最佳的鍋爐運行工況，將鍋爐效率維持在較佳水平并控制煙氣NOX、CO排放量及爐膛出口煙溫偏差均在較低水平，為今后經(jīng)濟運行提供依據(jù)。表1為100%負荷下不同制粉系統(tǒng)投運方式試驗記錄(試驗煤種：A、C磨澳大利亞煤，B、D、E磨伊泰煤，F(xiàn)磨優(yōu)混煤)。

表1 100％負荷不同制粉系統(tǒng)投運方式試驗記錄表

3.2 運行優(yōu)化調(diào)整分析

從優(yōu)化調(diào)整的過程來看，爐左靠前墻側(cè)2個SOFA風噴口水平擺角向前墻側(cè)偏轉(zhuǎn)+15°、其他噴口水平0°位置、所有AA層二次風噴口水平擺角向外側(cè)偏離+10°為各工況綜合效果最佳位置。通過調(diào)整SOFA風口，鍋爐兩側(cè)CO排放接近平衡；在鍋爐滿負荷BCDEF磨投運工況及鍋爐60%-80%工況下，鍋爐再熱汽溫接近平衡。再熱汽溫偏低問題有較大改善，過熱器減溫水量比原來減少。但在鍋爐滿負荷A磨投運工況及鍋爐低負荷工況下，SOFA風的調(diào)節(jié)并不能夠完全消除兩側(cè)再熱汽溫偏差問題。在下臺機組的設計中，可以加大SOFA風噴口水平擺角可調(diào)幅度，從而，最大限度地通過SOFA風噴口水平擺角的調(diào)整消除燃料分配不均帶來的影響。

3.3 運行優(yōu)化方式

經(jīng)過各工況的調(diào)整試驗，得出SOFA風擋板開度、運行氧量、風箱-爐膛差壓與負荷之間最佳運行方式如圖4、圖5、圖6。

圖4 SOFA風擋板開度與負荷曲線

圖5 運行氧量與負荷曲線

圖6 風箱-爐膛差壓與負荷曲線

4 結語

沙角C電廠3號鍋爐低氮燃燒改造克服了原爐膛尺寸小、燃煤煤種廣等困難。通過改造及后期運行優(yōu)化調(diào)整后，鍋爐主蒸汽、再熱蒸汽溫度正常，煙溫偏差、再熱汽溫偏低問題有較大改善。在不同負荷下，鍋爐NOX排放控制在300mg/Nm3左右，見表2。在達到降氮效果的同時，保證了鍋爐燃燒穩(wěn)定和鍋爐效率，達到良好的綜合效果。

表2 改造后不同負荷參數(shù)表

[1]王春昌. 低NOX空氣分級燃燒技術與鍋爐容量的匹配性研究[J]. 熱力發(fā)電, 2010, 39(5):6-8.WANG Chun-chang. Study on matchability of low NOX staged burning technology for air with the boiler capacity[J].Thermal Power Generation, 2010, 39(5):6-8.

[2]朱利軍. 300MW燃煤鍋爐低氮氧化物燃燒的改造[J]. 廣東電力, 2009, 22(4):64-67.

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