李衍平

(華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100)

在燃煤電廠排放的大氣污染物中，氮氧化物(NOx)因為對生態(tài)環(huán)境和人體健康的危害極大，且難以處理，所以成為重點控制排放的污染物之一?！痘痣姀S大氣污染物排放標準》從2012年開始實施，其中，從2012年1月1日開始，所有新建火電機組NOx排放濃度標準要求達到 100 mg/m3[1]。因此，為了減少氮氧化物(NOx)對生態(tài)環(huán)境和人體健康造成的危害，本文介紹了華電國際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠對300 MW機組3號爐燃燒系統的低氮改造過程。

1 鍋爐概況

華電國際電力股份有限公司萊城發(fā)電廠300 MW機組3鍋爐采用SG-1025/17.44-M844型亞臨界、中間一次再熱、控制循環(huán)汽包爐，引進美國CE燃燒工程公司的技術。該鍋爐為單爐膛、平衡通風、固態(tài)排渣、四角切圓燃燒方式，設計燃煤為高揮發(fā)分煙煤，點火、助燃用油為0號柴油[2]。制粉系統配置3臺BBD4062型雙進雙出直吹式磨煤機，燃燒方式為四角順時針切圓，每角共有6個一次風口、6個燃料二次風口、11個輔助二次風口，頂層為兩層消旋風，燃燒器擺角上下擺動30°，鍋爐主要設計參數如表1所示。

表1 鍋爐主要設計參數

2 燃燒系統低氮改造

2．1 多空氣分級低NOx燃燒技術

首先在沿爐膛高度的垂直方向采取三次空氣分級，即在主燃燒器區(qū)域送入部分煤粉完全燃燒所需要的一次風和二次風，在緊鄰主燃燒區(qū)的上方OFA噴嘴送入部分燃盡風(即一次垂直空氣分級);從OFA上方距主燃燒器一定距離的低位SOFA燃燒器送入剩余的部分燃盡風(即二次垂直空氣分級);將剩余的燃盡風從除OFA和低位SOFA燃燒器外的高位SOFA燃燒器送入(即三次垂直空氣分級[3])。其次，主燃燒器一次風燃燒裝置上采取水平濃淡分離技術，從而在爐膛水平方向形成濃淡兩股煤粉氣流，實現爐膛水平方向的空氣分級燃燒(一次水平空氣分級)。另外，主燃燒器的部分二次風噴嘴采取正向偏置布置，形成部分貼壁風[4]，推遲了該部分二次風與煤粉氣流的混合，在爐膛水平方向形成了一定程度的空氣分級燃燒(即二次水平空氣分級)。這樣就在揮發(fā)氮析出后非常關鍵的早期燃燒階段，將主燃燒器區(qū)域的過量空氣系數降低，在整個爐膛內沿垂直方向和水平方向實現多次空氣分級燃燒，在初始的富燃料欠氧條件下促使揮發(fā)氮轉化成N2，從而減少總的NOx生成量。同時，因富燃料欠氧，爐膛的燃燒溫度也會相對降低，在一定程度上會降低熱力型NOx的生成量。

2．2 燃燒器改造

在主燃燒器上部設置OFA，主燃燒器上方標高32 850 mm處布置低位SOFA，標高35 950 mm處布置高位SOFA，沿爐膛高度方向形成垂直三次空氣分級;一次風采用水平濃淡[5]，使?jié)饷悍壑饕性诨鹧鏈囟雀叩臓t膛中心，空氣含量高的淡煤粉則分布在爐膛四周，使一次風氣流在水平方向形成空氣分級;主燃燒器區(qū)域布置了4層貼壁風，使該部分二次風與主氣流在水平方向推遲混合，即在水平方向也形成了空氣分級。上述多空氣分級措施可大大減少NOx的生成。SOFA燃燒器分低位和高位布置，相對單一SOFA布置更容易有利于分級燃燒，爐膛氧量和燃燒溫度分布均勻，SOFA燃燒器規(guī)范如表2所示。

表2 SOFA燃燒器規(guī)范

SOFA燃燒器噴嘴可以垂直方向上下擺動±30°(DCS控制)，同時可以水平方向擺動±15°(手動);每個噴嘴均有調節(jié)風門擋板，對噴嘴的風量根據運行要求進行自動調節(jié)(DCS控制)，燃燒器改造設計參數如表3所示。

表3 燃燒器改造設計參數

燃燒器改造過程如下:

1)燃燒器噴嘴出口端四角設計成圓弧形，有利于保持出口射流剛性，減少燃燒器掉粉;噴嘴尾部也設計成圓弧形，使噴嘴上下擺動時間隙風漏風不會增加，可維持二次風的剛性，提高鍋爐燃燒效率。

2)對燃燒器密封和保溫進行優(yōu)化設計，可以降低燃燒器的漏風和散熱，降低燃燒器周圍的溫度，有利于燃燒和提高效率，改善擺動氣缸和執(zhí)行器的工作環(huán)境，確保上述設備的可靠性。

3)維持原燃燒器的射流角度和切圓大小不變，對原燃燒器設計參數進行微調，這樣可最大程度地維持原燃燒器的特點。

4)主燃燒器整體不需改動(主燃燒器殼體以及對應水冷壁都不改動)，所有一次風、二次風的標高均不改變。煤粉管道、煤粉彎頭的標高、走向以及結構形式不做改動。油槍、火檢等設備安裝位置均不改變。

2．3 一次風管道改造

一次風采用彎頭式水平濃淡，在形成濃淡燃燒的條件下形成“風包粉”，有利于防止或減輕爐膛結渣和高溫腐蝕。濃、淡煤粉間設有垂直鈍體，使?jié)獾淮物L之間形成6°的夾角，起到卷吸高溫煙氣的作用，可推遲濃淡一次風的混合，利于著火穩(wěn)燃，確保水平濃淡燃燒，減少NOx的生成。相對于百葉窗水平濃淡來說，彎頭式水平濃淡適合于煙煤，而且阻力小，磨損小。在低氮燃燒情況下，主燃燒器區(qū)域處于還原性氣氛，爐膛結渣和高溫腐蝕容易發(fā)生，而相對于垂直上下濃淡而言，水平濃淡對防止爐膛結渣和高溫腐蝕有利。一次風水平濃淡如圖1所示。

圖1 一次風水平濃淡示意圖

另外，一次風噴嘴出口上下加裝擴壓器，可增強對高溫煙氣的卷吸，推遲了二次風的混入，有利于著火與穩(wěn)燃，可降低NOx生成。一次風噴嘴采用均等的周界風，起到冷卻噴嘴的作用，同時有利于保持一次風氣流的剛性。

2．4 二次風系統改造

主燃燒器中布置2層(AB2、BC2層)水平偏置(貼壁)輔助二次風，將2層(B層、C層)油風室對應的輔助二次風噴口中的部分風設計為水平偏置(貼壁)輔助二次風，可提高爐膛高溫燃燒區(qū)域水冷壁附近的氧量，防止爐膛的結焦和高溫腐蝕，在爐膛水平方向形成分級送粉，可減少NOx的生成;鍋爐有結焦傾向時，應開大AB2、BC2、B、C層貼壁風運行，并加強鍋爐水冷壁吹灰。

2．5 空氣預熱器改造

1)在2臺空預器A級檢修后，更換蓄熱元件冷端原有吹灰器，并增加高壓水槍管、熱端吹灰器，介質仍為原有蒸汽汽源;完成密封改造，更換蓄熱元件、熱端及冷端扇形板、軸向密封板、徑向軸向旁路密封片，提高空預器的換熱效率。

2)每臺空預器增加1只熱段吹灰器?？疹A器吹灰維持壓力1.3 MPa，最大不得超過1.37 MPa。

3)空預器吹灰器有常速方式和慢速方式。在常速方式下，吹灰過程在35 min內完成;慢速方式下，吹灰過程在74 min內完成。吹灰器吹灰正常選常速方式運行。

4)空預器吹灰流程，先運行下部吹灰器(冷端吹灰器，吹灰過程約在35 min完成)，再運行上部吹灰器(熱端吹灰器，吹灰過程約在35 min完成)。

3 結論

1)燃燒器經改造后，飛灰可燃物含量達到了設計值，沒有出現大幅升高的現象;最低穩(wěn)燃負荷達到設計要求;過熱器、再熱器超溫情況較改造前大幅減少。

2)機組在額定負荷運行時，NOx的排放濃度由600 mg/m3降到了240 mg/m3，達到了減排的目的，取得了良好的效果。

3)鍋爐熱效率增加了約1%，節(jié)約了燃料成本，增加了機組的經濟性。

[1]國家環(huán)境保護局.GB13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].北京:中國環(huán)境科學出版社，2012:2.

[2]容鑾恩.300 MW火力發(fā)電機組叢書—燃煤鍋爐機組[M].北京:中國電力出版社，2004:33-35.

[3]鄭海紅，王冉陽，任建興.空氣分級燃燒降低燃煤電鉆鍋爐生成的技術分析[J].上海電力學院學報，2006.22(1):22-29.

[4]李剛，李錫孝，魏銅生，等.1 025 t/h鍋爐水冷壁高溫腐蝕原因分析及解決措施[J].熱力發(fā)電，2012(2):53-54.

[5]童家麟，唐曉飛，禹慶明，等.彎頭對水平濃淡分離燃燒器性能影響的數值模擬[J].電站系統工程，2012(3):8-10.