朱光明，段學(xué)農(nóng)，焦慶豐，唐斌，陳一平，楊劍峰，王敦敦

(1．國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙 410007;2．大唐耒陽發(fā)電廠，湖南衡陽 421800)

國內(nèi)發(fā)布的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，燃煤發(fā)電企業(yè)履行著社會責(zé)任有效降低NOx排放濃度。燃煤電廠NOx的生成，與實際燃用煤質(zhì)、爐型、運(yùn)行參數(shù)密切相關(guān)，針對特定的爐型和煤質(zhì)，燃燒調(diào)整是一種有較強(qiáng)實用意義的研究手段。

1 設(shè)備概述

某電廠2臺300 MW機(jī)組鍋爐系某公司生產(chǎn)的B＆WB－1025/17.2－M型亞臨界中間再熱自然循環(huán)汽包鍋爐，平衡通風(fēng)，露天布置。燃燒器布置在下爐膛前后拱上，采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)、W型火焰燃燒方式，尾部為雙煙道結(jié)構(gòu)，采用擋板調(diào)節(jié)再熱汽溫。每臺爐共配有16個濃縮型EI—XCL低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流煤粉燃燒器，與之配套的是4套雙進(jìn)雙出磨煤機(jī)，設(shè)計出力45.6 t/h。設(shè)計燃用當(dāng)?shù)責(zé)o煙煤。

該鍋爐燃燒設(shè)備主要由煤粉燃燒器、風(fēng)箱、油槍及油點(diǎn)火器、風(fēng)門控制裝置等組成。鍋爐共配有16個B＆W專門用于燃用低揮發(fā)分燃料的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，錯列布置在鍋爐下爐膛的前后墻拱上。

雙調(diào)風(fēng)旋流煤粉燃燒器由煤粉進(jìn)口管、煤粉濃縮裝置、雙調(diào)風(fēng)筒殼體、煤粉噴口、乏氣管和乏氣噴口組成。

從磨煤機(jī)出來的一次風(fēng)煤粉氣流在經(jīng)過濃縮型EI－XCL燃燒器彎頭前，經(jīng)慣性分離，濃度較高的風(fēng)粉由燃燒器一次風(fēng)噴口進(jìn)入爐膛燃燒，濃度較低的風(fēng)粉經(jīng)乏氣管引到乏氣噴口進(jìn)入爐膛燃燒。

旋流引入的內(nèi)外二次風(fēng)可及時卷吸高溫?zé)釤煔獠⑦m時補(bǔ)充燃燒所需的空氣，有利于煤粉的著火與燃盡。燃燒所需的空氣從拱上通過燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)引入爐膛，在下爐膛前后墻適當(dāng)位置還布置了分級風(fēng)，分級風(fēng)采用風(fēng)墻的形式引入爐膛，形成水冷壁四周的富氧氣氛。分級風(fēng)的控制與對應(yīng)燃燒器的投停相聯(lián)系，實現(xiàn)分級燃燒，既可有效地抑制NOx的生成，又能防止水冷壁的結(jié)焦。為保證無煙煤的著火和燃燒穩(wěn)定，在燃燒器下部水冷壁四周均布置有衛(wèi)燃帶。

2 降低NO x排放燃燒調(diào)整試驗

針對該W型火焰鍋爐燃燒系統(tǒng)特點(diǎn)，優(yōu)化試驗期間，調(diào)整項目主要包括煤粉細(xì)度變化、氧量調(diào)整、配風(fēng)方式調(diào)整等。每項調(diào)整都根據(jù)試驗結(jié)果確定較優(yōu)方式后，補(bǔ)移條件相對固定，再進(jìn)行其他項目的調(diào)整。

工況說明:工況1對應(yīng)正常煤粉細(xì)度，工況2對應(yīng)較粗的煤粉細(xì)度，工況3對應(yīng)較細(xì)的煤粉細(xì)度;工況4對應(yīng)將內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度統(tǒng)一調(diào)整至42°，工況5對應(yīng)內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度調(diào)小至36°，工況6對應(yīng)內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度40°(此時，外調(diào)風(fēng)葉片角度70°);工況7對應(yīng)外調(diào)風(fēng)葉片角度60°，工況8對應(yīng)外調(diào)風(fēng)葉片角度68°(此時調(diào)風(fēng)盤位置為130);工況9對應(yīng)調(diào)風(fēng)盤刻度120;工況10對應(yīng)分級風(fēng)門開度50%，工況11對應(yīng)分級風(fēng)門開度40%，工況12對應(yīng)分級風(fēng)門開度60%(此時爐內(nèi)氧量3.9%);工況13對應(yīng)爐內(nèi)平均氧量3.3%，工況14對應(yīng)平均氧量4.4%;工況15和工況16是2個優(yōu)化工況，對應(yīng)配風(fēng)方式是分級風(fēng)門開度65%，四角調(diào)風(fēng)盤刻度125，中間調(diào)風(fēng)盤刻度128，爐膛氧量3%～3.7%。

2.1 入爐煤質(zhì)分析

試驗期間，煤質(zhì)化驗結(jié)果見表1，2。

表1 入爐煤質(zhì)工業(yè)分析數(shù)據(jù)

表2 入爐煤混合樣元素分析 %

2.2 鍋爐效率及排煙NO x排放濃度測試結(jié)果

2.2.1 煤粉細(xì)度調(diào)整

為確定煤粉細(xì)度變化與鍋爐效率及NOx之間的關(guān)系，對煤粉細(xì)度進(jìn)行調(diào)整。工況1為未經(jīng)調(diào)整的煤粉細(xì)度，此時分離器出口的一次風(fēng)管內(nèi)煤粉細(xì)度R90平均值為5%。工況2時，調(diào)整分離器擋板開度，但此時A磨和B磨驅(qū)動端回粉管堵塞，導(dǎo)致煤粉細(xì)度過粗，其它工況，回粉管及時疏通，細(xì)度正常。

從表3可知，煤粉細(xì)度變細(xì)，有利于灰渣可燃物和排煙溫度的降低，鍋爐效率有所提高。從試驗結(jié)果看，煤粉細(xì)度與NOx之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)，但在一定范圍內(nèi)，煤粉細(xì)度提高有益于控制NOx排放。深入分析，煤粉細(xì)度提高，煤粉著火提前，在著火階段和燃燒階段，可形成低氧甚至缺氧環(huán)境，抑制NOx生成。

2.2.2 配風(fēng)方式調(diào)整與鍋爐效率和NOx排放的關(guān)系

對于該W型火焰鍋爐，主要的配風(fēng)方式調(diào)整包括內(nèi)調(diào)風(fēng)、外調(diào)風(fēng)、調(diào)風(fēng)盤、分級風(fēng)門開度等的調(diào)整。

1)內(nèi)調(diào)風(fēng)調(diào)整

內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度主要影響內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度。內(nèi)調(diào)風(fēng)門葉片角度減小則內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度加強(qiáng)，內(nèi)二次風(fēng)可卷吸更多高溫?zé)煔狻⑻嵩缁旌先肴紵鹧嬷小?/p>

從表3可以看出，隨著內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度減小，18 m層爐膛溫度明顯升高，說明內(nèi)二次風(fēng)旋流強(qiáng)度加強(qiáng)后，著火有所提前。從表3數(shù)據(jù)可知，內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度由40°開大至42°時，由于內(nèi)二次風(fēng)卷吸高溫?zé)煔饽芰ο陆担瑢?dǎo)致著火推遲，因此排煙溫度明顯升高，灰渣可燃物也有增大的趨勢。內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度36°時的排煙溫度比內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度40°時的排煙溫度偏高，說明內(nèi)二次風(fēng)過早混合，其剛性下降，導(dǎo)致部分一次風(fēng)在著火末期沒有氧量供應(yīng)，最終影響鍋爐燃燒經(jīng)濟(jì)性。NOx的排放水平以內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度在40°左右時較好。當(dāng)內(nèi)調(diào)風(fēng)角度調(diào)大至42°時，NOx的水平略有增加，但內(nèi)調(diào)風(fēng)關(guān)小至36°時，實測的NOx濃度明顯升高。這與對應(yīng)的18 m層爐膛溫度水平升高是一致的。可見，當(dāng)內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度調(diào)小時，隨爐膛溫度水平的變化，NOx有升高趨勢。

應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)內(nèi)二次風(fēng)角度增大至42°時，部分燃燒器火檢閃爍，鍋爐燃燒溫度性有所下降。

綜合鍋爐效率與NOx排放濃度的變化趨勢，當(dāng)前煤質(zhì)下，內(nèi)調(diào)風(fēng)葉片角度開度控制在40°較為適當(dāng)。

2)外調(diào)風(fēng)調(diào)整

外調(diào)風(fēng)的作用主要是卷吸高溫?zé)釤煔獠⒀a(bǔ)充燃燒所需的空氣，它在二次風(fēng)中占的比例最大，對煤粉燃盡及NOx生成起關(guān)鍵作用。

表3說明，外二次風(fēng)旋流加強(qiáng)時，18 m層燃燒強(qiáng)度加強(qiáng)，對應(yīng)爐膛最高溫度升高。

表3 不同工況下NO x排放及鍋爐效率對比

從表3知，當(dāng)外調(diào)風(fēng)葉片不同角度時，65°對應(yīng)工況下的鍋爐效率最高，說明在65°角度下，外二次風(fēng)卷吸高溫?zé)煔饧皠傂跃^好。從實測NOx數(shù)據(jù)看，外調(diào)風(fēng)在60°～70°變化時，NOx排放濃度有一定變化，但變化幅度不是很大，相對偏差不超過5%。

綜合考慮到鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，選定外調(diào)風(fēng)葉片角度在68°。

3)調(diào)風(fēng)盤調(diào)整

調(diào)風(fēng)盤位置改變主要是起到改變內(nèi)外二次風(fēng)風(fēng)量比例的作用，調(diào)風(fēng)盤開大則內(nèi)二次風(fēng)減小、外二次風(fēng)增大。調(diào)整前，調(diào)風(fēng)盤位置為125。此次試驗，增加調(diào)風(fēng)盤130和120的對比測試。

從表3可知，調(diào)風(fēng)盤在130時，NOx濃度最低而鍋爐效率相對偏低;隨調(diào)風(fēng)盤刻度變小，外二次風(fēng)量減少，火焰下沖距離縮短，排煙溫度有所升高，但飛灰可燃物逐次下降0.6%和0.8%，鍋爐效率有提高趨勢。煤質(zhì)修正后，調(diào)風(fēng)盤開度120時對應(yīng)效率最高，調(diào)風(fēng)盤刻度在130時效率最低。但調(diào)風(fēng)盤在130時，四角火焰火檢出現(xiàn)閃爍。

綜合燃燒穩(wěn)定性、鍋爐效率和NOx排放變化，將調(diào)風(fēng)盤刻度調(diào)整至120進(jìn)行分級風(fēng)調(diào)整試驗。在優(yōu)化試驗中，將四角調(diào)風(fēng)盤刻度調(diào)至125，中間12個燃燒器對應(yīng)調(diào)風(fēng)盤刻度調(diào)至128。

4)分級風(fēng)調(diào)整

分級風(fēng)采用風(fēng)墻的形式布置在下爐膛前后墻，其作用是形成水冷壁四周的富氧氣氛，實現(xiàn)分級燃燒，抑制NOx的生成，防止水冷壁的結(jié)焦。滿負(fù)荷下，平常運(yùn)行中分級風(fēng)開度一般在40%。

從表3數(shù)據(jù)分析得知，分級風(fēng)適當(dāng)開大鍋爐效率有所升高。煤質(zhì)修正后，分級風(fēng)在60%，50%，40%下的效率分別為90.24%，89.70%，89.19%。主要是隨著分級風(fēng)門的開大，灰渣可燃物有所下降，導(dǎo)致效率出現(xiàn)相應(yīng)變化。分級風(fēng)門在60%時，NOx排放濃度也有較為明顯的降低。綜合鍋爐效率和NOx排放的影響，認(rèn)為分級風(fēng)門應(yīng)適度開大。

5)氧量調(diào)整

爐膛氧量對于無煙煤的著火、燃盡以及NOx生成有直接的影響，為尋找合適的運(yùn)行氧量，進(jìn)行了3.9%，4.3%，4.8%的對比測試。

氧量變化期間，鍋爐實際入爐煤質(zhì)有所變化。工況12和13入爐煤揮發(fā)分較好，工況14入爐煤揮發(fā)分較低，對飛灰可燃物、排煙溫度、NOx排放均有不利影響。

從表3數(shù)據(jù)分析，氧量對NOx和灰渣可燃物影響較大。試驗工況下，氧量增加，NOx濃度明顯升高。比較工況12和工況13，隨氧量的降低，灰渣可燃物明顯升高，導(dǎo)致機(jī)械不完全燃燒損失顯著增加。

6)優(yōu)化試驗工況

根據(jù)前面各對比工況，綜合考慮鍋爐效率與NOx排放的影響，進(jìn)行優(yōu)化工況試驗。

優(yōu)化后，與調(diào)整前工況1相比，修正后鍋爐效率基本相當(dāng)，優(yōu)化前后分別為90.14%和90.06%。在標(biāo)態(tài)下，NOx由 1 074.88 mg/Nm3降至 843.06 mg/Nm3，降幅為22.7%。

3 結(jié)束語

1)煤粉細(xì)度對NOx排放濃度有一定影響，煤粉細(xì)度提高，在一定范圍內(nèi)，可形成著火和燃燒階段的低氧甚至缺氧環(huán)境，有利于控制NOx生成。

2)分級風(fēng)對NOx影響顯著。試驗數(shù)據(jù)也表明，在一定的范圍內(nèi)，提高分級風(fēng)門開度可以同時降低排煙溫度，因此滿負(fù)荷下分級風(fēng)開度應(yīng)控制在60%以上。

3)內(nèi)調(diào)風(fēng)、外調(diào)風(fēng)、調(diào)風(fēng)盤等對鍋爐燃燒穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和NOx生成有直接影響。

4)氧量對于鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和NOx水平影響顯著。為控制NOx生成，滿負(fù)荷工況下，鍋爐運(yùn)行氧量應(yīng)維持在3%～4%，在此氧量下鍋爐效率未明顯下降。

〔1〕段學(xué)農(nóng)，朱光明，賓誼沅，等.湖南省電廠鍋爐混煤摻燒技術(shù)應(yīng)用〔J〕．中國電力，2010，43(2):48-51．

〔2〕閆維明，宋國升，宋曉紅，等.鍋爐低NOx燃燒調(diào)整試驗分析〔J〕．華電技術(shù)，2012，34(10):9-11．

〔3〕肖海平，張千，王磊，等.燃燒調(diào)整對NOx排放及鍋爐效率的影響〔J〕．中國電機(jī)工程學(xué)報，2011，31(8):1-6．