趙紅雨 劉紀福 李長興 汪永強

（吉林電力股份有限公司渾江發(fā)電公司 吉林白山 134302）

吉電股份白山熱電1號鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環(huán)鍋爐，鍋爐設(shè)計燃用當?shù)責熋?，后改造摻?-50%霍林河褐煤。采用石灰石-石膏濕法脫硫裝置，無脫硝裝置，于2007年投產(chǎn)。鍋爐正常運行時NOx排放濃度約500～550mg/Nm3。

根據(jù)國家環(huán)保要求，2014年后電廠鍋爐NOx最高允許排放濃度值需達到100mg/Nm3以下。白山熱電設(shè)計BMCR工況下省煤器出口的煙氣NOX濃度為600mg/Nm3，為滿足國家達標排放的要求必須對鍋爐進行加裝脫硝裝置改造。

低氮燃燒是國內(nèi)外燃煤鍋爐控制NOx排放的優(yōu)先選用技術(shù)。根據(jù)此前的國內(nèi)機組的NOx控制業(yè)績，白山熱電在摻燒褐煤后，在不犧牲鍋爐效率的前提下，實施先進的低氮燃燒改造后，預(yù)計鍋爐NOx排放濃度可控制到400mg/Nm3以下。在對SCR脫硝方案與低氮燃燒器+SCR脫硝方案投資與運行成本對比分析后，以及綜合考慮達標排放穩(wěn)定性與技術(shù)性、經(jīng)濟性，白山熱電脫硝工程選型采用了低氮燃燒器+SCR方案。在2013年末對鍋爐進行了低氮燃燒器改造。

1 鍋爐概況

吉電股份白山熱電1號鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環(huán)鍋爐，單爐膛∏型緊身封閉布置，固態(tài)排渣，平衡通風，高強度螺栓全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)。配有WR水平濃淡低氮燃燒器。爐膛寬11890mm，深12800mm，高49658mm，寬深比1:1.076，爐膛和包覆過熱器由氣密性好的膜式壁組成。后煙井為并聯(lián)雙煙道，兩煙道的煙氣在調(diào)溫擋板后混合進入二臺并列的空氣預(yù)熱器，再經(jīng)由除塵器后被吸風機排至脫硫系統(tǒng)及煙囪。

鍋爐配有4套鋼球磨儲倉式熱風送粉系統(tǒng)，16臺給粉機。通過A、B、C、D四層煤粉管道和兩層三次風接至鍋爐四角燃燒器。最下層燃燒器噴口中心標高20443mm，至冷灰斗轉(zhuǎn)角距離為4494mm，燃燒器風箱中設(shè)有三層共12支啟動及助燃簡單機械霧化油槍，在B層煤粉燃燒器內(nèi)設(shè)有4支空氣霧化啟動小油槍。

鍋爐設(shè)計燃用當?shù)責熋海蟾脑鞊綗?～50%霍林河褐煤。其常規(guī)運行狀態(tài)下的NOx排放濃度約500～550mg/Nm3。

2 鍋爐現(xiàn)有燃燒系統(tǒng)

一次風采用WR水平濃淡燃燒器。煤粉流過燃燒器入口彎頭時，大部分煤粉顆粒在離心力的作用下緊貼外沿進入煤粉噴管，通過噴管中的隔板（換向板）將一次風分成水平濃淡兩股，濃側(cè)向火，淡側(cè)背火。一次風噴嘴中裝有V形鈍體，使一次風在V形鈍體前方形成穩(wěn)定的回流區(qū)，卷吸高溫煙氣，起到穩(wěn)定火焰作用。

鍋爐燃用煤種為次煙煤摻燒褐煤，一次風主要采用熱一次風，根據(jù)風管內(nèi)風粉混合物溫度,采用微量冷一次風混合送粉，三次風采用熱爐煙、熱風、冷一次風、再循環(huán)風混合送粉。一次風噴嘴采用均等布置，三次風噴嘴集中布置。

二次風設(shè)計按“加強混合，分級燃燒”的原則進行。

燃燒器頂部設(shè)置兩層燃燼風，為減少鍋爐水平煙道左右側(cè)的煙溫偏差，燃燼風設(shè)計成射流旋轉(zhuǎn)方向與其余的一、二次風射流旋轉(zhuǎn)方向相反。

上部的兩層二次風噴嘴為手動擺動噴嘴，其余均為固定噴嘴。

3 改造方案

本次改造維持燃燒角不變，主燃燒器風箱不變，一次風煤粉管道位置不做改動，原微油點火層煤粉燃燒器不變。主燃燒器二次風噴口全部更換，A、C、D層一次風管整體更換，三次風回用。并在上部增加一組高位燃盡SOFA風，原OFA風噴口做為低位混合SOFA風，其中高位SOFA共3層噴口，低位SOFA2層噴口。改造后主燃燒區(qū)噴口布置形式從下至上為：AA-A-AB-B-BC-C-CDD-DD-E-F，其中A、B、C、D為一次風噴口,B為微油燃燒器，E、F為三次風噴口。一次風采用水平濃淡技術(shù)，主燃燒區(qū)各噴口風量根據(jù)新的風量配比原則進行分配，所有一次風采用新型強化燃燒噴口。按照分級燃燒理論，A、B、C三層一次風形成下部燃燒區(qū)，D層一次風形成上部燃燒區(qū)。AB層、BC層及CD層二次風為分量偏置二次風。SOFA風采用上下左右擺動噴口結(jié)構(gòu)。原燃燒器AB、BC層點火油槍系統(tǒng)、微油系統(tǒng)、火檢、執(zhí)行器回用。CD層油槍及油火檢拆除。

3.1 一次風管

煤粉燃燒器采取整體更換的辦法，包括煤粉噴嘴、煤粉濃縮器、煤粉彎頭。

煤粉燃燒器采用水平濃淡煤粉燃燒技術(shù)，以提高鍋爐低負荷運行的能力，水平濃淡煤粉燃燒器是利用煤粉進入燃燒器一次風噴嘴體后，經(jīng)百葉窗的分離作用，將一次風氣流分離成濃淡兩部分；兩部分之間用垂直隔板分開，燃燒器出口處設(shè)有帶波紋形的穩(wěn)燃鈍體。濃相氣流的煤粉濃度高著火特性好，即使在低負荷情況下，濃相氣流的風粉比仍可保持在較合適的范圍內(nèi)，使著火特性不會明顯惡化。鈍體形成的高溫煙氣回流區(qū)又充分為煤粉著火提供了熱源，這兩者的結(jié)合為低負荷穩(wěn)燃提供了保證。

百葉窗和彎頭部分采用粘貼耐磨陶瓷進行防磨。一次風耐熱噴口采用擺動式新型強化燃燒噴口（偏置周界風）。B層微油點火層不變。

3.2 二次風噴口

為了避免采用分級燃燒后主燃燒區(qū)風量減少帶來的動力場變化，所有的二次風噴口依據(jù)新的配風要求進行更換。由于主燃燒區(qū)處于還原氣氛，為了防止發(fā)生水冷壁結(jié)焦、高溫腐蝕事故，AB層、BC層、CD層噴口改為偏置二次風噴口；為了控制水冷壁周圍富氧區(qū)域的NOx以及由于混合不均勻殘留在主燃燒區(qū)的NOx進入燃盡區(qū)，頂部兩層二次風反切作為低位SOFA風，改善主燃燒區(qū)的混合狀況。二次風噴口采用耐高溫材質(zhì)制造，材質(zhì)為稀土合金ZG40Cr24Ni9Si2NRe，滿足鍋爐運行的需要，噴口的使用溫度≥1200℃。

3.3 三次風

三次風全部回用。

3.4 高位燃盡SOFA

高位燃盡風噴口與燃燒器的距離決定了煙氣在還原區(qū)域內(nèi)的停留時間。還原氣氛程度越深，停留時間越長，越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃燒。本次改造中在最上層一次風噴口往上9m左右增加一組高位SOFA，一組三層噴口，噴口可以實現(xiàn)上下20度，左右10度的擺動。上下擺動采用自動控制，水平擺動采用手動。風量大約占總風量的20%。具體標高位置在34100mm處。布置原則以盡量避開水冷壁剛性梁，減少平臺改動、方便維護人員操作為原則，水冷壁進行相應(yīng)的開孔。高位SOFA燃燒器采用法蘭連接形式直接固定在水冷壁上。增加流量測量裝置，信號進入DCS。

3.5 低位混合OFA

低位OFA的作用主要有兩個：（1）這個區(qū)域整體還處在一個還原性氣氛下，可以將已產(chǎn)生的NOx還原一部分；（2）參與未燃盡碳的燃盡過程，降低爐膛出口的飛灰含碳量，進一步降低進入富氧區(qū)的未燃盡碳。

為了進一步降低進入富氧區(qū)的未燃盡碳，本次改造利舊原燃燒器的兩層低位OFA，更換噴口以達到性能改造需要的配風要求。通過補充一定量燃燒需要的氧氣，使得過量空氣系數(shù)由主燃燒區(qū)的0.75增加到0.95，通過低位OFA的設(shè)置可以使進入富氧區(qū)域的未燃盡碳降到5%以下，不但降低了未燃盡碳中含有的N轉(zhuǎn)換為NOx的幾率，同時也降低了飛灰含碳量。為了提高分級風的射流剛性與覆蓋廣度，強化分級風與煙氣的混合，兼顧NOx控制與煤粉燃燼，低位OFA選取相對較高的風速。

3.6 水冷壁

主燃燒器區(qū)域水冷壁不動，燃盡風區(qū)域水冷壁根據(jù)燃盡風布置開孔。

3.7 燃盡風風道

從鍋爐四角大風箱入口的主風道上各引出一路風道，再分給各SOFA噴口，管路上增加膨脹節(jié)并設(shè)置差壓測量裝置。

3.8 新燃燒器特性參數(shù)

4 低氮燃燒器設(shè)計特點

選取較低的一次風率，有助于燃燒初期揮發(fā)份型的N轉(zhuǎn)化為N2，同時也有利于煤種變化時，火焰的穩(wěn)定燃燒。一次風采用水平濃淡，上下兩層一次風之間布置有偏置二次風，與一次風形成一定夾角，防止結(jié)渣和高溫腐蝕，降低NOx排放。采用強化燃燒一次風噴嘴，加快煤粉燃燒延長爐內(nèi)停留時間及縮短火焰行程。

燃燒器頂部設(shè)有可上下左右擺動的高位SOFA風，可以有效控制飛灰含碳量，進一步調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫偏差之外，還可以對爐膛出口煙溫進行調(diào)節(jié)。

為了減少進入燃盡區(qū)的未燃盡碳量，保留了低位OFA，同時嚴格控制高位SOFA的風量。

為了提高分級風的射流剛性與覆蓋廣度，強化分級風與煙氣的混合，兼顧NOx控制與煤粉燃燼。在低位OFA選取相對較高的風速。

燃燒器噴口采用新型耐熱合金材料，該材料在1300℃時仍具有穩(wěn)定的抗磨組織，有利于防止噴口燒壞及磨損。

5 低氮燃燒調(diào)整

通過燃燒調(diào)整降低NOx的主要途徑和方法有：減少過量空氣系數(shù)；控制燃料與空氣的前期混合；提高入爐煤粉的局部燃燒濃度；降低主燃燒區(qū)溫度；避免產(chǎn)生局部高溫區(qū)；縮短煙氣在爐內(nèi)高溫區(qū)的停留時間；度利用中間生成物反應(yīng)降低NOX產(chǎn)量。

白山熱電改造低氮燃燒器后，控制鍋爐爐膛出口氧量在3.5%左右。中、下部二次風開度大致為均等配風；根據(jù)負荷三層SOFA風投用二層，開度在50%左右。最下層二次風門的開度根據(jù)爐渣可燃物含量的大小進行調(diào)整。周界風的開度根據(jù)一次風噴口的著火距離適當關(guān)小調(diào)整，有利于NOX的進一步降低，同時也應(yīng)避免著火太近而燒損噴口。

6 低氮燃燒器改造后的設(shè)備性能變化

1號爐低氮燃燒器改造后于2013年12月投入使用。通過燃燒調(diào)整，SCR脫硝入口（省煤器出口）NOx排放濃度在350mg/Nm3左右，摻燒褐煤量減少時會有所增加，基本達到設(shè)計要求。

改造后鍋爐帶負荷能力無影響，爐膛出口煙溫偏差<50℃，燃燒穩(wěn)定，暫未發(fā)現(xiàn)有結(jié)焦現(xiàn)象。

改造后鍋爐機械未完全燃燒損失基本能完成設(shè)計值，但摻燒褐煤量不足時機械未完全燃燒損失增大明顯，鍋爐效率降低。

改造后過熱蒸汽溫度達到原設(shè)計值，但再熱蒸汽溫度在負荷低于190MW時無法完成設(shè)計值，在保證脫硝入口NOx值時，再熱汽溫調(diào)整受限。過熱蒸汽、再熱蒸汽汽溫特性變差，減負荷時再熱汽溫下降幅度大，恢復(fù)慢。燃燒工況變動時，屏式過熱器壁溫比改造前升高，但仍可控。

白山熱電在脫硝設(shè)備改造，采用新型低氮燃燒器后，大幅降低了省煤器出口NOx值，減少了脫硝運行還原劑用量，降低了運行費用，保證了脫硝設(shè)備的經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。

[1]蔣文舉,趙君科,尹華強,等.煙氣脫硫脫硝技術(shù)手冊.化學工業(yè)出版社，2012.2.

[2]300MW機組集控運行規(guī)程.渾江發(fā)電公司.2012.4.

[3]300MW機組脫硝運行臨時規(guī)程.渾江發(fā)電公司.2013.12.