卞康麟

(江蘇省電力公司，江蘇 南京 210008)

近年來，國內新建的大型燃煤電站鍋爐均采用低NOx燃燒器結合爐內空氣分級技術[1]，通過對爐膛內煤粉燃燒過程合理組織實現(xiàn)低NOx生成和排放[2，3]。鍋爐燃燒優(yōu)化也是首選的鍋爐低NOx燃燒技術，燃燒優(yōu)化是通過鍋爐燃燒器運行參數(shù)的調整實現(xiàn)的，采取優(yōu)化控制爐膛出口氧量、燃燒器一、二次風量合理配比、平衡送入每只燃燒器的風粉量等方法，從而在燃燒過程中把NOx的生成量降到最低[4]。通過采用低NOx燃燒優(yōu)化技術進行某廠1000 MW 機組塔式鍋爐NOx排放特性試驗，降低了鍋爐NOx的排放濃度，分析鍋爐NOx排放濃度與電站鍋爐運行參數(shù)的關系，提出該鍋爐高效低NOx運行方式，可用于指導同類型鍋爐的燃燒優(yōu)化運行。

1 設備概況

該1000 MW 超超臨界塔式鍋爐的爐膛尺寸為：21 480 mm×21 480 mm，冷灰頭下沿標高為4450 mm，爐頂管中心標高為111 275 mm。爐膛由管子膜式壁組成，水冷壁采用下部螺旋管圈和上部垂直管圈的布置方式。鍋爐采用四角切圓燃燒方式，設計和校核煤種均為煙煤，配中速磨煤機一次風正壓直吹式制粉系統(tǒng)。燃燒器為四角布置、切向燃燒、擺動式燃燒器，共設置12 層煤粉噴嘴。鍋爐燃燒系統(tǒng)為典型的LNTFS 燃燒器布置。煤粉燃燒器及CFS 噴嘴的水平布置如圖1 所示。該1000 MW 超超臨界塔式鍋爐的主要設計參數(shù)見表1。

圖1 燃燒器噴口的水平面布置

表1 鍋爐額定工況主要設計參數(shù)

2 試驗標準及方法

試驗依據(jù)美國機械工程師協(xié)會性能試驗法規(guī)ASME PTC4.1（Steam Generating Units）[5]和GB13223—2011 [6]進行。試驗測試項目及方法見表2。相關運行數(shù)據(jù)在試驗中于DCS 中每15 min 記錄1 次。試驗測點布置示意圖見圖2。

表2 測試項目及方法

3 試驗結果及分析

3.1 試驗煤質化驗分析結果

該1000 MW 機組塔式鍋爐NOx排放特性試驗煤質化驗的工業(yè)分析和元素分析結果見表3。

圖2 試驗測點布置示意圖

表3 試驗煤質分析結果 %

3.2 變氧量試驗

在機組負荷為1000 MW 下，運行磨組為ABCDE組合，維持負荷、蒸汽參數(shù)、二次風配風方式及磨煤機運行工況穩(wěn)定，進行了4個工況的變爐膛出口氧量試驗。變氧量試驗工況1～工況4 分別控制表盤氧量平均值分別為2.62%，2.48%，2.77%和3.12%，實測氧量兩側平均值分別為3.41%，2.89%，3.59%和3.68%。試驗結果表明，鍋爐NOx排放濃度隨氧量的上升而呈上升趨勢，工況1～工況4 試驗實測的鍋爐NOx排放濃度 分 別為230 mg/m3，213 mg/m3，240 mg/m3和248 mg/m3（NOx排放濃度均折算到6%O2下，下同）。

3.3 變二次風配風方式試驗

在機組負荷為1000 MW 下，運行磨組為ABCDE組合，維持負荷、蒸汽參數(shù)及磨煤機運行工況穩(wěn)定，進行了4個工況的變二次風配風試驗。變二次風配風試驗工況1～工況4 分別為正塔配風方式、均等配風方式、束腰配風方式和倒塔配風方式。試驗結果表明，該1000 MW 塔式鍋爐NOx排放濃度正塔配風方式時最高，倒塔配風方式時最低，其他2 種配風方式居中，工況1～工況4 試驗實測的鍋爐NOx排放濃度分別為247 mg/m3，223 mg/m3，222mg/m3和214 mg/m3。

3.4 變煤層二次風試驗

在機組負荷為1000 MW 下，運行磨組為ABCDE組合，維持負荷、蒸汽參數(shù)及磨煤機運行工況穩(wěn)定，進行了2個工況的變煤層二次風試驗。變煤層二次風試驗工況1 和工況2的煤層二次風開度分別保持在20%和40%，其鍋爐NOx排放濃度分別為230 mg/m3和213 mg/m3。試驗結果表明：隨著煤層二次風的開大，鍋爐NOx排放濃度略有減小。

3.5 變油層二次風試驗

在機組負荷為1000 MW 下，運行磨組為ABCDE組合，維持負荷、蒸汽參數(shù)及磨煤機運行工況穩(wěn)定，進行了2個工況的變油層二次風試驗。變油層二次風試驗工工況1 和工況2的油層二次風風門開度分別為20%和40%，其鍋爐NOx排放濃度分別為229 mg/m3，247 mg/m3。試驗結果表明：通過開大油層二次風風門擋板，鍋爐NOx排放濃度明顯增大，其主要原因是開大油層二次風正好增加了在煤質初期揮發(fā)分析出燃燒所需要的氧氣，減弱了燃燒器區(qū)域的還原性氛圍，故NOx排放濃度上升明顯。

3.6 變CCOFA 風門試驗

在機組負荷為1000 MW 下，運行磨組為ABCDE組合，維持負荷、蒸汽參數(shù)及磨煤機運行工況穩(wěn)定，進行了2個工況的變CCOFA 風門開度試驗。試驗工況1和工況2的兩層CCOFA 風門開度分別為100%和60%。試驗結果表明，將CCOFA 風門開度從100%關小到60%，鍋爐NOx排放濃度平均值從229 mg/m3上升到243 mg/m3。其主要原因是由于CCOFA 風位于主燃燒器區(qū)的上部，在主燃燒器區(qū)域附近形成了分級燃燒，因此CCOFA 風門開大，NOx排放濃度下降。此外，CCOFA 風風門開大也有利于減少節(jié)流損失，降低二次風壓和風機電耗。建議在機組滿負荷運行時，控制CCOFA 風風門保持全開狀態(tài)。

3.7 變SOFAF 風量試驗

在機組負荷為1000MW 下，運行磨組為ABCDE組合，維持負荷、蒸汽參數(shù)及磨煤機運行工況穩(wěn)定，進行3個工況的變SOFAF 風門開度試驗。其中，工況1的SOFA 風風門保持全開；工況2 保持最上層SOFA-VI 風門全關，其他SOFA 風風門全開；工況3保持最上層SOFA-VI 風門全關，SOFA-V 風門開50%，其他SOFA 風風門全開。試驗工況1～工況3 得到的鍋爐NOx排放濃度分別為229 mg/m3，249 mg/m3和266 mg/m3。試驗結果表明：隨著關小SOFA 風風門開度，鍋爐NOx排放濃度則呈降低趨勢。究其原因，主要是逐步關小上層SOFA 風風門開度，使得送風風壓提高，在其他風門開度不變的前提下，主燃燒器區(qū)域的風量份額相對提高，增加了燃燒初期以及下層燃盡風區(qū)域的氧量供應，煤粉顆粒的燃盡效果得到提升，也恰恰是由于這個原因，主燃燒區(qū)域和下層燃盡風區(qū)域氧量的增加也直接導致了燃料型NOx大量生成，故NOx排放濃度隨SOFA 風風門的逐步關小而大幅上升。

4 結束語

采用低NOx燃燒優(yōu)化技術進行該電廠1000 MW機組塔式鍋爐NOx排放特性試驗研究，結果表明：（1）鍋爐NOx排放濃度隨氧量的上升而呈上升趨勢。為保證鍋爐高效低NOx運行，建議該鍋爐在機組負荷為1000 MW 負荷下燃用試驗煤種相近煤種時，控制DCS中爐膛出口氧量為2.5%左右。（2）在機組負荷為1000 MW 負荷下，為進一步降低該塔式鍋爐的NOx排放濃度，建議二次風方式采用均等配風方式或倒塔配風方式運行；鍋爐煤層二次風開度控制為40%；油層二次風風門開度控制為20%左右；CCOFA 風風門保持全開狀態(tài)；并保持6 層SOFA 風風門全開。

[1]江哲生，董衛(wèi)國，毛國光.國產1000 MW 超超臨界機組技術綜述[J].電力建設，2007，28(8)：6-13.

[2]高小濤，黃 磊，張恩先，等.1000 MW 機組鍋爐氮氧化物排放影響的試驗研究[J].熱能動力工程，2010，25(2)：221-225.

[3]高小濤.電站鍋爐燃用混煤的煤質特性分析[J].江蘇電機工程，2009，28(1)：63-66.

[4]高小濤，章名耀.SG-1036/17.5-M871 鍋爐NOx排放特性的試驗研究[J].鍋爐技術，2007，38(2)：77-80.

[5]ASME PTC4.1（Steam Generating Units）蒸汽鍋爐性能試驗規(guī)程[S].美國機械工程師協(xié)會，1964.

[6]環(huán)境保護局，國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局.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，2011.