王俊峰

【摘 要】 本文主要論述了：某電廠2*350MW機(jī)組低氮燃燒器通過采用大風(fēng)箱布置，新增加燃盡風(fēng)4層（SOFA ）與雙尺度低NOx燃燒技術(shù)相結(jié)合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了NOx排放濃度的明顯下降，下降幅度達(dá)60%～70%；并有效控制爐膛結(jié)焦，超溫；以及吹灰器使用次數(shù)同時(shí)進(jìn)行了等離子點(diǎn)火配套改造，取消了原有的微油點(diǎn)火裝置及上層大油系統(tǒng)，降低全年耗油量；在NOx排放量得到大幅度降低的同時(shí)提升燃燒效率。

【關(guān)鍵詞】 低氮燃燒器 空氣分級(jí) 濃淡分離 鍋爐效率

1 鍋爐概述

鍋爐為單爐膛“∏”型布置，緊身封閉，高強(qiáng)螺栓連接，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，采用四角切向燃燒、擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫，固態(tài)除渣、平衡通風(fēng)?？刹捎枚▔哼\(yùn)行，也可采用定-滑-定的運(yùn)行方式。爐膛截面為14212×14212mm的正方形，配有正四角切向燃燒器，為爐膛四圍熱負(fù)荷均勻提供了良好條件。爐室凈高57.5m，爐膛截面積為202m2，爐膛容積9549.37m3，上排一次風(fēng)噴口中心線至屏底距離19.5m，下排一次風(fēng)噴口中心線至灰斗拐角為4.54m。爐膛截面熱負(fù)荷為4.38MW/m2，容積熱負(fù)荷為92.6kW/m3，爐膛出口煙氣溫度為1011.3℃。水冷壁按受熱情況，沿爐膛高度與寬度的熱負(fù)荷分布劃分28個(gè)回路，爐膛水冷壁采用膜式結(jié)構(gòu)，由Φ60×7.5mm，SA210C光管和內(nèi)螺紋管與6mm扁鋼相焊制成，節(jié)距S=76mm，折焰角處由Φ70×10mm的內(nèi)螺紋管組成。在爐膛四角處的水冷壁管子形成燃燒器的水冷套。

2 鍋爐存在問題

（1）響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，節(jié)能減排要求，鍋爐燃煤燃燒過程中排放的NOx氣體危害大且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統(tǒng)，損害動(dòng)植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應(yīng)、酸雨和光化學(xué)反應(yīng)的主要物質(zhì)之一。

（2）受熱面結(jié)渣，過熱器超溫，鍋爐效率低。

3 改造技術(shù)要求

（1）確保鍋爐燃燒脫硝后NOX排放小于100mg/nm3硫含量小于200mg/nm3。

（2）過熱器后屏溫度小于568度。

（3）結(jié)焦問題好轉(zhuǎn)，能適應(yīng)高熱值的煤。

4 改造方案簡(jiǎn)介

對(duì)燃燒器進(jìn)行重新布置，改變假象切圓直徑，由原來的ΦA(chǔ)728*ΦA(chǔ)915改為ΦA(chǔ)415*ΦA(chǔ)728，調(diào)整各層煤粉及輔助風(fēng)標(biāo)高和間距，增加新的燃盡風(fēng)組建以增加高位風(fēng)量。原主燃燒器上方約9 m處增加4層分離燃盡風(fēng)SOFA噴口，分配足量的SOFA燃盡風(fēng)量，SOFA噴口可同時(shí)做上下左右擺動(dòng)。燃燒器系統(tǒng)風(fēng)門由下至上依次為：AA二次風(fēng)、A（一次風(fēng)）微油已取消、AB（二次風(fēng)）、B（一次風(fēng)）、（增加4臺(tái)等離子燃燒）；BB（油槍）；BC二次風(fēng)（帶貼壁風(fēng)）、C（一次風(fēng)）、CC（二次風(fēng)已取消）DD（二次風(fēng)已取消改為CD為二次風(fēng)）、D（一次風(fēng)）、DE油槍已取消（二次風(fēng)帶貼壁風(fēng)）、EE（二次風(fēng)已取消）、E（一次風(fēng)）EF二次風(fēng)（帶貼壁風(fēng)）、F二次風(fēng)（已取消）、OFA二次風(fēng)（帶貼壁風(fēng)）、WA貼壁風(fēng)、SOFA1～SOFA4，通過改造，主燃燒區(qū)域風(fēng)量減少25%，形成在主燃燒區(qū)低氧燃燒、燃盡區(qū)采用富氧燃燒，將燃燒生成的NOx還原為氮?dú)猓瑴p少氮氧化物的生成。主燃燒器區(qū)域減少的25%風(fēng)量通過燃盡風(fēng)系統(tǒng)吹入爐膛，形成富氧燃燒區(qū)域，將主燃燒器區(qū)域未燃燒完全的煤粉燃燼，減少飛灰含碳量控制爐膛溫度，減少NOX生成，在主燃燒器上方7.6米，增加了4層燃盡風(fēng)（SOFA），采用大風(fēng)箱布置，同時(shí)進(jìn)行了等離子點(diǎn)火配套改造。

5 低氮燃燒器技術(shù)

爐內(nèi)燃燒過程N(yùn)Ox生成主要有三種類型，燃料型、熱力型及快速型三種，燃料型NOx約占80—90%，是各種低NOx技術(shù)控制的主要對(duì)象。其次是熱力型，主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成，快速型NOx生成量很少。本次改造將采取的相關(guān)措施控制燃料型及熱力型NOx的生成，因?yàn)槿剂闲蚇Ox占總量的80-90%，是燃燒器改造主要控制對(duì)象，一般有低NOx燃燒器、低過量空氣系數(shù)、燃料及空氣分級(jí)、煙氣再循環(huán)等技術(shù)手段。特別是空氣分級(jí)技術(shù)，因?yàn)檩^易實(shí)施，無需再燃燃料等，得到普遍應(yīng)用。近年來國(guó)內(nèi)外已發(fā)展多種空氣分級(jí)技術(shù)，但是由于我國(guó)煤質(zhì)復(fù)雜，往往易出現(xiàn)鍋爐結(jié)渣，飛灰含碳量較高等問題。因?yàn)椴捎每諝夥旨?jí)以后，一部分空氣被分離至燃燒器頂部作為燃盡風(fēng)，使灰熔點(diǎn)降低不易結(jié)焦。

本電廠改造設(shè)計(jì)煤質(zhì)揮發(fā)份較高煙煤，較適合于采用雙尺度特點(diǎn)的空氣分級(jí)降NOx技術(shù)，但考慮到灰熔點(diǎn)變低的可能性，制定改造方案時(shí)特別注意防止改造后鍋爐結(jié)渣，降NOx的同時(shí)防止局部區(qū)域出現(xiàn)鍋爐結(jié)渣及高溫腐蝕的傾向發(fā)生，并保持較高的鍋爐效率。雙尺度低NOx燃燒技術(shù)以爐膛大空間作為對(duì)象，通過對(duì)燃燒器進(jìn)行雙尺度特點(diǎn)的布置，可同時(shí)具有防渣、防腐、高效穩(wěn)燃，超低NOx排放，是一項(xiàng)成熟的低NOx燃燒技術(shù)實(shí)施系統(tǒng)優(yōu)化達(dá)到防渣、燃盡、低NOx一體化的目的。雙尺度技術(shù)是從解決真型爐存在的實(shí)際問題出發(fā)，爐膛中心形成了“中心區(qū)”有較高煤粉濃度、較高溫度、適宜氧濃度、較高燃燒強(qiáng)度，爐膛近壁區(qū)形成溫度低保證近壁區(qū)三場(chǎng)特性利于防渣。采用雙尺度技術(shù)后，水冷壁得到重點(diǎn)保護(hù)，爐膛不結(jié)渣、可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間爐膛不吹灰，采用低NOx燃燒器、一次風(fēng)噴口集中且濃淡組合、接力熱回流環(huán)渦穩(wěn)燃等技術(shù)手段，在燃燒過程尺度上利用熱力與動(dòng)力不對(duì)稱性原理使三種動(dòng)渦連續(xù)相扣，特別是噴口處煤粉熱解著火后碳的著火燃燒區(qū)段的三場(chǎng)特性利于與爐中心復(fù)合射流大渦的復(fù)合連接。環(huán)渦內(nèi)碳粒有較高的內(nèi)回流率延長(zhǎng)了在環(huán)渦內(nèi)停留時(shí)間，顯著提高了環(huán)渦內(nèi)碳燃燒發(fā)熱量，環(huán)渦穩(wěn)燃、著火、碳燃燒、碳燃盡全過程鏈環(huán)穩(wěn)固，針對(duì)目前鍋爐運(yùn)行中存在的問題制定了本方案。對(duì)燃燒器進(jìn)行重新的結(jié)構(gòu)布局，針對(duì)易于結(jié)焦的區(qū)域進(jìn)行煤粉控制燃燒，強(qiáng)調(diào)消除爐內(nèi)燃燒的峰值溫度，更加均勻化的溫度場(chǎng)分布對(duì)煤粉燃燒的過程尺度進(jìn)行控制，力求對(duì)鍋爐較高經(jīng)濟(jì)性的追求。

6 燃燒器低NOx改造措施

（1）在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風(fēng)（總風(fēng)量20—30%），燃盡風(fēng)采用多噴口多角度射入，沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為氧化還原區(qū)（總風(fēng)量的70—80%）、主還原區(qū)、燃盡區(qū)。由于有較大燃盡風(fēng)量的存在，主燃燒器區(qū)存在氧化還原交替存區(qū)，氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進(jìn)煤粉燃盡，但會(huì)產(chǎn)生較多的NOx，局部還原區(qū)可以初步還原產(chǎn)生的NOx，使NOx在初始燃燒時(shí)就得到抑制。主還原區(qū)內(nèi)已生成的NOx得到充分還原，燃盡區(qū)內(nèi)將作為燃盡風(fēng)的二次風(fēng)及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來，促進(jìn)焦碳最后燃盡。通過縱向三區(qū)布置，形成縱向空氣分級(jí)，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物也會(huì)得到控制。

由于實(shí)現(xiàn)縱向空氣分級(jí)，相對(duì)地燃燒器區(qū)域有所擴(kuò)大，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷降低，爐內(nèi)溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產(chǎn)生。

（2）橫向雙區(qū)布置：燃燒器改造后，調(diào)整二次風(fēng)射流方向，與一次風(fēng)小角度偏斜，在爐內(nèi)分別形成兩個(gè)較小的相反旋向的切圓。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)區(qū)的兩層一次風(fēng)之間還會(huì)布置我公司特有的貼壁風(fēng)噴口，形成橫向空氣分級(jí)。這種橫向空氣分級(jí)布置，可使沿爐膛截面形成中心區(qū)和近部區(qū)兩區(qū)分布，中心區(qū)較高的煤粉濃度、較高的溫度水平；近壁區(qū)較低的顆粒濃度、較低的溫度水平，由于貼壁風(fēng)的存在，近壁區(qū)可保留足夠的氧的存在。一二次風(fēng)偏置后可使一次風(fēng)初始燃燒時(shí)，二次風(fēng)不能過早混合進(jìn)來，可形成局部缺氧燃燒，在火焰內(nèi)就進(jìn)行NOx還原，抑制NOx產(chǎn)生；同時(shí)二次風(fēng)偏斜角度較小，而且與一次風(fēng)形成反切，在火焰末端二次風(fēng)能夠充分摻混合進(jìn)來，使缺氧燃燒時(shí)產(chǎn)生的焦炭再燃燒，保證煤粉燃盡。橫向空氣分級(jí)與縱向空氣分級(jí)一起形成空間空氣分級(jí)。

（3）低NOx燃燒器：一次風(fēng)設(shè)計(jì)噴口為上下濃淡分離形式，中間加裝穩(wěn)燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對(duì)煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。同時(shí)鈍體能優(yōu)先增加卷吸的高溫?zé)煔饬?，進(jìn)一步強(qiáng)化穩(wěn)燃。

（4）適當(dāng)降低一次風(fēng)率，保證煤粉及時(shí)著火，并可有效降低NOx生成。

（5）節(jié)點(diǎn)功能區(qū)的建立將下層一次風(fēng)設(shè)計(jì)為上濃下淡燃燒器噴口，上層一次風(fēng)布置為下濃上淡一次風(fēng)噴口，兩層一次風(fēng)噴口中間的二次風(fēng)小角度與一次風(fēng)射流偏置，同時(shí)布置貼壁風(fēng)噴口。這樣的噴口組合，同時(shí)具有穩(wěn)燃、降低NOx的作用，將燃盡風(fēng)門和貼壁風(fēng)風(fēng)門開大，可實(shí)現(xiàn)NOx和飛灰可燃物同時(shí)降低。

7 改造后效果

低氮燃燒器改造后在額定工況下，在BMCR工況下，火焰偏斜較小，煙氣流場(chǎng)和熱負(fù)荷分布均勻，鍋爐無超溫結(jié)焦現(xiàn)象。低氮燃燒器改造后省煤器出口NOx由改造前810mg/nm3左右降到300mg/nm3以內(nèi)；鍋爐熱效率達(dá)到93.28%左右。

8 結(jié)語

此次改造取得了圓滿的成功，并達(dá)到國(guó)家環(huán)保要求，鍋爐效率提高0.28%，超出設(shè)計(jì)出力1165t/h，最高可帶負(fù)荷1270t/h穩(wěn)定運(yùn)行。