薛新偉，張志強

（山西漳山發(fā)電有限責任公司，山西 長治 046021）

300 MW貧煤鍋爐低氮燃燒器改造對汽溫的影響

薛新偉，張志強

（山西漳山發(fā)電有限責任公司，山西 長治 046021）

通過300 MW貧煤鍋爐分離式燃燼風低氮燃燒器改造后的燃燒調(diào)整試驗，對比不同負荷、不同氧量下汽溫變化情況，發(fā)現(xiàn)鍋爐主燃區(qū)高溫缺氧燃燒過程以及燃燼區(qū)低溫富氧過程的燃燒比例分配，即鍋爐上下爐膛火焰溫度波動幅度對主燃區(qū)區(qū)域風煤比變化的敏感性，是引起鍋爐主、再熱汽溫波動且偏低的主要因素，并進行上、下爐膛燃燒比例的分配，提高鍋爐效率，降低了氮氧化物的排放。

爐膛；燃燼風；火焰中心；氧量

漳山發(fā)電有限責任公司300 MW鍋爐是武漢鍋爐股份有限公司制造的，亞臨界、中間過熱、自然循環(huán)汽包爐。采用鋼球磨中儲式，熱風送粉，直流式燃燒器，四角布置，切圓燃燒，煙氣擋板調(diào)溫，中間一次再熱，鍋爐燃用煤質(zhì)屬于低揮發(fā)分、高灰分的貧煤。

該廠進行2號爐低氮氧化物燃燒系統(tǒng)和脫硝系統(tǒng)改造，改造前燃燒器采用引進美國CE公司技術(shù)設計制造。采用大風箱、大切角、固定式燃燒器，燃燒器正四角布置，在爐內(nèi)形成雙切圓燃燒，假想切圓分別為φ802 mm和φ974 mm，每個角的燃燒器共有14層噴口，4層一次風噴口，8層二次風噴口，2層三次風噴口。二次風一部分作為燃料風，設在每只煤粉噴嘴周圍，一部分作為頂部燃燼風，經(jīng)燃燒器頂部的二次風噴嘴送入爐膛；其余部分作為輔助風，與煤粉噴嘴相間布置，形成均等配風。改造后，主燃燒器區(qū)域采用了13層噴口，取消了原設計的最上層反切二次風噴口，對所有噴口進行了改造、更換。主要改造內(nèi)容為：一次風噴口不再采用左右濃淡分離；二次風噴口面積減小，二次風噴口中的垂直隔板有一定角度，使得二次風與一次風氣流不再具有相同的水平偏轉(zhuǎn)角、在一次風與爐墻之間形成氧化性區(qū)域，以便降低氮氧化物并防止結(jié)焦。在主燃燒器區(qū)域的上方，增加了1層分離燃燼風，共8個噴口。

1 從火焰中心位置分析對汽溫的影響

該廠低氮燃燒器改造后，燃燼風噴口布置在鍋爐32 m標高，形成燃燼風區(qū)，距離主燃區(qū)最上層燃燒器5 m左右，燃燒器最上層火焰與屏底距離由原先18 m減少至10 m。根據(jù)前蘇聯(lián)熱力計算標準，火焰中心位置的相對標高Xmax[1]與燃燒器的布置方式相關(guān)，等于燃燒器軸線的平均高度與爐膛高度的比值；爐膛出口煙氣溫度與燃煤的理論燃燒溫度成正比，與系數(shù)M（考慮燃燒條件影響的參數(shù)）成反比。系數(shù)M是火焰中心位置的函數(shù)，其表達式為

式中，A與B分別為燃燒方式及燃料種類的系數(shù)。

在爐膛高度方向上，燃燒器之間的距離越大，燃燒器軸線的平均高度越高；Xmax的位置越高，即火焰中心位置相對越高；系數(shù)M與Xmax成反比關(guān)系，即火焰中心位置越高，系數(shù)M越小?？梢?，該廠低氮燃燒器改造后，燃燒器的軸線平均高度增加，爐膛火焰位置升高，爐膛出口煙氣溫度升高。然而，該廠在低氮燃燒器改造后，實際爐膛出口煙氣溫度變化不能簡單地依據(jù)火焰中心位置變化來判斷。

低氮燃燒器改造后，燃燼區(qū)以及屏區(qū)煙氣溫度和流場波動主要受主燃區(qū)與燃燼區(qū)燃燒比例變化的影響，即上、下爐膛熱負荷和煙氣溫度的分布情況主要受主燃區(qū)風煤比控制。主燃區(qū)為高溫欠氧燃燒，其燃燒工況對氧量變化很敏感。

當主燃區(qū)風煤比增加，如降負荷以及增加風量時，主燃區(qū)燃燒比例增加，爐膛溫度升高，氮氧化物生成量增加，同時造成燃燼區(qū)燃燒比例和火焰溫度相應降低，火焰中心降低，汽溫降低；反之會使火焰中心升高，汽溫升高，氮氧化物生成量降低。由于上下爐膛煙溫變化對氧量的敏感性，燃料波動和配風波動的主燃區(qū)風煤比波動現(xiàn)象，會造成煙氣溫度、蒸汽溫度以及氮氧化物的明顯波動，這一現(xiàn)象在加減負荷、制粉系統(tǒng)三次風擾動時尤為突出。

2 氧量變化對汽溫的影響

通過降低總風量進行試驗，發(fā)現(xiàn)隨著爐膛出口氧量的降低，主燃燒區(qū)還原性氣氛逐漸形成，燃燒器出口氮氧化物生成量不斷降低，由于氧量的降低，煙氣量也隨之降低，對流換熱明顯變差、變?nèi)?，低溫過熱器、低溫再熱器等處對流換熱明顯降低，造成主、再熱汽溫明顯降低。但是爐膛出口氧量存在臨界值，存在既能提高汽溫，也能維持較低氮氧化物的爐膛出口氧量臨界值。該廠2號爐負荷170 MW時，維持爐膛出口氧量5%，汽溫能夠達到540℃，氮氧化物600 mg/m3。爐膛出口氧量5%，是170 MW負荷下的臨界值。

3 變負荷工況時對汽溫的影響

主燃區(qū)揮發(fā)分及固定碳等可燃物的燃燒形成主焰，為高溫、缺氧燃燒，燃燼區(qū)大量可燃氣體等可燃物的燃燒形成燃燼火焰[2]，為低溫富氧燃燒；主燃區(qū)和燃燼區(qū)燃燒熱量釋放比例，主要由主燃區(qū)的過?？諝庀禂?shù)控制。負荷突升突降時，由于主燃區(qū)風煤比發(fā)生變化，主火焰與燃燼區(qū)火焰燃燒份額、比例會發(fā)生較大變化，燃燒工況及屏區(qū)火焰溫度發(fā)生較大波動，而鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)由于慣性，吸熱變化相對滯后，造成汽溫忽高忽低，或部分管壁壁溫超溫。鍋爐加負荷過程中，主燃區(qū)燃料量增加，而主燃區(qū)風量未相應增加，有一定遲延，造成主燃區(qū)燃燒份額、比例降低，燃燼區(qū)燃燒份額、比例增加，火焰中心升高，加劇了升負荷過程的煙氣側(cè)與汽水側(cè)換熱不平衡現(xiàn)象，汽溫突升、部分管壁溫度易超溫[2]。鍋爐降負荷過程中，主燃區(qū)燃料量減少，而主燃區(qū)風量未相應降低，造成主火焰燃燒份額比例增加，燃燼區(qū)燃燒份額比例減少，火焰中心降低，加劇了降負荷過程的煙氣側(cè)與汽水側(cè)換熱不平衡現(xiàn)象，造成汽溫偏低。

通過試驗，升負荷時，提前適當開大輔助二次風擋板，然后增加燃料量，確保主燃區(qū)風量提前增加。觀察主、再熱汽溫變化趨勢變緩變慢后，及時回調(diào)二次風擋板，如果回調(diào)不及時，送風機出力增加、燃料量穩(wěn)定后，會改變?nèi)紵齾^(qū)風煤配比，降低燃燼區(qū)燃燒份額，使主、再熱汽溫偏低。降負荷時，提前適當關(guān)小輔助二次風擋板，然后降低燃料量，確保主燃區(qū)風量提前減少，觀察主、再熱汽溫變化趨勢變緩變慢后，及時回調(diào)二次風擋板，如果回調(diào)不及時，燃燼風區(qū)將會通入過量空氣，降低燃燼風區(qū)溫度，使主、再熱汽溫降低。針對機組協(xié)調(diào)方式下燃料量自動調(diào)整速率快而送風量響應速度較慢的情況，采取利用主燃區(qū)二次風擋板對變負荷工況的進行上述試驗調(diào)整后，能夠保持主燃區(qū)適當?shù)娘L煤比，從而控制主燃燒區(qū)域和燃燼區(qū)域的燃燒負荷比例，汽溫、汽壓和氮氧化物數(shù)值波動情況得到明顯改善。

4 影響汽溫調(diào)整的其他因素

目前影響汽溫調(diào)整的因素還有給粉機的波動，也就是燃料量的波動，給汽溫調(diào)整帶來很多不利因素。而影響燃料量波動的主要原因有燃燒工況的不穩(wěn)性、汽溫調(diào)節(jié)性能差、煤質(zhì)不穩(wěn)、制粉系統(tǒng)啟動、斷煤等，這些不利因素都可能造成主、再熱汽溫調(diào)節(jié)品質(zhì)差，造成主、再熱汽溫偏低。目前由于汽溫調(diào)節(jié)自動偏置塊限制，汽溫調(diào)整還需要人為手動干預，汽溫調(diào)整要根據(jù)負荷、燃料、風量等變化，觀察汽溫變化趨勢，提前開、關(guān)減溫水進行汽溫調(diào)整。汽溫調(diào)整要平穩(wěn)，要提前預判，發(fā)現(xiàn)可能造成壁溫超溫時，要提前開啟減溫水，避免減溫水量突增突減，減小因減溫水量對主汽流量及給粉量的負面影響，防止由于燃料自動和減溫水自動回路的相互干擾導致的主、再熱汽溫頻繁波動及偏低現(xiàn)象的發(fā)生[1-3]。

5 改造后運行調(diào)整

通過改變送風機出力對鍋爐氧量即總煙氣量進行總體控制，以保證鍋爐總的風煤比和煙氣比。利用燃燼風區(qū)和主燃區(qū)二次風擋板開度來控制主燃區(qū)和燃燼區(qū)分級供氧比例，并在不穩(wěn)定工況下進行動態(tài)響應，然后通過氮氧化物量波動情況來判斷主燃區(qū)過?？諝庀禂?shù)并對送風配比進行精細調(diào)整，確保爐內(nèi)火焰溫度分布穩(wěn)定不波動，空氣量和氣流混合速度能夠滿足完全燃燒的需要，煙氣量能夠滿足與汽水換熱的要求。為了使主燃燒區(qū)域形成足夠的還原性氣氛，并且提高主燃區(qū)爐膛溫度，加速固定碳的燃燼，采取集中燃燒方式，提高運行給粉機出力。減少給粉機、磨煤機運行臺數(shù)，可降低飛灰含碳量和提高主、再熱汽溫度。不同負荷、不同煤種要選擇合適的氧量，低負荷階段，氧量不要太大，因為氧量太大，主燃區(qū)通入較多的風量，還原性氣氛減弱，會造成主燃區(qū)燃燒加強，主燃區(qū)將大部分可燃物燃燼，燃燼區(qū)可燃物減少。在燃燼區(qū)通入大量冷風，反而對燃燼區(qū)燃燒不利，形成擾動，造成燃燼區(qū)火焰擾動，燃燼區(qū)熱負荷忽高忽低，易造成汽溫、汽壓以及氮氧化物的波動。高負荷階段、氧量不要太小，因為氧量太少，主燃區(qū)燃料量增加后，因為供氧不足，導致固定碳燃燒時，無法混入足夠的氧，使不完全燃燒產(chǎn)物增加，不完全燃燒產(chǎn)物進入燃燼區(qū)后，燃燒時間短，而且燃燒時，消耗大量氧量，影響CO、H2等氣體可燃物燃燒，造成汽溫偏低，飛灰含碳量增加。

目前該廠鍋爐在不同負荷階段和不同煤種下都能維持燃燒器出口氮氧化物排放值小于650 mg/m3，主、再熱汽溫度基本維持535℃以上，飛灰含碳量維持4%～6%之間，后屏部分管子壁溫超溫問題也有所緩解。當前正在通過燃煤摻燒來提高燃煤揮發(fā)分、通過運行優(yōu)化來精細調(diào)整，預期鍋爐效率和氮氧化物排放值會得到進一步改善。

6 結(jié)語

a）貧煤鍋爐低氮燃燒器改造。入爐煤在經(jīng)過主燃區(qū)著火、燃燒，煤顆粒破裂并與氧氣反應生成大量一氧化碳，經(jīng)過還原區(qū)，進入燃燼區(qū)，在燃燼風區(qū)域形成穩(wěn)定燃燒，才會使汽溫升高。而如何使火焰形成足夠穩(wěn)定的二次燃燒，成為影響汽溫的關(guān)鍵。

b） 通過配煤調(diào)整，適當摻配高揮發(fā)分煤種，揮發(fā)分摻配至16%～19%之間，同時保證配煤熱值，降低運行給粉機、磨煤機臺數(shù)，集中燃燒，可有效控制氮氧化物，并提高汽溫。

c）對應負荷下選擇合適的臨界氧量，在臨界氧量下，不僅能提高主、再熱汽溫，還能使氮氧化物生成量在設計值內(nèi)。

The Influence of Low NOxBurner Retrofitting of a Lean Coal-fired Boiler on Steam Temperature

XUE Xinwei,ZHANG Zhiqiang
（Shanxi Zhangshan Electric Power Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi046021,China）

According to the combustion adjustment test of 300 MW lean coal-fired boiler after retrofit of separated over-fire air low NOxburner,the change of steam temperature under different loads and different oxygen contents is contrasted.It is found out that the combustion ratiodistribution between high-temperature low-oxygen combustion process in the main combustion zone and low-temperature rich-oxygen combustion process in the burned out zone is the main reason that causes fluctuations of the boiler main temperature and reheat steam temperature.The distribution of furnace combustion ratio is conducted，which improves the efficiency of the boiler and reduces nitrogen oxide emissions．

furnace；burn-out wind;flame center；oxygen content

TM621.2

B

1671-0320（2017）02-0055-03

2016-12-19，

2017-01-23

薛新偉(1972)，男，山西河曲人，2010年畢業(yè)于武漢大學電氣工程及自動化專業(yè)，碩士，工程師，主要從事電廠生產(chǎn)調(diào)度和運行管理工作；

張志強(1979)，男，山西定襄人，2003年畢業(yè)于太原理工大學熱能與動力工程專業(yè)，工程師，從事鍋爐調(diào)整、運行管理工作。