楊小林，郭 慶，任蓓蓓

(1.晉城電力集團熱電有限公司，山西 晉城 048000；

2.國網(wǎng)山西省電力公司電力調(diào)度控制中心，山西 太原 030013)

0 引言

山西某電廠鍋爐型號為B&WB-2090/25.4-M，超臨界參數(shù)變壓直流爐、一次再熱、平衡通風(fēng)、緊身封閉布置、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、前后墻對沖燃燒方式、全懸吊結(jié)構(gòu)Π型鍋爐。鍋爐采用中速磨直吹式制粉系統(tǒng)，前后墻對沖燃燒方式，配置B&W公司雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器及NOx噴口。鍋爐尾部設(shè)置分煙道，采用煙氣調(diào)溫?fù)醢逭{(diào)節(jié)再熱器出口汽溫。電廠燃煤含硫質(zhì)量比約2.4%，屬高硫煤，根據(jù)近年來同類型低氮燃燒器運行情況看，容易在燃燒器上方水冷壁區(qū)域出現(xiàn)高溫腐蝕。因此，鍋爐燃燒調(diào)整試驗重點解決3個問題，即控制NOx排放量，同時保證鍋爐水冷壁不發(fā)生高溫腐蝕[1]，保證鍋爐運行的經(jīng)濟性不降低。

1 同層燃燒器均等配風(fēng)

對于前后墻對沖旋流燃燒系統(tǒng)，前后墻分別布置大風(fēng)箱，二次風(fēng)由兩側(cè)風(fēng)道進(jìn)入風(fēng)箱，在風(fēng)箱兩端存在流速，風(fēng)箱和爐膛差壓必然是中間大兩端小，即中間燃燒器二次風(fēng)流速高，兩端燃燒器流速低[2-3]。冷態(tài)測試各燃燒器噴口內(nèi)、外二次風(fēng)流速，如圖1所示。

圖1 同層6只燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)速分布

為實現(xiàn)同層燃燒器均等配風(fēng)，將同層6只燃燒器二次風(fēng)擋板預(yù)置開度分別為6%、4%、0%、0%、4%、6%。同樣工況下，測試同層6只燃燒器噴口內(nèi)、外二次風(fēng)流速，結(jié)果如圖2所示。達(dá)到了各燃燒器均等配風(fēng)目的。

圖2 調(diào)整后同層6只燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)速

2 合理配置噴燃器二次風(fēng)旋流葉片

燃燒器分內(nèi)層和外層調(diào)風(fēng)器，少量的內(nèi)層二次風(fēng)引燃煤粉，大量的外層二次風(fēng)補充已燃燒煤粉后續(xù)燃燼所需的空氣。內(nèi)、外層二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)方向相同，改變旋流角度可使煤粉著火點提前或推遲，進(jìn)而影響燃燒器噴口能否安全運行、鍋爐燃燒穩(wěn)定效果、飛灰含碳量及NOx的生成量。內(nèi)二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)范圍20～60 mm，外二次風(fēng)旋流葉片調(diào)節(jié)范圍40～80 mm。

經(jīng)過旋流葉片試驗確定，當(dāng)燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)旋流葉片開度分別為35 mm、45 mm，爐膛出口氧量為3%時，燃燒器區(qū)域水冷壁附近氧量為1.5%左右，水冷壁不會出現(xiàn)高溫腐蝕。

表1 試驗后各層燃燒器內(nèi)外二次風(fēng)門開度mm

3 燃燼風(fēng)量對NOx排放量及鍋爐效率影響

低氮燃燒器進(jìn)行深度空氣分級燃燒，增大高位燃燼風(fēng)份額，主燃燒區(qū)配風(fēng)份額相應(yīng)減少，能大幅降低NOx排放量。燃盡風(fēng)量對NOx排放量及鍋爐效率的影響程度如圖3、圖4所示。

試驗條件：機組負(fù)荷600 MW、ABCDEF磨煤機運行，6臺磨煤機均等出力、爐膛出口氧量3.5%、燃燼風(fēng)門開度分別為30%、40%、50%、60%、70%。試驗結(jié)果可見，隨燃燼風(fēng)量增加，鍋爐效率降低，NOx排放量減少。結(jié)合風(fēng)門特性，燃燼風(fēng)門開度一般在65%左右。

3.1 選擇合理的爐膛出口氧量

低氮燃燒器的基本機理就是低氧燃燒，降低過量空氣系數(shù)和氧濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒；但是氧量過低，加之燃用高硫煤，鍋爐主燃燒區(qū)域處于強還原性氣氛，容易造成水冷壁高溫腐蝕；低氧燃燒會造成飛灰含碳量升高，導(dǎo)致鍋爐效率下降。因此，通過優(yōu)化試驗選擇一個最佳運行氧量，使三方面都能達(dá)到最佳效果。

圖4 鍋爐效率隨燃燼風(fēng)門開度變化趨勢

試驗條件：機組負(fù)荷600 MW、ABCDEF磨煤機運行，6臺磨煤機均等出力、燃燼風(fēng)門開度60%，風(fēng)量380 t/h，約占總風(fēng)量20%。

圖5 鍋爐氧量與鍋爐效率的關(guān)系曲線

圖6 鍋爐氧量與氮氧化物排放量關(guān)系曲線

試驗結(jié)論表明，鍋爐效率隨爐膛出口氧量增加而增加，當(dāng)氧量達(dá)3.5%時，鍋爐效率最高，隨后鍋爐效率隨氧量增加而下降。NOx排放量與氧量成正比關(guān)系，氧量3.5%時，NOx排放量為470 mg/m3；爐膛出口氧量為2%時，燃燒器區(qū)域水冷壁附近氧量小于1%；爐膛出口氧量為3%時，這一區(qū)域氧量約1.5%。因此，600 MW負(fù)荷時，建議爐膛氧量維持在3%～3.5%之間。

4 磨煤機組合對NOx排放量及鍋爐效率的影響

磨煤機組合方式對NOx排放有很大影響，下5臺磨煤機運行比6臺磨煤機運行的NOx排放低，主要原因是火焰中心下移、NOx還原區(qū)加長，NOx排放明顯降低。試驗數(shù)據(jù)如表2所示。試驗條件：機組負(fù)荷600 MW、爐膛出口氧量為3.5%、燃燼風(fēng)門開度60%。

表2 磨煤機組合方式下NOx排放量及鍋爐效率情況

5 結(jié)論

a）經(jīng)過預(yù)置二次風(fēng)門開度，抵消了風(fēng)箱沿寬度方向上的靜壓差，使同層6只噴燃器內(nèi)、外二次風(fēng)速基本一致。

b）選擇合理的爐膛出口氧量、燃燼風(fēng)量及合理配置噴燃器二次風(fēng)旋流葉片，在爐膛燃燒區(qū)域形成“風(fēng)包粉”。水冷壁附近區(qū)域為氧化性氣氛，避免高溫?zé)煔鉀_刷水冷壁，防止水冷壁高溫腐蝕。爐膛中部為還原性氣氛，減少NOx的生成量。

c）相同負(fù)荷下，減少磨煤機運行臺數(shù)，增大下層磨煤機出力，可有效降低爐膛NOx生成量。

d）通過燃燒優(yōu)化，最終將NOx排放量降到319 mg/m3，低于350 mg/m3保證值；同時鍋爐效率達(dá)到了93.92%，高于鍋爐效率保證值93.43%。