大唐陜西富平熱電有限公司 劉昱奇

目前我國的空氣質(zhì)量堪憂，防治霧霾刻不容緩，雖然產(chǎn)生霧霾的原因沒有徹底研究清楚，但在國家環(huán)保減排政策以及社會輿論下，使得電力行業(yè)有著非常大的減排壓力，而在我國發(fā)電行業(yè)中，燃煤發(fā)電機組還是主要的發(fā)電主力。排放的氣體中NOx是有毒的，也是致使我國出現(xiàn)陰霾天、空氣污染以及破壞臭氧的主要原因。在我國控制大氣污染中，控制NOx這個問題不可忽視，對于生態(tài)環(huán)境以及人們的健康，通過降低NOx的排放量能夠有效的進行保護。對于NOx的量通過采用低氮燃燒技術(shù)能夠有效的進行降低，但是會對鍋爐的經(jīng)濟性及穩(wěn)定安全造成影響。

本篇文章采取某廠生產(chǎn)的2×350MW 超臨界燃煤機組鍋爐，在主燃燒器上方布置兩組SOFA 燃燒器，燃燒技術(shù)采用擺動式四角切圓。并對燃燒器的特點以及布置情況進行介紹，對于主燃燒器區(qū)域的NOx的生成量通過調(diào)整SOFA 燃燒器3層噴嘴來進行降低，對于燃燒器以及鍋爐設計要達到穩(wěn)燃，以防高溫腐蝕，對燃盡率進行提升，從而做到NOx的排放降低。

采取的方法要想達到上述要求通常會有矛盾產(chǎn)生，如提高穩(wěn)燃需對燃燒區(qū)域的溫度進行提升，但這就會使高溫腐蝕及結(jié)渣出現(xiàn)，且NOx的量也會隨之加大，如適當控制二次風量能夠?qū)Ox 排放進行降低，還能減少結(jié)焦的發(fā)生。結(jié)合實際情況來采取配煤分層混燒，對鍋爐運行氧量進行優(yōu)化，以此來對NOx的排放量進行降低，而運行的經(jīng)濟性要在環(huán)保要求的前提下盡可能兼顧。

1 治理NOx 現(xiàn)狀

對于NOx的危害、NOx的生成以及NOx排放的降低技術(shù)國內(nèi)外做了充分的研究，大致分為快速型NOx，燃料型NOx及熱力型NOx三種。其中占比最高的是燃料型NOx，約80～90%之間，其次是熱力型、最后是快速型。燃燒中脫氮的低氮技術(shù)及燃燒后的脫硝技術(shù)是當前應用在鍋爐中降低NOx的主要方法。

脫氮技術(shù)分為煙氣再循環(huán)、燃料分級燃燒、空氣分級燃燒以及低氧燃燒等。其主要原理就是把燃燒器形成燃盡區(qū)，主還原區(qū)以及氧化還原區(qū)，而四角切圓鍋爐能夠形成中心區(qū)以及近壁區(qū)，以此可以在爐膛內(nèi)把燃料和配風進行低氧、低溫、分級以及分區(qū)燃燒，從而對煤礦燃燒中生成的NOx量進行降低。

當前電廠的低氮技術(shù)有一定的問題存在，在采用該技術(shù)時，在高溫下鍋爐水爐壁會出現(xiàn)腐蝕，對爐膛產(chǎn)生焦塊，燃燒后灰渣含碳量一直都很高。當前低氮燃燒技術(shù)有著穩(wěn)燃性、配煤、配風變低等問題[1]。經(jīng)多年研究改進低氮技術(shù)來對上述問題進行解決，根據(jù)高溫腐蝕原理，在冷區(qū)管壁制造氧化氣體，對管壁清潔度的時間進行延長，以此對發(fā)生高溫腐蝕的進度進行減緩。

最近幾年，我國很多機構(gòu)都在對低氮技術(shù)進行研究，不再是模仿國外技術(shù)，創(chuàng)新了很多。在防止高溫腐蝕方面還有防止結(jié)焦、同軸燃燒技術(shù)等。例如在鍋爐運行中，對于煤粉的燃燒通過加大吹風量使其燃燒更充分，包括控制煤粉細膩程度以及調(diào)整燃盡風，都能對NOx的排放量進行降低[2-3]。

2 優(yōu)化后布置燃燒器的方式

2.1 鍋爐概述

選取我國某廠生產(chǎn)的2×350MW 超臨界燃煤機組鍋爐，該鍋爐設計采用側(cè)煤倉布置、固態(tài)排渣系統(tǒng)、平衡通風、四角切向燃燒等技術(shù)。使用的是煙煤，煤粉燃燒器為擺動式燃燒器，制粉系統(tǒng)采用的是正壓直吹式，設計中速磨煤機和冷一次風機四角布置，切向燃燒[4-5]。該設備有五層煤粉噴嘴，鍋爐配置的中速磨煤機有五臺，對煤種進行校核時，五臺機器都運行，而對設計煤種進行燃用時，只有四臺運行，一臺作為備用。

2.2 布置燃燒器的方式

燃燒器的方式采取低NOx切圓燃燒系統(tǒng)，四角布置，大風箱與切角，擺動式燃燒器，形成雙切圓燃燒。通過對NOx生成機理進行分析，低NOx系統(tǒng)主要是為了是因揮發(fā)份氮對NOx的轉(zhuǎn)化進行降低，主要方法為對空氣分段燃燒以及氧量的燃料進行控制。主要組成低NOx燃燒系統(tǒng)的有：輔助風噴嘴，緊湊燃盡風以及分離燃盡風。

燃燒系統(tǒng)在降低NOx時，對低負荷穩(wěn)燃以及燃燒效率的提升要重點考慮。燃燒系統(tǒng)技術(shù)不斷發(fā)展更新，在預防高溫腐蝕以及爐內(nèi)結(jié)渣方面有著良好的效果。主風箱有五層煤粉噴嘴，燃料風布置在噴嘴四周。每相鄰兩層噴嘴布置一層風噴嘴。在主風箱上部設有兩層CCOFA 噴嘴，布置SOFA 燃燒器以及SOFA 噴嘴，下部設有一層UFA 噴嘴。

SOFA 燃燒器，主燃燒器以及連同煤粉噴嘴的周界風都有單獨的二次風擋板，都是采用氣動執(zhí)行器進行操作的。主燃燒器采用擺動結(jié)構(gòu)來瞞住鍋爐氣溫調(diào)節(jié)，由水冷壁來通過風冷作為燃燒器的冷卻，在工地上把燃燒器內(nèi)殼與廠內(nèi)裝配好的外殼進行組裝[6]。

3 對NOx 排放進行降低的方法

3.1 二次風門擋板及控制

二次風門擋板在每層風室都有配置，風門擋板在每角主燃燒器中配置的有二十二只，氣動執(zhí)行機構(gòu)有十七只。每層風室有兩只偏置輔助風，通過連桿來對風室進行控制。角式SOFA 燃燒器和墻式SOFA 燃燒器每角配置的風門擋板以及執(zhí)行機構(gòu)都有三只。這樣，執(zhí)行機構(gòu)在每臺鍋爐中配置的總數(shù)量為九十二只，根據(jù)爐膛安全監(jiān)視和機爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)進行操作，通常同一層封門擋板動作保持同步。對于二次風量分配到每層風室是采取二次風門擋板進行調(diào)節(jié)的，以此來對良好的燃燒指標與工況進行保證。

3.2 二次風門擋板的控制原則

根據(jù)運行或停運函數(shù)關(guān)系來控制A 層到E 層這五層的燃料風擋板的開度，運行時本層煤機轉(zhuǎn)速與開度有函數(shù)關(guān)系，調(diào)節(jié)一次風氣流著火點。停運時，總空氣流量與開度有函數(shù)關(guān)系，此外給煤機A 轉(zhuǎn)速與AAA 層二次風擋板是函數(shù)關(guān)系，總空氣流量與CCOFA 和SOFA 二次風擋板是函數(shù)關(guān)系，以此來控制NOx的排放量。

AA、AB、BC、CD、DE、EE、AAB、ABB、BBC、BCC、CCD、CDD、DDE、DEE 這十四層二次風擋板是對大風箱和爐膛出口壓差進行控制，空氣流量與壓差有函數(shù)關(guān)系。表1是擋板開度控制，對二次風門擋板函數(shù)關(guān)系如表2～4。

表1 總空氣流量和燃燒器大風箱壓差函數(shù)關(guān)系

表2 總空氣流量和CCOFA-Ⅰ與Ⅱ間的函數(shù)關(guān)系

表3 總空氣流量和SOFA Ⅰ-Ⅵ間的函數(shù)關(guān)系

表4 燃料風擋板開度和給煤機轉(zhuǎn)速間的函數(shù)關(guān)系

為了對煤粉噴嘴燒壞進行預防，在著火點保證正常的情況下，要根據(jù)表中的數(shù)據(jù)來執(zhí)行燃料風擋板開度，盡可能的開大。由于工程所使用的系統(tǒng)為LNTFS 燃燒系統(tǒng)，其燃燒風在二次風中所占的比例較低，假如燃料風擋板開度小，那么很容易就會燒壞噴嘴。燃燒器為了預防其燒壞（燃燒器燒壞見圖1），需要隨著總空氣流量的變化而相應的調(diào)整，其函數(shù)關(guān)系如表5所示。

表5 總空氣流量和停運燃燒器擋板開度間的函數(shù)關(guān)系

設計燃燒器和鍋爐的要求是兩者同時都能夠達到穩(wěn)燃，以此來燃燼率進行提高，以免有高溫腐蝕和結(jié)渣，減少NOx排放。為了滿足上述要求通常使用的方法都相互矛盾。比如為了對燃燒區(qū)域的溫度進行提高、從而對穩(wěn)定性與燃燒效率進行提升，這通常會使得高溫腐蝕和結(jié)渣出現(xiàn)，并且還會增加NOx 排放，而對燭燃燒器區(qū)域的二次風量適當?shù)倪M行控制，能夠?qū)Ox 排放進行減少，還能夠?qū)赡茉谒浔谏铣霈F(xiàn)的結(jié)焦進行降低。

CFS 噴口在每層一次風噴口上下進行設置，布置時的角度為正切22°，能夠增高靠近水冷壁區(qū)的氧濃度，以防高溫腐蝕和結(jié)焦發(fā)生。另外，在該噴口設置的有擋板風門，根據(jù)鍋爐實際的運行情況來進行調(diào)整。

把頂部燃燼風進行12°的反切，這種方式能夠?qū)χ饏^(qū)旋轉(zhuǎn)火球效應進行保證，還可以加速燃燼，強化著火，又能對爐膛出口處的殘余旋轉(zhuǎn)氣流進行減少，從而能夠?qū)t膛出口左右兩側(cè)的煙溫差進行減少。另外，NOx的生成通過這種分級送風方式來降低。

二次風噴嘴能夠根據(jù)爐膛出口的煙溫差進行水平擺動調(diào)整，從而能夠?qū)t膛出口的左右煙溫差進行減少。把一二次風噴嘴設計成圓弧面，這樣其在上下擺動時能夠避免噴口變形而碰撞到風室隔板，以免擺動角度失真。

4 科學的燃燒運行優(yōu)化調(diào)整

對于不同的負荷、不同型式的燃燒器、不同的燃燒條件、不同的空氣量、不同的溫度變化以及不同的煤種，其生成的NOx量也是不同的。所以，對于NOx的量進行降低，主要采取的方式就是要對燃燒措施進行優(yōu)化調(diào)整，在滿足環(huán)保要求下對經(jīng)濟性也要兼顧到。

爐內(nèi)分層配煤混燒。根據(jù)穩(wěn)燃、排放濃度以及配煤摻燒來消化經(jīng)濟煤種，在下層穩(wěn)燃煙煤，中層配置褐煤，對于NOx的生成通過低氧燃燒能夠進行控制。上層配置貧煤，對二次分級燃燒有利。

根據(jù)煤種、負荷配風。額定負荷下，煙煤在下層用于穩(wěn)燃，適合配中等風，褐煤最好少配風，否則生成的NOx量會比較大。貧煤適合多配風，以保證燃盡。而縮腰倒寶塔型是根據(jù)穩(wěn)燃配風、低氧以及分級方式進行考慮中較為合適。為了對NOx的量進行更好的控制，可以通過經(jīng)濟煤種摻配比的加大以及負荷降低，來保證穩(wěn)燃。

對控制鍋爐運行氧量進行優(yōu)化。氧量的大小不但會對鍋爐經(jīng)濟性進行影響，對控制NOx的產(chǎn)生作用是非常大的。采用低氮技術(shù)其要求要更加的明確，負荷在300MW 以上時，氧量按照2.5%控制，負荷在300～260MW 時氧量為2.5～2.9%之間，負荷在250～170MW 時氧量為2.9～3.9%之間，負荷在170MW 及以下時氧量為3.9～4.4%之間，燃燒最好要保持低氧。

該廠1、2爐自投產(chǎn)之后，對于NOx生成量一直進行優(yōu)化調(diào)整，對于鍋爐運行氧量通過燃燒器噴嘴以及擺角的調(diào)整來進行控制，在對環(huán)保要求滿足下又兼顧了經(jīng)濟性，噴氨量進行減少，取得了非常不錯的成果，其經(jīng)濟效益是非?？陀^的。