傅曉峰

(浙江巨化熱電有限公司，浙江 衢州 324000)

浙江巨化熱電有限公司(以下簡(jiǎn)稱“巨化熱電”)9#鍋爐為2004年上海鍋爐廠生產(chǎn)的440 t/h超高壓自然循環(huán)煤粉鍋爐，型號(hào)SG-440/13.7-M782，設(shè)計(jì)燃料為煙煤，采用中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉方式，鍋爐一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)熱風(fēng)溫度320 ℃，一次風(fēng)進(jìn)風(fēng)冷風(fēng)溫度為環(huán)境溫度，一次風(fēng)溫180 ℃，二次風(fēng)溫315 ℃，排煙溫度139 ℃。原各角燃燒器一次風(fēng)和二次風(fēng)配風(fēng)方式為自上而下三、二、一、二、一、一、二，一次風(fēng)由回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器出來(lái)的熱風(fēng)及送風(fēng)機(jī)出來(lái)的冷風(fēng)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，二次風(fēng)取自回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器出口。每臺(tái)制粉系統(tǒng)匹配兩根三次風(fēng)管，分別對(duì)應(yīng)1#、3#角及2#、4#角的三次風(fēng)，作為制粉乏氣和干燥劑的三次風(fēng)直接送入爐膛燃燒。

為符合國(guó)家超低排放要求(即NOx質(zhì)量濃度≤50 mg/m3、SO2質(zhì)量濃度≤35 mg/m3、粉塵排放濃度≤5 mg/m3)[1]，2015年巨化熱電對(duì)鍋爐進(jìn)行了低氮燃燒改造，在四面爐墻加裝了8個(gè)SOFA風(fēng)門(mén)，并在尾部煙道增設(shè)SCR脫硝裝置，以實(shí)現(xiàn)煤粉的分級(jí)低氮燃燒和噴氨脫硝。改造后，因爐膛火焰中心抬高而造成的過(guò)熱器壁溫難以控制，導(dǎo)致鍋爐極易結(jié)焦、掉焦滅火，脫硝噴氨副產(chǎn)物在空氣預(yù)熱器積聚，使煙道阻力增大，噴氨量、氨逃逸嚴(yán)重超過(guò)設(shè)計(jì)值，“四管”運(yùn)行環(huán)境惡劣，且鍋爐長(zhǎng)期在低負(fù)荷下運(yùn)行。

中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)的三次風(fēng)攜帶大量超細(xì)煤粉，直接通過(guò)噴口送入爐膛，引起燃燒室斷面上的熱量不均勻，降低了火焰溫度，造成化學(xué)不完全反應(yīng)熱損失和機(jī)械不完全燃燒熱損失增大；該部分煤粉入爐燃燒過(guò)程處于富氧環(huán)境下，會(huì)生成大量的 NOx[2]，對(duì)SCR的正常運(yùn)行造成極大壓力；同時(shí)，三次風(fēng)量偏大也將導(dǎo)致粗、細(xì)粉分離器的效率變差，煤粉細(xì)度變粗，造成煤粉燃盡困難，飛灰含碳量和減溫水用量增加，增加了爐膛結(jié)焦風(fēng)險(xiǎn)。

針對(duì)以上問(wèn)題，巨化熱電從以下5個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化改造：中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉方式改造為中儲(chǔ)式乏氣熱風(fēng)混合送粉模式，風(fēng)量配比優(yōu)化，SCR系統(tǒng)整體優(yōu)化，吹灰方式跟蹤匹配和爐內(nèi)切圓深度調(diào)整。

1 實(shí)施方案

1.1 引進(jìn)乏氣送粉工藝

參考大型機(jī)組直吹式送粉系統(tǒng)制粉乏氣直接輸送煤粉進(jìn)入爐膛、燃燒過(guò)程N(yùn)Ox生成量低的工藝[3]，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，將中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)改造為中儲(chǔ)式乏氣熱風(fēng)混合送粉系統(tǒng)[4]。將排粉風(fēng)機(jī)出口的全部乏氣(原三次風(fēng))送入部分一次風(fēng)管道，采用乏氣作為大部分給粉機(jī)的送粉介質(zhì)輸送煤粉，避免乏氣直接送入爐膛造成局部富氧氣氛，從而有效抑制乏氣中的煤粉燃燒過(guò)程N(yùn)Ox的生成量(乏氣送粉布置方式如圖1所示)。盡量在不使用摻冷風(fēng)降低鍋爐效率的前提下，降低一次風(fēng)溫，拉長(zhǎng)火焰中心，保證在控制最佳過(guò)量空氣系數(shù)的前提下，增加二次風(fēng)量，優(yōu)化爐內(nèi)燃燒工況，有效改善爐膛結(jié)焦情況。來(lái)自空氣預(yù)熱器出口的熱二次風(fēng)經(jīng)布置在爐膛四角的燃燒器進(jìn)入爐膛，各角二次風(fēng)噴嘴與一次風(fēng)噴嘴自上而下按二、一、二、一、一、二的方式布置。這樣，可為碳的燃燒提供氧氣，并加強(qiáng)氣流擾動(dòng)，促進(jìn)高溫?zé)煔饣亓?，使可燃物與氧氣充分混合。煤粉燃燒后繼續(xù)向爐膛上部流動(dòng)，在到達(dá)SOFA風(fēng)噴嘴時(shí)，大量補(bǔ)入的自空氣預(yù)熱器出口出來(lái)的熱風(fēng)，使煤粉完全燃燒?？紤]操作靈活性，當(dāng)排粉風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)，仍可切換為熱風(fēng)送粉方式。當(dāng)磨煤機(jī)投運(yùn)時(shí)，自空氣預(yù)熱器出口熱風(fēng)總管出來(lái)的熱風(fēng)，一部分進(jìn)入四角二次風(fēng)箱，供二次風(fēng)、一次風(fēng)周界風(fēng)、燃盡風(fēng)取風(fēng)；一部分進(jìn)入磨煤機(jī)，攜帶煤粉經(jīng)粗粉分離器和細(xì)粉分離器后，煤粉進(jìn)入煤粉倉(cāng)，乏氣自細(xì)粉分離器進(jìn)入排粉風(fēng)機(jī)，由乏氣風(fēng)箱分配到一次風(fēng)管，經(jīng)風(fēng)粉混合器與煤粉混合后，將煤粉經(jīng)燃燒器噴口送入爐膛，避免乏氣直接送入爐膛造成的局部富氧氣氛，有效降低乏氣所帶的煤粉燃燒過(guò)程中 NOx生成量，從而將NOx排放濃度控制在達(dá)標(biāo)水平。

圖1 改造后乏氣送粉布置方式

1.2 優(yōu)化風(fēng)量配比

提高SOFA風(fēng)及二次風(fēng)測(cè)速裝置精度，使風(fēng)速顯示準(zhǔn)確，時(shí)時(shí)可控，指導(dǎo)鍋爐燃燒配風(fēng)，準(zhǔn)確掌握燃燒情況。由于設(shè)計(jì)制粉乏氣輸送煤粉時(shí)，須開(kāi)大SOFA風(fēng)和二次風(fēng)，以保證爐膛氧量，達(dá)到改善爐墻周圍的燃燒情況，減少還原性氣體生成，防止?fàn)t膛結(jié)焦的目的。在保證最佳過(guò)量空氣系數(shù)的前提下，增加二次風(fēng)量，保證一定的二次風(fēng)壓，增加二次風(fēng)剛性，改善爐墻附近區(qū)域的燃燒情況，避免主燃燒區(qū)域的貼壁燃燒以及還原性氣體生成而在爐膛結(jié)焦。同時(shí)，根據(jù)脫硝進(jìn)口NOx含量，調(diào)整SOFA風(fēng)量，保證還原區(qū)的還原性氣氛，增強(qiáng)還原效果。根據(jù)不同燃燒工況，特別是單、雙磨工況，制定不同的乏氣/熱風(fēng)送粉只數(shù)、二次風(fēng)壓、SOFA風(fēng)量及氧量配比。

1.3 SCR系統(tǒng)整體優(yōu)化

對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行全面檢查，摸清情況，進(jìn)行針對(duì)性檢修；制定噴氨格柵定期調(diào)整試驗(yàn)機(jī)制，每次檢修或每半年均應(yīng)對(duì)噴氨格柵進(jìn)行一次優(yōu)化，防止噴氨不均勻造成反應(yīng)效率下降，浪費(fèi)氨氣的同時(shí)，造成空氣預(yù)熱器硫酸氫氨堵塞。噴氨格柵布置如圖2所示。

圖2 噴氨格柵布置

噴嘴為Φ25×3的直管，噴射方向與煙氣流向一致。通過(guò)布置在噴嘴上方300 mm、600 mm的兩層Φ76×6的鋼管進(jìn)行擾流混合。噴氨射流在煙氣中的擴(kuò)散性差，混合效果差。

優(yōu)化措施1：在噴嘴上端布置防磨擾流板，在噴口處形成負(fù)壓渦流，加強(qiáng)噴氨射流的擴(kuò)散性。

優(yōu)優(yōu)措施2：增加噴嘴數(shù)量，將噴嘴的噴氨射流方向設(shè)置為與煙氣流向呈一定夾角，強(qiáng)制噴氨射流與煙氣的混合。

1.4 吹灰方式跟蹤匹配

對(duì)空氣預(yù)熱器進(jìn)行定期吹灰，且保證吹灰蒸汽足夠的過(guò)熱度[5]。吹灰至少每8 h進(jìn)行1次，如果發(fā)現(xiàn)空氣預(yù)熱器差壓有上升趨勢(shì)，應(yīng)縮短吹灰時(shí)間間隔。吹灰程序控制必須采取疏水溫度控制，不能通過(guò)時(shí)間簡(jiǎn)單判斷疏水是否干凈，必要時(shí)進(jìn)行疏水管路改造，確?？諝忸A(yù)熱器的吹灰效果。

加強(qiáng)吹灰閥門(mén)的綜合治理。每次停爐后對(duì)空氣預(yù)熱器吹灰進(jìn)汽閥和吹灰槍進(jìn)行檢查處理，保證運(yùn)行中濕蒸汽不會(huì)泄漏到空氣預(yù)熱器換熱元件上。

1.5 爐內(nèi)切圓深度調(diào)整

9#鍋爐近年來(lái)發(fā)生多次掉焦正壓滅火，鍋爐噴嘴附近多處開(kāi)裂、漏風(fēng)，對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生較大負(fù)面影響，導(dǎo)致NOx生成量偏高。利用本次改造機(jī)會(huì)，對(duì)9#鍋爐進(jìn)行漏風(fēng)試驗(yàn)，將鍋爐漏風(fēng)率控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。

在冷爐空氣動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)階段，對(duì)四角燃燒器噴口進(jìn)行了校核[6]；對(duì)一、二、三次風(fēng)進(jìn)行了標(biāo)定、調(diào)平，同時(shí)對(duì)二次風(fēng)小風(fēng)門(mén)(包括周界風(fēng))以及三次風(fēng)風(fēng)門(mén)進(jìn)行了特性試驗(yàn)；在不同工況下，對(duì)爐內(nèi)噴口速度特性以及切圓動(dòng)力場(chǎng)特性進(jìn)行了整合控制。

2 結(jié)果分析

項(xiàng)目實(shí)施前，9#鍋爐在部分負(fù)荷(350 t/h左右)下，噴氨量要開(kāi)至90 kg/h才能保證 NOx排放不超過(guò)50 mg/m3；空氣預(yù)熱器壓差達(dá)3.9 kPa，引風(fēng)機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行；減溫水開(kāi)足，過(guò)熱器管壁溫度紅線運(yùn)行；鍋爐爆管、結(jié)焦等非計(jì)劃停車頻繁。

改造后，9#鍋爐在440 t/h滿負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，投入9個(gè)乏氣噴嘴，噴氨量只需30～40 kg/h即能滿足 NOx排放要求。噴氨量的下降直接帶來(lái)了氨逃逸的下降，使之前一直困擾的空氣預(yù)熱器堵灰問(wèn)題得到改善。改造完成以來(lái)，空氣預(yù)熱器壓差一直穩(wěn)定在1 600～1 700 Pa，引風(fēng)機(jī)電流也由改造前350 t/h負(fù)荷的140 A下降至滿負(fù)荷130 A左右，風(fēng)機(jī)電耗顯著下降。二次風(fēng)由改造前的0.2 kPa增大至0.6 kPa，使整個(gè)燃燒器周圍氧量充足，抑制了還原性氣體的產(chǎn)生，爐膛結(jié)焦情況基本消除。另外，鍋爐反平衡效率基本與改造前持平(改造前9#鍋爐反平衡效率為93% 左右)，說(shuō)明改造為中儲(chǔ)式乏氣熱風(fēng)混合送粉模式后，在保持鍋爐熱效率不降低的前提下，降低了NOx排放,各項(xiàng)指標(biāo)都達(dá)到甚至超過(guò)了預(yù)期效果。

2.1 經(jīng)濟(jì)性分析

本項(xiàng)目的試驗(yàn)研究從源頭考慮，降低了脫硝進(jìn)口的NOx含量。在采用SCR技術(shù)的同時(shí)，進(jìn)行乏氣送粉系統(tǒng)改造，配合風(fēng)量、噴氨、爐內(nèi)空氣動(dòng)力場(chǎng)等的控制優(yōu)化，改造量小，施工周期短，投資和運(yùn)行成本低，對(duì)鍋爐燃燒及效率影響小，同時(shí)能將 NOx排放降低，減少噴氨量，降低催化劑的更換頻率，解決鍋爐結(jié)焦、空氣預(yù)熱器堵灰和風(fēng)量不足等問(wèn)題，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的環(huán)保要求，增加鍋爐可用率，顯著提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。一次性投入61萬(wàn)元，每年直接降低成本約488萬(wàn)元，機(jī)組負(fù)荷提升帶來(lái)收益5 000萬(wàn)元/a，降本增效合計(jì)5 488萬(wàn)元/a。

2.2 環(huán)保性分析

鍋爐異常停運(yùn)由2018年的4次爆管滅火，2019年的5次結(jié)焦滅火，減少為目前的無(wú)一次異常停運(yùn)，蒸發(fā)量由345 t/h升高至420 t/h，穩(wěn)發(fā)滿發(fā)，供熱量由60 t/h提升至130 t/h，出色完成保供任務(wù)。

在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，NOx生成量大量減少，氨耗減少，噴氨副產(chǎn)物減少，優(yōu)化了空氣預(yù)熱器運(yùn)行環(huán)境，風(fēng)機(jī)電耗減少。小投入，大產(chǎn)出，節(jié)能降耗效果顯著，保證環(huán)保排放。

2.3 運(yùn)行效果

9#鍋爐負(fù)荷提升項(xiàng)目完成投產(chǎn)以來(lái)，鍋爐負(fù)荷由改造前勉強(qiáng)350～360 t/h提高至保證安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期的440 t/h，并留有較大的調(diào)整裕量。噴氨量及氨逃逸顯著下降，回轉(zhuǎn)式空氣預(yù)熱器堵灰情況基本消除，空氣預(yù)熱器壓差穩(wěn)定在1 700 Pa左右。爐膛結(jié)焦掉焦問(wèn)題同步得到解決，改造前，僅2019年前三季度就因大面積掉焦引起滅火5次；改造后，連小范圍的掉焦冒正壓都鮮有出現(xiàn)。相應(yīng)減少了吹灰次數(shù)，水冷壁、過(guò)熱器、再熱器的泄漏次數(shù)也得到控制。