張昊

（華電浙江龍游熱電有限公司，浙江 龍游 324400）

天然氣雖然是清潔能源，但它在燃燒過程中還是會產(chǎn)生一定的氮氧化物，對環(huán)境造成污染。隨著我國環(huán)保要求逐漸嚴(yán)格和低氮先進(jìn)技術(shù)的導(dǎo)入，低氮鍋爐受到了越來越多人的青睞。目前，華東區(qū)域存在很多早期生產(chǎn)的燃?xì)忮仩t，其氮氧化物排放濃度在100mg/m3以上，不能滿足《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB3301/T 0250-2018）不高于50mg/m3的標(biāo)準(zhǔn)要求。鍋爐使用單位通過實施燃?xì)忮仩t低氮改造方式，在較大程度上對原有鍋爐進(jìn)行二次利用，有效降低氮氧化物排放濃度，進(jìn)一步充分發(fā)揮原鍋爐的功效和價值。

1 項目概況

某燃機(jī)電廠配置2臺SZS50-2.3/350-Q型燃?xì)忮仩t，作為燃?xì)廨啓C(jī)停機(jī)期間的備用，用于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)工業(yè)供熱，2016年8月投入運行。燃?xì)忮仩t采用RPD100G-RU型分體式燃燒器，最大輸出功率45MW。目前該燃?xì)忮仩t氮氧化物排放濃度約140mg/m3，現(xiàn)采用低氮燃燒加煙氣外循環(huán)的方式對其進(jìn)行低氮改造，使燃?xì)忮仩t滿足以下要求：（1）燃?xì)忮仩t全過程運行工況氮氧化物排放濃度均不高于30mg/m3；（2）鍋爐出力不低于改造前；（3）鍋爐最小穩(wěn)定運行負(fù)荷不高于20%額定負(fù)荷；（4）改造后燃?xì)忮仩t滿足安全性檢驗、排放測試和能效測試要求。

2 低氮改造技術(shù)方案

2.1 低氮燃燒技術(shù)路線

本項目采用升級低氮燃燒器加煙氣外循環(huán)技術(shù)路線，即采用煙氣再循環(huán)耦合低氮燃燒器的方式，將煙道中部分煙氣引回與助燃空氣混合后進(jìn)入爐膛。要求燃燒器升級為低氮燃燒器（原燃燒頭更換為低氮燃燒頭），燃?xì)忾y組和原燃燒器殼體可利舊。

循環(huán)煙氣由省煤器進(jìn)口煙道引出，煙氣溫度在120～150℃，接至燃燒器前與空氣混合，保證混合后的進(jìn)風(fēng)溫度在露點之上以減少冷凝水的產(chǎn)生。增加的一路煙氣外循環(huán)系統(tǒng)，配有隔離閥、電動蝶閥、溫度探頭、管道，并配置單獨的FGR風(fēng)機(jī)。FGR管道做防腐和保溫處理，低位安裝冷凝水疏水閥。

2.2 煙氣混合方式

再循環(huán)煙氣采用后混式，即再循環(huán)煙氣接入送風(fēng)機(jī)后，通過測算原有送風(fēng)機(jī)風(fēng)量、風(fēng)壓能滿足要求，確認(rèn)是否需要更換送風(fēng)機(jī)。再循環(huán)風(fēng)機(jī)風(fēng)量根據(jù)煙氣量測算，風(fēng)壓一般比送風(fēng)機(jī)高300～1000Pa，風(fēng)道長度5m以上，以避免煙氣和助燃空氣對沖或混合不均勻情況的發(fā)生。后混式再循環(huán)煙氣方案，如圖1所示。

2.3 低氮燃燒控制方式

低氮燃燒控制包括燃燒器及再循環(huán)煙道等設(shè)備的監(jiān)視、控制、保護(hù)和聯(lián)鎖所需的完整的儀表及控制系統(tǒng)。原燃燒器機(jī)械比調(diào)控制改造為電子伺服控制，配套燃燒器火檢由1個增加為3個，對應(yīng)保護(hù)由單點保護(hù)升級為三取二保護(hù)。

同時，將原有的燃燒器程序控制器改造為基于DCS的控制系統(tǒng)，對DCS系統(tǒng)進(jìn)行硬件擴(kuò)容、軟件升級，所有IO點根據(jù)實際情況重新設(shè)計排布。

3 施工過程

3.1 燃燒器升級拆裝

燃燒器只需要對燃燒頭進(jìn)行升級，所以鍋爐前墻口與安裝口尺寸一致，無須進(jìn)行擴(kuò)孔和重新澆筑。施工過程通過拆下原燃燒器，返廠將RU燃燒頭升級為EU2超低氮燃燒頭（EU2燃燒頭彩用多噴管擴(kuò)散燃燒技術(shù)，火焰發(fā)散角為108°～120°，助燃空氣沿燃燒頭軸向成螺旋噴出，并強(qiáng)制煙氣內(nèi)循環(huán)降低火焰根部溫度抑制NOx在爐膛內(nèi)生成的反應(yīng)條件，從而達(dá)到降氮效果），升級后重新裝入原前墻口。

安裝完成后，對燃燒器與爐墻口接縫處填補(bǔ)保溫材料和澆注料進(jìn)行密封，防止燃燒物從鍋爐縫隙中泄漏逃逸至鍋爐房。

3.2 FGR煙道安裝

拆除原有主風(fēng)機(jī)下部進(jìn)風(fēng)風(fēng)道，改為左側(cè)進(jìn)風(fēng)風(fēng)道，風(fēng)道安裝時，注意支撐及冷凝水排水管道安裝及加裝閥門；新增循環(huán)煙道，循環(huán)煙道煙氣接口取自于省煤器與煙囪的連接煙道上，在煙道水平中心偏上位置開孔，以減少循環(huán)煙氣源的冷凝水含量，循環(huán)煙道流動介質(zhì)為高溫?zé)煔?，從防護(hù)要求對風(fēng)道及循環(huán)煙道進(jìn)行保溫。主風(fēng)機(jī)風(fēng)道與FGR煙道對接如圖2所示。

3.3 主風(fēng)機(jī)和FGR風(fēng)機(jī)改造和安裝

根據(jù)測算需更換工作效率不高，參數(shù)余量不足的原主風(fēng)機(jī)（型號：G9-26 16.2D，參數(shù)：Q=62000m3/h、H=6600Pa、N=185kW）。更 換 為HNPD1400-0900-RD90型風(fēng)機(jī)，參數(shù)Q=71000m3/h、H=7800Pa、N=185kW，風(fēng)機(jī)變頻器利舊。

增配耐高溫FGR風(fēng)機(jī)，HNPD0800-0500-LG90型風(fēng)機(jī)，參數(shù)Q=165m3/h、H=8100Pa、N=55kW，通過FGR電動蝶閥控制煙氣量，煙氣再循環(huán)率10%～20%，根據(jù)氮氧化物排放動態(tài)調(diào)整。FRR風(fēng)機(jī)及煙道安裝如圖3所示。

主風(fēng)機(jī)利用原風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)，增配的FGR風(fēng)機(jī)定位及載荷根據(jù)設(shè)計院土建專業(yè)設(shè)計、復(fù)核和實施。

3.4 燃燒調(diào)整

改造后的燃燒器采用電子比例調(diào)節(jié)，由DCS系統(tǒng)控制。燃燒調(diào)整過程包含對每臺鍋爐從點火到12.5%～100%升降負(fù)荷全過程調(diào)整，通過對CEMS排放監(jiān)測數(shù)據(jù)、架設(shè)在鍋爐煙道上的手持式煙氣分析儀數(shù)據(jù)、爐膛火焰燃燒情況以及鍋爐各運行工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，逐條記錄燃?xì)忮仩t點火、12.5%～100%負(fù)荷區(qū)間范圍內(nèi)共10個負(fù)荷點對應(yīng)的燃?xì)庹{(diào)節(jié)閥、一次風(fēng)門、二次風(fēng)門、主風(fēng)機(jī)頻率、FGR調(diào)節(jié)閥、FGR風(fēng)機(jī)頻率參數(shù)定值，制定燃?xì)忮仩t升降負(fù)荷曲線，各負(fù)荷點之間控制參數(shù)等比例變化。最終使NOx排放、CO排放、氧量、排煙溫度等各項參數(shù)在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，同時保持燃?xì)忮仩t燃燒穩(wěn)定、排放達(dá)標(biāo)、效率優(yōu)化?？刂茀?shù)定值設(shè)置如表1所示。

表1 燃燒調(diào)整參數(shù)控制表

后期隨著環(huán)境溫度、燃料熱值等因素變化，還可以通過耦合燃?xì)忮仩t的啟停工況、不同負(fù)荷段及各種可能引起燃燒排放NOx超標(biāo)或超出最佳控制區(qū)間的因素，通過基于PID控制原理結(jié)合自適應(yīng)控制技術(shù)，準(zhǔn)確快速平穩(wěn)地自動調(diào)節(jié)煙氣再循環(huán)調(diào)閥開度及送風(fēng)機(jī)頻率偏置，通過疊加到原預(yù)置曲線開度的方式，實現(xiàn)NOx排放的自適應(yīng)調(diào)整，邏輯設(shè)計如圖4所示。在穩(wěn)定燃燒的前提下，自動擴(kuò)大鍋爐升降負(fù)荷曲線的適應(yīng)范圍，實現(xiàn)不同實際工況下的達(dá)標(biāo)排放。

3.5 項目驗收

改造施工完成且設(shè)備調(diào)試正常穩(wěn)定后，需要經(jīng)以下第三方單位檢驗及測試，才能完成驗收并取得環(huán)保補(bǔ)貼：（1）向具備特種設(shè)備檢驗資質(zhì)的單位申請進(jìn)行燃?xì)忮仩t外檢并檢驗合格；（2）在外檢合格的基礎(chǔ)上，進(jìn)行第三方能效測試，鍋爐熱效率需滿足DB33/T800《鍋爐運行能效限額及監(jiān)測技術(shù)要求》規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)值的要求；（3）在外檢合格的基礎(chǔ)上，進(jìn)行第三方排放測試，氮氧化物排放不高于30mg/m3且其他污染物排放達(dá)標(biāo)；（4）涉及CEMS設(shè)備改造范圍的還需進(jìn)行第三方煙氣連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)比對測試，測試結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)要求；（5）涉及環(huán)保補(bǔ)貼需根據(jù)當(dāng)?shù)卣畬嶋H政策要求向市場監(jiān)督管理局和生態(tài)環(huán)境局申請驗收并提供驗收資料，驗收通過并向社會公示后依法依規(guī)取得。

4 項目改造亮點

本項目針對原燃?xì)忮仩t累計運行時間短、使用率不高的現(xiàn)狀，在滿足安全性和氮氧化物排放要求的同時，按照最大限度利舊的原則，降低排放、降低成本、提高設(shè)備的安全可靠性和運行效率，創(chuàng)新挖掘出以下工程亮點：（1）采用燃燒器升級為低氮燃燒器的改造方式。僅需將燃燒頭更換為低氮燃燒頭，燃?xì)忾y組和原燃燒器殼體可利舊，燃燒器與鍋爐前墻接口尺寸不變，無須改變鍋爐前墻結(jié)構(gòu)布局，既節(jié)約了成本，又最大程度減少現(xiàn)場改造工作量，避免對鍋爐結(jié)構(gòu)改動引起的各種報批手續(xù)。（2）燃燒器調(diào)節(jié)方式由原有的機(jī)械比例調(diào)節(jié)升級為電子比例調(diào)節(jié)，提高了燃燒控制的調(diào)節(jié)精度和調(diào)節(jié)可靠性；同時，燃燒器控制方式由程控器升級為DCS控制，方便后期對燃燒控制進(jìn)行調(diào)整、監(jiān)督和分析記錄。（3）創(chuàng)新應(yīng)用自適應(yīng)燃燒調(diào)整技術(shù)，F(xiàn)GR調(diào)節(jié)閥及送風(fēng)機(jī)變頻協(xié)同參與NOx調(diào)節(jié)的控制燃?xì)忮仩t，實現(xiàn)不同負(fù)荷段、不同工況下NOx排放參數(shù)的自適應(yīng)控制。

5 結(jié)語

采用升級低氮燃燒器加煙氣外循環(huán)的方式對50t/h燃?xì)忮仩t進(jìn)行低氮改造，能最大限度地利用原有設(shè)備，改造可靠性高、施工難度低、實施效果好。通過低氮改造實現(xiàn)燃?xì)忮仩t氮氧化物排放濃度不高于30mg/m3的目標(biāo)，符合《鍋爐大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB3301/T 0250-2018）的標(biāo)準(zhǔn)要求。在取得環(huán)保補(bǔ)貼的同時，大幅減小燃?xì)忮仩t污染物排放，并有效提升燃?xì)忮仩t運行靈活性和穩(wěn)定性，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。