董全文

(大唐信陽發(fā)電有限責(zé)任公司，河南 信陽 464100)

某電廠300 MW機(jī)組于2001年投入運(yùn)行，鍋爐NOx排放濃度為907.9～1063.9 mg/Nm3，為了降低脫硝運(yùn)行成本，2013年利用機(jī)組大修在省煤器出口加裝了選擇性催化還原法(SCR)煙氣脫硝裝置，同步進(jìn)行了鍋爐低氮燃燒器的改造。低氮燃燒器改造后，雖然NOx降幅很大，省煤器出口NOx排放濃度能降至450～550 mg/Nm3，NOx排放能滿足國家環(huán)保要求［1］，但也出現(xiàn)了分隔屏易超溫、過熱器減溫水量大、飛灰可燃物上升、鍋爐效率下降、低負(fù)荷時(shí)主、再熱汽溫偏低及低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性降低等問題。因此，本文針對(duì)上述問題，闡述了低氮燃燒器改造過程，分析了燃燒工況，并提出采取優(yōu)化控制鍋爐運(yùn)行氧量、取消下兩層SOFA燃燼風(fēng)門反切、優(yōu)化一、二次風(fēng)配比及燃燒器擺角的調(diào)節(jié)、優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式、低負(fù)荷不按低氮控制等措施，以提高了鍋爐燃燒穩(wěn)定性，保證300 MW機(jī)組運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)性、安全性與NOx排放控制的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

1 低氮燃燒器改造過程

某電廠300 MW機(jī)組SG1025/17.4－M847型鍋爐為上海鍋爐廠制造的亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)、固態(tài)排渣爐。鍋爐為Π型布置，采用平衡通風(fēng)、四角切向燃燒、配4臺(tái)低速鋼球磨中儲(chǔ)式制粉系統(tǒng)。設(shè)計(jì)煤種為鄭州地區(qū)貧瘦煤。鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

表1 某電廠鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)Tab.1 A power plant boiler design parameters

改造前燃燒器采用成熟的四角切向燃燒技術(shù)，一次風(fēng)設(shè)計(jì)采用WR燃燒器，相對(duì)集中布置?；诿悍鄣偷紵碚摚捎眯滦透咝У蚇Ox燃燒器與爐內(nèi)二次可控燃燒相結(jié)合的低NOx燃燒技術(shù)(SCC)，以實(shí)現(xiàn)鍋爐的潔凈高效燃燒。

1.1 采用水平濃淡低NOx煤粉燃燒器

在煤粉噴嘴前，通過偏流裝置使煤粉濃縮分離成濃淡兩股，利用燃料水平分級(jí)燃燒原理有效降低著火初期的NOx生成量。噴嘴設(shè)擾流鈍體，一方面可卷吸高溫?zé)煔饣亓鳎硪环矫媸節(jié)庀嗝悍墼诶@流時(shí)偏離空氣，射入高溫回流煙氣區(qū)域，強(qiáng)化出口氣流著火和燃燒，在燃燒器鈍體下游可形成高濃度煤粉在高溫?zé)煔庵袧獾钋费跞紵?，從而有效控制燃燒初期NOx的生成量［2］。噴口周圍保留適當(dāng)噴口面積的周界風(fēng)，推遲周界風(fēng)向一次風(fēng)內(nèi)的混入，防止噴口結(jié)渣及噴口高溫變形或燒壞。

1.2 增加爐內(nèi)二次可控燃燒系統(tǒng)(SCC)

將燃燒所需二次風(fēng)沿爐膛垂直方向分級(jí)供入，主燃區(qū)空氣量與理論空氣量的比值由原來λ=1.2變?yōu)棣?0.85～0.90，SOFA燃燼風(fēng)率為0.17～0.23。在主燃燒器上方增裝三層SOFA燃燼風(fēng)噴嘴。SOFA燃燼風(fēng)噴嘴可實(shí)現(xiàn)垂直電動(dòng)擺動(dòng)和水平手動(dòng)調(diào)節(jié)。運(yùn)行時(shí)可根據(jù)鍋爐運(yùn)行狀況對(duì)SOFA噴口擺動(dòng)角度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，可有效地進(jìn)行煙氣消旋，減少爐膛出口煙溫偏差，保證過熱器管壁溫正常。

1.3 調(diào)整主燃區(qū)二次風(fēng)噴口布置

對(duì)于主燃燒器區(qū)二次風(fēng)噴口應(yīng)根據(jù)分級(jí)燃燒目的進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化各噴口面積，同時(shí)保證主燃區(qū)二次風(fēng)風(fēng)速與改造前一致，在保證穩(wěn)定燃燒的同時(shí)實(shí)現(xiàn)控制NOx生成?？紤]鍋爐運(yùn)行中爐渣含碳量偏高的影響因素，在A層一次風(fēng)噴口下增設(shè)一層二次風(fēng)燃燒器噴口，從而增加底部風(fēng)量，延長大顆粒煤粉燃燒時(shí)間，控制爐渣含碳量。

1.4 三次風(fēng)及SOFA燃燼風(fēng)優(yōu)化布置

主燃燒器一次風(fēng)及二次風(fēng)逆時(shí)針方向布置，三次風(fēng)順時(shí)針方向布置，與一、二次風(fēng)方向主軸反偏10°。SOFA燃燒器順時(shí)針方向布置，與一、二次風(fēng)方向主軸反偏6°。三次風(fēng)與SOFA燃燼風(fēng)共同起消旋風(fēng)作用。

2 低氮燃燒器改造后存在的問題及原因分析

對(duì)低氮燃燒器改造后，省煤器出口NOx排放濃度從改造前的907.9～1063.9 mg/Nm3降至450～550 mg/Nm3以下，通過脫硝系統(tǒng)后，煙囪入口NOx排放量小于100 mg/Nm3，能滿足國家的新環(huán)保要求。但低氮燃燒器改變了鍋爐燃燒工況、爐膛溫度分布以及鍋爐各受熱面吸熱量比例等，給機(jī)組帶來一些負(fù)面影響［3］。

2.1 分隔屏易超溫，過熱器減溫水量增大

在低氮燃燒器改造時(shí)，在主燃燒器上方標(biāo)高23 500～26 500 mm處增裝了三層SOFA燃燼風(fēng)噴嘴，同時(shí)將三次風(fēng)相應(yīng)上移。根據(jù)分級(jí)燃燒的原理，在主燃區(qū)和燃燼區(qū)各建立了一個(gè)熱負(fù)荷中心，相同負(fù)荷下火焰中心較改造前上移較多，由于分隔屏在爐膛正上方，故分隔屏壁溫易超溫。

在加裝脫硝裝置后，空氣預(yù)熱器運(yùn)行環(huán)境變差，腐蝕和積灰使空氣預(yù)熱器壓差增大［6］。為了防止引風(fēng)機(jī)入口負(fù)壓不超限，高負(fù)荷二次風(fēng)箱壓力控制較改造前低很多，導(dǎo)致二次風(fēng)速降低;燃燒器A、B、C三層粉嘴進(jìn)行了上移，同時(shí)為了防止一次粉管堵管，一次風(fēng)速控制較設(shè)計(jì)值高，造成燃燒著火相應(yīng)推遲及分隔屏超溫。

由于三次風(fēng)與SOFA風(fēng)共同起反切作用，制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式不同及各SOFA層風(fēng)門開度調(diào)整不合理，導(dǎo)致無法形成有效的消旋流場，爐膛出口煙氣流場發(fā)生向某一側(cè)偏移，引發(fā)分隔屏超溫。隨著機(jī)組負(fù)荷、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式、SOFA層風(fēng)門開度不同，兩側(cè)煙溫偏差及分隔屏各超溫測(cè)點(diǎn)位置均發(fā)生變化。

為了避免分隔屏壁溫超溫，運(yùn)行人員不得不投入大量過熱器減溫水，導(dǎo)致機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性下降。

2.2 飛灰可燃物上升

在低氮燃燒器改造后，飛灰可燃物較改造前提高了1% ～2%，拉動(dòng)供電煤耗上升1.8～3.6 g/(kW·h)。若摻燒部分揮發(fā)份偏低的貧廋煤，則飛灰可燃物能達(dá)到5%以上。主要原因是低氮燃燒技術(shù)采用低溫、低氧燃燒，主燃區(qū)的溫度下降較多，控制和推遲煤粉的著火，并降低著火區(qū)的氧量，使煤粉燃燼能力下降，燃燒過程延長，飛灰可燃物增大。

在燃燒器改造時(shí)，改變了燃燒器一、二次風(fēng)噴口和燃燼風(fēng)噴口的面積，為控制脫硝SCR入口NOx含量，氧量按低限控制，燃燼風(fēng)比例較大，底層缺氧及二次風(fēng)動(dòng)量不足影響煤粉充分燃燒。燃燒器制粉系統(tǒng)三次風(fēng)噴嘴較改造前上移較多，三次風(fēng)溫偏低，帶粉量增大，致使三次風(fēng)著火推遲且燃燒不完全，導(dǎo)致飛灰可燃物上升。

該電廠一次風(fēng)管只有壓力測(cè)點(diǎn)，無風(fēng)速測(cè)量裝置，運(yùn)行人員一般根據(jù)一次風(fēng)壓作為調(diào)整一次風(fēng)速的依據(jù)，尤其機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行情況下，為防止給粉機(jī)高轉(zhuǎn)速下粉管堵粉，一次風(fēng)母管壓力一般控制在3100 Pa(風(fēng)速約30 m/s)以上，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值24 m/s。一次風(fēng)速過高會(huì)縮短爐內(nèi)燃燒時(shí)間，導(dǎo)致飛灰可燃物上升。

2.3 低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性下降

在低氮燃燒器改造后，機(jī)組負(fù)荷降至170 MW以下時(shí)會(huì)出現(xiàn)B、C層燃燒器火焰變短，火焰電視變黑等現(xiàn)象，燃燒穩(wěn)定性下降，不得不投入油槍穩(wěn)燃。對(duì)于燃燒低劣質(zhì)煤種時(shí)，低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)定性更為明顯，這是由于采用低溫、低氧燃燒，爐膛溫度下降，煤粉在低溫缺氧情況下著火推遲，使燃燼能力下降，爐內(nèi)燃燒工況較改造前變差，導(dǎo)致鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃能力下降。

2.4 低負(fù)荷主、再熱汽溫偏低

通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，爐膛溫度分布均勻，分級(jí)燃燒建立，機(jī)組在高負(fù)荷主、再熱汽溫基本能達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)。低負(fù)荷時(shí)主、再熱汽溫偏低，尤其單套制粉系統(tǒng)運(yùn)行，過熱汽溫最低時(shí)達(dá)到504℃左右，再熱汽溫低達(dá)到495℃左右。主要原因是低負(fù)荷時(shí)考慮機(jī)組穩(wěn)定性，燃燼風(fēng)SOFA風(fēng)門開度較小，分級(jí)燃燒未完全建立，熱負(fù)荷中心主要集中在主燃區(qū)，火焰中心下移，導(dǎo)致主、再熱汽溫偏低。當(dāng)投運(yùn)單臺(tái)制粉系統(tǒng)時(shí)，燃燒器四角只能夠投運(yùn)一個(gè)對(duì)角三次風(fēng)而無法形成有效的消旋流場，使對(duì)角三次風(fēng)的氣固兩相流速不均勻，導(dǎo)致流場紊亂，使?fàn)t膛出口煙氣流場偏差增加，引發(fā)分隔屏超溫，過熱器減溫水量大增，屏后煙溫降低，限制了過、再熱汽溫增加。

3 治理方案及效果

3.1 優(yōu)化控制鍋爐運(yùn)行氧量

降低過量空氣系數(shù)和氧量，使煤粉在缺氧的條件下燃燒，有利于抑制NOx的生成，但缺氧的話，鍋爐飛灰可燃物就會(huì)增加，鍋爐效率將會(huì)受到影響［4］。既要低氮，又要降低飛灰可燃物提高鍋爐效率，就是要通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，尋求一個(gè)最佳的運(yùn)行氧量，在NOx排放濃度在允許的范圍內(nèi)，使排煙損失和氣體、固體未燃燼損失之和最低，鍋爐效率最高。

低氮燃燒器改造前，風(fēng)量大，氧量高一些，有利于主、再熱汽溫的控制。但低氮燃燒器是建立在分級(jí)燃燒基礎(chǔ)上的，氧量與主再熱汽溫并不是一個(gè)成正比例的關(guān)系，所以在合理風(fēng)量下，若再提高風(fēng)量，主燃區(qū)在富氧情況下燃燒，則使NOx濃度大大提高，不利于燃燼區(qū)熱負(fù)荷中心的建立，而且使主、再熱汽溫較設(shè)計(jì)值偏低較多。通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)證明，機(jī)組負(fù)荷270～300 MW控制氧量為2.5%，負(fù)荷225～270 MW控制氧量為3.5%，負(fù)荷180～225 MW控制氧量為4%，負(fù)荷150～180 MW控制氧量為5.5%，能使NOx排放濃度、飛灰可燃物、主再熱汽溫等均有一個(gè)較好的水平。

3.2 取消下兩層SOFA燃燼風(fēng)門反切

通過調(diào)整SOFA燃燼風(fēng)左右擺角，將中、下層SOFA燃燼風(fēng)調(diào)成與一次風(fēng)及二次風(fēng)一致，均為逆時(shí)針方向布置，保留上層SOFA燃燼風(fēng)與一次風(fēng)及二次風(fēng)反切。根據(jù)不同負(fù)荷及制粉系統(tǒng)的搭配運(yùn)行方式，配合主燃燒器消旋二次風(fēng)及其它二次風(fēng)比例，以控制爐膛出口煙氣溫度及煙氣量的偏差，有利于分隔屏壁溫的控制，從而減少過熱器一級(jí)減溫水量提高汽溫［5］。

3.3 優(yōu)化一、二次風(fēng)配比調(diào)節(jié)

一、二次風(fēng)的調(diào)節(jié)對(duì)調(diào)整飛灰可燃物、NOx的生成、主再熱汽溫以及燃燒的穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。在一次風(fēng)管不堵塞的情況下，降低一次風(fēng)速，提高二次風(fēng)速，增加空氣與煤粉的擾動(dòng)，增加煤粉可燃物質(zhì)與空氣的接觸機(jī)會(huì)，可使燃燒趨向于完全。一般低負(fù)荷情況一次風(fēng)壓箱壓力控制在2700 Pa，高負(fù)荷情況一次風(fēng)箱壓力控制不超過3000 Pa，這樣有利于延長煤粉在主燃燒區(qū)的停留時(shí)間。在一次粉管上加裝風(fēng)速測(cè)量裝置，可將一次風(fēng)速控制在設(shè)計(jì)值24 m/s。

不恰當(dāng)?shù)臓t內(nèi)二次風(fēng)配風(fēng)方式，影響分級(jí)燃燒的建立，還會(huì)削弱三次風(fēng)及燃燼風(fēng)的反切圓消旋效果，出現(xiàn)煙氣溫度、流速等過大的偏差等問題［7］。考慮到低負(fù)荷SOFA層風(fēng)門開度小，適當(dāng)開啟FF層風(fēng)門，可以補(bǔ)充后期三次風(fēng)帶粉燃燒時(shí)所需的氧量，有利于燃燒充分。通過熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，制定了典型負(fù)荷下運(yùn)行配風(fēng)指導(dǎo)卡片，如表2所示。

表2 典型負(fù)荷下運(yùn)行配風(fēng)指導(dǎo)卡片Tabl.2 Operation with the wind guide card under typical load %

3.4 燃燒器擺角的調(diào)節(jié)

燃燒器擺角上揚(yáng)，火焰中心上移，有利于提高主、再熱汽溫，使飛灰可燃物增大。擺動(dòng)幅度過大和過于頻繁不利于穩(wěn)燃。為了解決低負(fù)荷主再熱汽溫偏低問題，保持A、B層燃燒器擺角開度50%在水平位，將C、D層燃燒器向上擺動(dòng)20%，主、再熱汽溫升高比較明顯。高負(fù)荷時(shí)分級(jí)燃燒建立，火焰中心已上移，保持燃燒器擺角在水平位，有利于飛灰可燃物的降低。

3.5 優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式

制粉系統(tǒng)的搭配方式對(duì)主、再熱汽溫及減溫水量的大小均有較大的影響。盡量保證兩套三次風(fēng)能形成對(duì)角的制粉系統(tǒng)運(yùn)行，有利于建立有效的消旋流場，控制分隔屏的超溫，從而減少過熱器一級(jí)減溫水量。在機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，若單臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，則增投D層D2或D3給粉機(jī)，對(duì)提高主再熱汽溫效果明顯。

3.6 低負(fù)荷的穩(wěn)燃

機(jī)組在170 MW以下低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐效率已經(jīng)較低，若按照低氮方式運(yùn)行，則更會(huì)進(jìn)一步降低經(jīng)濟(jì)性，使鍋爐效率進(jìn)一步降低。若入爐煤熱值有波動(dòng)，熱值較低，則按低氮方式減小主燃區(qū)二次風(fēng)門開度有熄火的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)組在170 MW以下低負(fù)荷時(shí)，不按低氮方式運(yùn)行，保持SOFA風(fēng)門較小開度，保證主燃區(qū)充足的二次風(fēng)和氧量，有利于燃燒穩(wěn)定。

3.7 治理效果

實(shí)踐證明，采取上述調(diào)整措施，煙氣中的 NOx排放值可以控制在550 mg/m3以下，煙氣中飛灰可燃物平均值不大于1.6%，鍋爐效率基本上不會(huì)降低。機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)不按低氮控制，可以使鍋爐燃燒穩(wěn)定性大大提高。機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行，爐側(cè)主汽溫能達(dá)到538℃，再熱汽溫能達(dá)到532℃，單臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)爐側(cè)主汽溫可以達(dá)到534℃，再熱蒸汽溫度平均值也達(dá)到525℃，超過了機(jī)組150 MW負(fù)荷對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)值。

4 結(jié)論

1)機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)控制氧量偏低，有利于分級(jí)燃燒的建立;低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)控制氧量偏高，有利于主、再熱汽溫的控制。保證一次風(fēng)管不堵塞的情況下降低一次風(fēng)速，可以保證運(yùn)行中經(jīng)濟(jì)性、安全性與NOx排放控制的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

2)機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，將C、D層燃燒器向上擺動(dòng)20%，主、再熱汽溫升高比較明顯。高負(fù)荷保持燃燒器擺角在水平位，有利于飛灰可燃物的控制。取消下兩層SOFA燃燼風(fēng)門反切，根據(jù)不同負(fù)荷及制粉系統(tǒng)的搭配運(yùn)行方式，配合主燃燒器消旋二次風(fēng)及其它二次風(fēng)比例以控制爐膛出口煙氣溫度及煙氣量的偏差，有利于分隔屏壁溫的控制，從而減少過熱器減溫水量，提高了汽溫。

3)機(jī)組低負(fù)荷運(yùn)行不按低氮方式運(yùn)行，保持SOFA風(fēng)門較小開度，保證主燃區(qū)充足的二次風(fēng)和氧量，有利于燃燒穩(wěn)定。

［1］ GB 13223－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

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