王承亮

摘 要：為解決某單位300 MW鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量及爐渣份額升高的問題，分別從鍋爐低氮燃燒改造方案、鍋爐爐渣含碳量和份額升高機(jī)理、鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量和鍋爐配風(fēng)方式四方面進(jìn)行了機(jī)理研究，分析確定了鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量偏低是導(dǎo)致爐渣含碳量和爐渣含碳量份額升高的主要原因，并根據(jù)此原理進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后，爐渣含碳量明顯降低，此問題的成功解決，為優(yōu)化改進(jìn)鍋爐低氮燃燒改造后經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)提出了進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)的建議。

關(guān)鍵詞：低氮 爐渣含碳量 配風(fēng) 動(dòng)量

中圖分類號(hào)：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）08（c）-0119-03

To research Themechanism of Carboncontent in Slag of High After Boiler of low NOx Combust ion Transformati on and Field Practice

Wang Chengliang

（Huadianguojitechnicalservicecenter，Jinancity Shandong，250014，China）

Abstract：In order to solve a 300MW unit boiler of low NOx combustion after the transformation of carbon content in slag high and the slag share elevations，respectively research from the low nitrogen combustion retrofit scheme，carbon content in slag and share high mechanism，boiler thermal state dynamic field rotation momentum and boiler air distribution mode，from four aspects of the mechanism research，analysis and determination of the boiler thermal power field lower rotation momentum is the main cause of the carbon content in slag and the slag carbon share increased，and the adjustment and optimization of thermal field according to this principle，through the optimization and adjustment，the carbon content in slag decreased significantly，the successful solution of the question，it accumulated valuable experience to optimize the improvement economy operation level of boiler of low NOx combustion after the transformation；at the same time put forward the further optimization and improvement of boiler low NOx combustion system recommendations.

Key Words：Low nitrogen；Carbon content in slag；Air distribution；Momentum

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試數(shù)據(jù)分析，鍋爐低氮燃燒改造后，鍋爐爐渣含碳量和爐渣份額均出現(xiàn)不同程度的升高，尤其某單位300 MW燃煙煤鍋爐低氮燃燒改造后，爐渣含碳量高達(dá)20%以上并且爐渣份額較改造前增加較多，此種運(yùn)行狀況，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為分析和解決此問題，該文從鍋爐低氮燃燒改造方案、鍋爐爐渣含碳量和份額升高機(jī)理、鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量和鍋爐配風(fēng)方式4方面進(jìn)行了機(jī)理研究，分析確定了鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量不足是導(dǎo)致鍋爐爐渣含碳量和爐渣份額升高的根本原因，并進(jìn)行了鍋爐熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整取得了預(yù)期效果。其他文獻(xiàn)未見相關(guān)研究?jī)?nèi)容。

1 鍋爐設(shè)備系統(tǒng)概況

鍋爐由上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)制造的SG-1025/17.50-M885型亞臨界壓力、一次再熱、控制循環(huán)、汽包爐，鍋爐燃用煙煤。鍋爐配置三臺(tái)BBD4060A雙進(jìn)雙出鋼球磨煤機(jī)。每臺(tái)磨煤機(jī)的一側(cè)帶四角一層一次風(fēng)噴嘴，一臺(tái)磨帶兩層一次風(fēng)噴嘴。

2 鍋爐設(shè)低氮燃燒改造情況

本鍋爐低氮燃燒改造方案是在主燃燒器上方增加四層SOFA燃燒器，即LOFA1、LOFA2、HOFA1、HOFA2，四層噴口面積由AA、AB1、AB2、BC1、BC2、CC、OFA2輔助風(fēng)噴口縮小的面積基本相等，四層SOFA風(fēng)占總二次風(fēng)量的30%左右，即燃燒器區(qū)域二次風(fēng)量降低了約30%，通過采取取消OFA2風(fēng)和減少輔助風(fēng)噴口面積的方式來實(shí)現(xiàn)。其中六層一次風(fēng)，分別為A1、A2、B1、B2、C1、C2；油二次風(fēng)布置三層，分別為A、B、C風(fēng)；輔助風(fēng)布置六層，分別為AA、AB1、AB2、BC1、BC2、CC風(fēng)；燃盡風(fēng)布置一層OFA1（OFA2封堵）。

鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)改造后鍋爐供風(fēng)情況發(fā)生了變化，燃燒器區(qū)域過量空氣系數(shù)降到0.8%左右（即燃燒器區(qū)域二次風(fēng)量降低了約30%），SOFA風(fēng)區(qū)域達(dá)到1.2%左右，實(shí)現(xiàn)降低氮氧化物的目的。改造后的煤粉燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)（見表1）。

SOFA風(fēng)和部分二次風(fēng)采取反切以實(shí)現(xiàn)空氣分級(jí)，采取水平濃淡燃燒器濃側(cè)反切技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃料分級(jí)。SOFA風(fēng)形成假想切圓直徑1290 mm的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓；A1、A2、B1、B2、C1、C2、AA、CC、OFA1形成假想切圓直徑1290 mm的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓；A、B、C、AB1、BC1較AA反切15?進(jìn)入爐膛形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓；AB2、BC2較AB1反切10?進(jìn)入爐膛形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)切圓。

3 鍋爐低氮燃燒改造后運(yùn)行現(xiàn)狀

鍋爐低氮燃燒改造后，機(jī)組負(fù)荷300 MW時(shí)6 m看火孔有“著火”現(xiàn)象且溫度非常高（達(dá)到500 ℃以上），爐渣含碳量高達(dá)20%以上（見表2），并且根據(jù)灰渣量綜合分析，爐渣份額也增加較多（改造前一般按10%估算，改造后爐渣份額遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10%，初步估算達(dá)到20%左右），不僅導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性嚴(yán)重降低，同時(shí)因爐渣黏貼渣倉(cāng)不能正常下渣（因爐渣含碳量太高）。

4 鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量及份額增加機(jī)理分析

4.1 爐渣含碳量和份額增加的運(yùn)行機(jī)理

煤粉鍋爐四角切圓燃燒器穩(wěn)燃和強(qiáng)化燃燒的機(jī)理就是在爐膛內(nèi)形成強(qiáng)有力的旋轉(zhuǎn)風(fēng)環(huán)[1]，實(shí)現(xiàn)四角相互引燃的目的，故四角切圓燃煤煤粉鍋爐高效、穩(wěn)定燃燒的根本要素是在爐膛內(nèi)形成強(qiáng)有力的逆時(shí)針強(qiáng)風(fēng)環(huán)，并且逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的強(qiáng)風(fēng)環(huán)動(dòng)量越大，鍋爐穩(wěn)燃能力越強(qiáng)、攜帶能力越強(qiáng)、爐渣份額也就越?。蝗绻麖?qiáng)風(fēng)環(huán)動(dòng)量較小，則強(qiáng)風(fēng)環(huán)攜帶能力就降低，大部分較大粒徑的未燃盡爐渣就落入冷灰斗，此種運(yùn)行方式，將導(dǎo)致爐渣含碳量和份額增加，嚴(yán)重影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。下面將針對(duì)本鍋爐低氮燃燒改造方案進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)量研究，從而確定優(yōu)化鍋爐燃燒的改進(jìn)建議。

4.2 鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量研究

根據(jù)改造后主燃燒器切圓布置圖分析，形成鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)切圓主動(dòng)量為一次風(fēng)、一次風(fēng)周界風(fēng)和三層AA、CC、OFA1二次風(fēng)，其中AA、CC、OFA1是形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)量，一次風(fēng)是形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的輔助主動(dòng)量1，一次風(fēng)周界風(fēng)是形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的輔助主動(dòng)量2；A、AB1、B、BC1、C是形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的反動(dòng)量[2]，AB2、BC2是形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的反動(dòng)量2；反動(dòng)量的作用有一定的抵消主動(dòng)量的作用[3]，即反動(dòng)量越大、主動(dòng)量越小。詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析如下。

（1）AA、CC、OFA1是形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的主動(dòng)量。

M主動(dòng)量=MAA+MCC+MOFA1

式中：MAA：AA輔助風(fēng)動(dòng)量；MCC：CC輔助風(fēng)動(dòng)量；MOFA1：OFA1風(fēng)動(dòng)量；M主動(dòng)量：形成熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)的主動(dòng)量。

（2）一次風(fēng)是形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的輔助主動(dòng)量1。

M輔助主動(dòng)量

1=MA1+MA2+MB1+MB2+MC1+MC2

式中：MA1：A1燃燒器一次風(fēng)動(dòng)量；MA2：A2燃燒器一次風(fēng)動(dòng)量；MB1：B1燃燒器一次風(fēng)動(dòng)量；MB2：B2燃燒器一次風(fēng)動(dòng)量；MC1：C1燃燒器一次風(fēng)動(dòng)量；MC2：C2燃燒器一次風(fēng)動(dòng)量；M輔助主動(dòng)量1：一次風(fēng)輔助動(dòng)量。

（3）一次風(fēng)周界風(fēng)是形成逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的輔助主動(dòng)量2。

M輔助主動(dòng)量2=MA1周界風(fēng)+MA2周界風(fēng)+MB1+周界風(fēng)MB2周界風(fēng)+MC1周界風(fēng)+MC2周界風(fēng)

式中：MA1周界風(fēng)：A1燃燒器周界風(fēng)一次風(fēng)動(dòng)量；MA2周界風(fēng)：A2燃燒器一次風(fēng)周界風(fēng)動(dòng)量；MB1周界風(fēng)：B1燃燒器一次風(fēng)周界風(fēng)動(dòng)量；MB2周界風(fēng)：B2燃燒器一次風(fēng)周界風(fēng)動(dòng)量；MC1周界風(fēng)：C1燃燒器一次風(fēng)周界風(fēng)動(dòng)量；MC2周界風(fēng)：C2燃燒器一次風(fēng)周界風(fēng)動(dòng)量；M輔助主動(dòng)量2：一次風(fēng)周界風(fēng)輔助動(dòng)量。

（4）形成鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的總主動(dòng)量。

M總主動(dòng)量=M主動(dòng)量+M輔助主動(dòng)量1+M輔助主動(dòng)量2

式中：M主動(dòng)量：形成熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)的主動(dòng)量；M輔助主動(dòng)量1：一次風(fēng)輔助動(dòng)量；M輔助主動(dòng)量2：一次風(fēng)周界風(fēng)輔助動(dòng)量。

（5）A、AB1、B、BC1、C是形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的反動(dòng)量1[3]。

M反動(dòng)量1=MA+MAB1+MB+MBC1+MC

式中：MA：A層油二次風(fēng)動(dòng)量；MB：B層油二次風(fēng)動(dòng)量；MC：C層油二次風(fēng)動(dòng)量；MAB1：AB1層二次風(fēng)動(dòng)量；MBC1：BC1層二次風(fēng)動(dòng)量；M反動(dòng)量1：A、AB1、B、BC1、C形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的反動(dòng)量1。

（6）主動(dòng)量與反動(dòng)量1形成的合動(dòng)量1。

M合動(dòng)量1=M主動(dòng)量2+M反動(dòng)量12+2M主動(dòng)量*M反動(dòng)量1*cos15?

式中：M合動(dòng)量1：形成熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)的合動(dòng)量1；M主動(dòng)量：形成熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)的主動(dòng)量；M反動(dòng)量1：A、AB1、B、BC1、C形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的反動(dòng)量1。

（7）AB2、BC2是形成順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的反動(dòng)量2。

M反動(dòng)量2=MAB2+MBC2

式中：MAB2：AB2層二次風(fēng)動(dòng)量；MBC2：BC2層二次風(fēng)動(dòng)量；M反動(dòng)量2：AB2、BC2層二次風(fēng)形成的反動(dòng)量。

（8）合動(dòng)量1與反動(dòng)量2形成的總合動(dòng)量。

M總合動(dòng)量=M合動(dòng)量12+M反動(dòng)量22+2M合動(dòng)量1*

M反動(dòng)量2*cos10?

式中：M總合動(dòng)量：形成熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)的總合動(dòng)量；M反動(dòng)量2：AB2、BC2層二次風(fēng)形成的反動(dòng)量。

（9）總合動(dòng)量、合動(dòng)量1、主動(dòng)量之間的關(guān)系及優(yōu)化燃燒調(diào)整機(jī)理。

M總合動(dòng)量

并且A、AB1、B、BC1、C反切角度越大、動(dòng)量越大[4]，M合動(dòng)量1低于M主動(dòng)量越多；AB2、BC2層二次風(fēng)反切角度越大、動(dòng)量越大，M總合動(dòng)量低于M合動(dòng)量1越多，即鍋爐熱態(tài)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量越小，鍋爐燃燒穩(wěn)定性就越低、攜帶能力越差。

根據(jù)鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量數(shù)據(jù)計(jì)算分析結(jié)果，為盡可能增加鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量[5]，燃燒優(yōu)化調(diào)整方向：增加形成主動(dòng)量的AA、CC、OFA1動(dòng)量；增加投運(yùn)燃燒器形成輔助動(dòng)量的A1、A2、B1、B2、C1、C2周界風(fēng)動(dòng)量；盡可能降低AB2、BC2兩層二次風(fēng)的動(dòng)量；因A、B、C三層油二次風(fēng)設(shè)計(jì)有旋流穩(wěn)燃罩，油二次風(fēng)剛性較差形不成有效動(dòng)量，應(yīng)盡可能降低油二次風(fēng)動(dòng)量；同時(shí)為確保燃燒器區(qū)域合理供氧，AB1二次風(fēng)保持一定動(dòng)量，BC1二次風(fēng)動(dòng)量盡量降低。

5 鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量高現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試研究

5.1 現(xiàn)鍋爐配風(fēng)方式下鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量

為分析鍋爐爐渣含碳量和份額增加的原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鍋爐配風(fēng)情況（見表3）進(jìn)行了鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量分析。根據(jù)提出鍋爐配風(fēng)方式優(yōu)化建議，分析現(xiàn)鍋爐配風(fēng)方式存在如下問題：油二次風(fēng)擋板開度偏大；AB2、BC2兩層二次風(fēng)擋板開度偏大；CC、OFA兩層二次風(fēng)擋板開度偏小；AB1層二次風(fēng)擋板開度偏??；BC1層二次風(fēng)擋板開度偏大。此種配風(fēng)方式，導(dǎo)致鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量低，鍋爐燃燒穩(wěn)定性低，同時(shí)使得熱態(tài)氣流攜帶能力降低、爐渣含碳量和份額升高。

5.2 鍋爐優(yōu)化配風(fēng)熱態(tài)調(diào)試試驗(yàn)及試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上鍋爐優(yōu)化建議，提出如表4的鍋爐優(yōu)化配風(fēng)建議并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)熱態(tài)調(diào)試（入爐煤干燥無灰基揮發(fā)分38%左右，燃燒器周界風(fēng)開度增開至30%），鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行2小時(shí)后，現(xiàn)場(chǎng)觀察鍋爐6 m看火孔位置溫度降至正常水平，取樣化驗(yàn)飛灰、爐渣可燃物，分別為1.9%、8.7%，基本達(dá)到正常水平，取得了非常滿意的預(yù)期效果。但從鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況分析，燃燒穩(wěn)定性仍差于低氮燃燒改造前，爐渣可燃物仍偏高。

6 結(jié)語(yǔ)

為解決某單位300 MW鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量及爐渣份額升高的問題，分別從鍋爐低氮燃燒改造方案、鍋爐爐渣含碳量和份額升高機(jī)理、鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量和鍋爐配風(fēng)方式4方面進(jìn)行了機(jī)理研究，分析確定了鍋爐熱態(tài)動(dòng)力場(chǎng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)量偏低是導(dǎo)致爐渣含碳量和爐渣含碳量份額升高的主要原因，并根據(jù)此原理進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)熱態(tài)優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)過優(yōu)化調(diào)整后，爐渣含碳量明顯降低，此問題的成功解決，為優(yōu)化改進(jìn)鍋爐低氮燃燒改造后經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)提出了進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)的建議。

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