吳寶海

國電吉林熱電廠 吉林吉林 132021

國電吉林熱電廠（以下簡稱吉熱廠）兩臺220MW機(jī)組鍋爐為哈爾濱鍋爐制造廠生產(chǎn)，于1986年建設(shè)投產(chǎn)。鍋爐采用四臺球磨機(jī)中間倉儲式制粉系統(tǒng)，四角布置燃燒器；燃燒系統(tǒng)采用四層煤粉一次風(fēng)與二次風(fēng)間隔布置，三次風(fēng)布置在一、二次風(fēng)的上端；每個角有一次風(fēng)噴口四只，二次風(fēng)噴口八只，三次風(fēng)噴口一只，1號排粉機(jī)帶第一層一次風(fēng)燃燒器，3號排粉機(jī)帶第二層一次風(fēng)燃燒器，其中第一層2、4號角和第二層1、3號角一次風(fēng)為裝有等離子點(diǎn)火器的燃燒器。為滿足環(huán)保政策要求，吉熱廠于2015年對兩臺220MW機(jī)組鍋爐利用分級燃燒技術(shù)進(jìn)行燃燒器改造：改造方案是以每個角原來最下排二次風(fēng)噴口為基準(zhǔn)，將原有第一層油槍二次風(fēng)噴口和第二層二次風(fēng)噴口合并為一個倒糧倉型二次風(fēng)噴口，并上提120mm，其余燃燒器整體在原有位置下沉600mm，其中三次風(fēng)噴口下沉1000mm，縮短了與最上層二次風(fēng)噴口的間距。一次風(fēng)口中間加裝水平隔板，成為濃淡型燃燒器，兩并列燃燒器中間為濃相，外緣為淡相燃燒；并將原第二層1、3號角等離子點(diǎn)火器下移至第一層，原第二層1、3號角一次風(fēng)管隨之下移至第一層，形成最下層四只一次風(fēng)燃燒器都裝有等離子點(diǎn)火器布局。二次風(fēng)噴口加裝格柵，增加風(fēng)噴出剛性。在距離三次風(fēng)噴口中心線近2200mm，安裝高度為2047mm、均勻布置、帶有格柵、三維50°擺角的三層燃燼風(fēng)。燃燒器改造前后對比見圖1：

1 鍋爐分級燃燒原理

（1）應(yīng)用鍋爐分級燃燒技術(shù)的目的是降低鍋爐燃燒過程中NOx生成量，其原理是將燃料燃燒用的助燃空氣分兩階段送入爐膛：先是將理論空氣量的80%左右從主燃燒區(qū)送入（見圖2），降低鍋爐主燃燒區(qū)的氧氣濃度，使其過?？諝庀禂?shù)α≤1，使燃料在缺氧富燃料條件下燃燒，燃料燃燒速度和溫度水平降低，該區(qū)域由于缺氧，因而NOx的生成受到抑制，主燃燒區(qū)NOX的生成量即可減少，同時燃料在燃燒過程中因α≤1時會產(chǎn)生很強(qiáng)的還原性氣氛CO、H2、C和CnHm和CHi，該還原性氣氛與NO發(fā)生還原反應(yīng)將NO還原為N2，反應(yīng)式如下：

然后再將燃燒用空氣的剩余部分由主燃燒區(qū)以外的其它部位送入，與主燃燒區(qū)生成的煙氣混合，使未燃燼的燃料在該區(qū)域燃燼。雖然這時的空氣量多，但由于火焰溫度較低，在第二級內(nèi)也不會生成較多的NOX。這樣，燃料的燃燒過程在爐內(nèi)分級分階段地來進(jìn)行，從而控制鍋爐燃燒過程中NOX的生成反應(yīng)，降低了煙氣NOX的排放濃度（見圖2）。

圖1 鍋爐燃燒器改造前后對比圖

圖2 鍋爐分級燃燒技術(shù)示意圖

在圖2鍋爐分級燃燒技術(shù)示意圖的主燃燒區(qū)上部設(shè)置了2～3層燃燼風(fēng)噴口（SOFA），將燃燒所需的總風(fēng)量剩余的約20%風(fēng)量經(jīng)此噴口送入爐膛，借以減少主燃燒區(qū)的氧濃度，抑制NOX的生成。燃燼風(fēng)口提供燃料燃燼所需的其余空氣，用來保證燃料的完全燃燒。這種燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)的技術(shù)關(guān)鍵是：

（2）合理確定燃燼風(fēng)噴口與燃燒器最上層一次風(fēng)噴口的距離H。距離大，分級效果好，NOX下降幅度大，但飛灰可燃物會增加。合適的距離與爐膛結(jié)構(gòu)、燃料種類有關(guān)。根據(jù)前全蘇熱工研究所試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，H由下式計(jì)算：

（3）燃燼風(fēng)量要適量。風(fēng)量大，分級效果好，但可能引起燃燒器區(qū)域嚴(yán)重缺氧而出現(xiàn)受熱面結(jié)焦和高溫腐蝕。對于煤粉爐，合理的燃燼風(fēng)占鍋爐總風(fēng)量的15%～20%左右；

（4）合理的燃燼風(fēng)噴口布置方式。常見的是角置式SOFA噴口，也有采用墻置式結(jié)構(gòu)，即SOFA噴口沿爐膛四面墻布置[1]。

2 吉熱廠220MW機(jī)組鍋爐燃燒器采用分級燃燒脫硝技術(shù)改造優(yōu)點(diǎn)分析

（1）國電吉林熱電廠220MW機(jī)組鍋爐燃燒器改造是在每個角增加三層燃燼風(fēng)SOFA噴口（布置高度為25．8米）的基礎(chǔ)上，將一、二風(fēng)口下移600mm，將三次風(fēng)口下移1000mm，目的是創(chuàng)造出足夠的煙氣還原高度空間，是實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒器分級燃燒改造的基礎(chǔ)。

（2）一次風(fēng)口采用濃淡型固定燃燒器。第一層和第二層燃燒器間、第三層和第四層燃燒器間為濃相燃燒，外間為淡相燃燒。濃相煤粉在低氧的環(huán)境下進(jìn)入火焰中心，由于缺氧使燃燒時間加長，燃料燃燒速度和溫度水平降低，利于抑制NOx生成的同時也利于抑制焦渣生成，有防止受熱面結(jié)焦作用；淡相煤粉離開噴口與二次風(fēng)快速混合進(jìn)入火焰中心燃燒，保證了濃相煤粉燃燒需要的熱量；同時二次風(fēng)口在風(fēng)口上均加裝了8格或12格的格柵，增強(qiáng)風(fēng)的出口剛性，提高二次風(fēng)向煤粉的滲透能力。一次風(fēng)噴口采用濃淡型燃燒器，較好的的控制了爐膛的分級燃燒，使燃燒更加有層次感的同時，提高了鍋爐燃燒穩(wěn)定性，尤其是將裝有等離子點(diǎn)火器的四只燃燒器集中布置在下部第一層，不僅利于鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)定性和穩(wěn)燃，還利于分級低氮燃燒原理的實(shí)現(xiàn)。

（3）取消最下排的兩個二次風(fēng)口，用一個倒糧倉型二次風(fēng)口取代，增強(qiáng)對底層煤粉的托舉能力，位置在原來位置提高120mm，有利于降低鍋爐不完全燃燒損失[2]。

（4）燃燒器改造后，從最底層二次風(fēng)口下邊緣到三次風(fēng)口的距離由9210mm，改進(jìn)為8220mm，原有的燃燒過程縮短了900mm，使一次風(fēng)煤粉與二次風(fēng)、三次風(fēng)的總高度縮短。煤粉在這樣短的距離內(nèi)無法充分燃燒，火焰中心溫度大大降低，需要充分發(fā)揮燃燼風(fēng)的補(bǔ)充作用。燃燼風(fēng)的底層距離三次風(fēng)口2290mm，距離最上層燃燼風(fēng)口距離4337mm，即煤粉在爐膛的燃燒距離由原來的9210mm，增加為12440mm，增加3230mm，實(shí)現(xiàn)了分級送風(fēng)的目的，見圖2所示。

（5）改造后原來最上排二次風(fēng)燃燒器與三次風(fēng)的距離由1235mm，縮短為835mm，充分運(yùn)用燃燼風(fēng)配風(fēng)分級燃燒技術(shù)達(dá)到鍋爐燃燒脫硝。

3 吉熱廠220MW機(jī)組鍋爐燃燒器采用分級燃燒脫硝技術(shù)改造缺點(diǎn)分析及改進(jìn)建議

（1）吉熱廠220MW機(jī)組鍋爐燃燒器改造屬于典型的分級燃燒脫硝改造，分級燃燒的主燃區(qū)是典型低氧燃燒，能降低爐內(nèi)燃燒溫度，從分級燃燒控制來講達(dá)到了抑制并還原NOx，降低NOx排放的目的；從經(jīng)濟(jì)燃燒調(diào)節(jié)角度講，煤粉低氧燃燒不利于可燃物燃燼，增大了固體和化學(xué)不完全燃燒損失，不利于提高鍋爐效率。合適的氧量調(diào)節(jié)需要精準(zhǔn)的配風(fēng)，精準(zhǔn)配風(fēng)就需要監(jiān)測煙氣CO含量。而吉熱廠220MW機(jī)組鍋爐送入爐內(nèi)的總風(fēng)量在實(shí)際工作中還是一個模糊的概念，燃燒過程中是否缺風(fēng)、送入爐內(nèi)的風(fēng)是否過剩還是以氧量作為唯一調(diào)節(jié)配風(fēng)依據(jù)，無煙氣CO含量在線測量表計(jì)，憑借經(jīng)驗(yàn)調(diào)整。因此建議分級送風(fēng)燃燒改造需要標(biāo)配煙氣CO含量在線監(jiān)測，可根據(jù)煙氣CO含量調(diào)節(jié)分級送風(fēng)配比，降低固體和化學(xué)不完全燃燒損失，才能做到鍋爐效率和降低煙氣NOx含量兼顧[3]。

（2）經(jīng)采用分級燃燒改造的吉熱廠220MW機(jī)組鍋爐燃燒器一、二次風(fēng)噴口采用固定式，燃燒調(diào)節(jié)手段不夠靈活，糾偏功能較弱，建議一、二風(fēng)噴口進(jìn)行可擺動改造，豐富燃燒調(diào)節(jié)手段，強(qiáng)化燃燒器糾偏功能。

（3）改造后的燃燒器飛灰可燃物含量增大。原因之一為分級燃燒技術(shù)主燃區(qū)低氧燃燒、煤粉燃燒過程延長、整體爐溫降低等為其主要技術(shù)特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)均不利于煤粉完全燃燒，導(dǎo)致飛灰可燃物含量增大；原因之二為設(shè)計(jì)人員未充分評估吉熱廠提供的入爐煤形勢，入爐煤與原鍋爐設(shè)計(jì)煤種已有不同，煤粉細(xì)度仍采用原鍋爐設(shè)計(jì)，未將煤粉細(xì)度納入燃燒器改造整體設(shè)計(jì)，煤粉細(xì)度過大是飛灰含碳量過高的又一原因。解決措施是進(jìn)行煤粉細(xì)度校核對比試驗(yàn)，適當(dāng)降低煤粉細(xì)度，并做好制粉系統(tǒng)爆破風(fēng)險和受熱面結(jié)焦風(fēng)險評估，選取安全經(jīng)濟(jì)煤粉細(xì)度。煤粉細(xì)度降低利于煤粉燃燼，降低不完全燃燒損失，提升鍋爐效率。

4 結(jié)語

綜上，通過對國電吉林熱電廠220MW機(jī)組鍋爐燃燒器采用分級燃燒技術(shù)改造存在的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析，得出220MW機(jī)組鍋爐還存在繼續(xù)優(yōu)化改造可行性，希望能為220MW機(jī)組鍋爐繼續(xù)優(yōu)化改進(jìn)提供技術(shù)改進(jìn)方向。