330MW機組鍋爐低氮燃燒改造及運行調整

摘要：介紹了天津國電津能熱電有限公司#1爐低氮燃燒器技術改造前及改造后的運行情況，通過在不同負荷下二次風配風方式優化試驗、主燃燒器、SOFA燃盡風擺角試驗、空預器漏風測量試驗、鍋爐效率測定及優化試驗等方面對本次技術改造進行綜合評定，運行結果證明，本次改造后＃1鍋爐在165MW至330MW負荷之間運行，NOx排放量大幅降低，鍋爐效率較高，爐內無結焦現象，主再熱汽溫、壁溫等參數正常。在165MW至330MW 負荷之間，基本上不投SCR就能達到現行國家排放標準，經濟效益顯著。

關鍵詞：330MW級；低氮燃燒器改造；雙尺度燃燒；運行調整

作者簡介：薛峰（1973-），男，河北邯鄲人，天津國電津能熱電有限公司，工程師。（天津 300300）信超（1971-），男，河北石家莊人，國華電力公司檢修維護部業務經理，助理工程師。（北京 100025）

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）24-0152-02

火力發電廠大氣污染排放控制問題，已經越來越受到世界各國政府的關注和重視，發達國家對污染排放控制標準較高。而處于京津唐區域的天津國電津能熱電有限公司從投產之初，就同步投入脫硫、脫硝設備，嚴格執行國家的排放標準：SO2排放控制在不大于100mg/N3，NOX排放控制在不大于200mg/N3。按照國家環保局要求，京津唐區域即將執行新的排放標準，NOX排放要求控制在不大于100mg/N3，現有的燃燒設備及脫硝系統如不改造很難達到要求，尋求一種高效、經濟的脫硝方案迫在眉睫，低氮燃燒器改造很快提上日程。天津國電津能熱電有限公司于2012年5-6月利用#1機組大修機會，完成對#1爐燃燒器更換工作。

一、設備簡介

天津國電津能熱電有限公司一期2×330MW鍋爐是采用美國燃燒工程公司(CE)技術設計和制造的。鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、單爐膛、自然循環汽包爐，固態排渣，半露天布置，全鋼構架，采用平衡通風、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，制粉系統采用中速磨冷一次風機正壓直吹式系統。鍋爐型號:HG-1102/17.5-YM33，燃用神華煤。鍋爐的設計效率93.5%，鍋爐的最大連續蒸發量為1101.6t/h；主蒸汽出口溫度為541℃，壓力為17.5MPa；再熱蒸汽出口溫度541℃，出口壓力3.617MPa，進口溫度為329.9℃，進口壓力為3.797MPa，再熱器流量為909.7t/h。設計的爐膛出口煙溫為1011℃以下。鍋爐采用四角切向燃燒、直流式擺動燃燒器。

改造前NOX排放濃度按照國家標準控制在不大于200mg/N3，每日平均耗氨量在2.5噸左右。

二、改造前#1爐效率及煙氣成分數據

1.#1鍋爐低氮燃燒器改造前鍋爐效率試驗主要數據（見表1）

表1 改造前鍋爐效率試驗數據

項目名稱單位工況一工況二工況三工況四

有功功率MW330300250200

主蒸汽壓力MPa17.2917.0216.4215.62

主蒸汽溫度℃537542.1540.25538.4

空預器A入口煙氣含氧量%2.322.423.073.34

空預器B入口煙氣含氧量%2.832.713.23.77

修正前排煙溫度℃153.49151.89153.4146.09

修正后排煙溫度℃161.51158.24159.54152.25

飛灰可燃物含量%0.910.440.280.48

爐渣可燃物含量%0.090.100.100.65

修正前鍋爐熱效率%92.5592.7892.3492.06

修正后鍋爐熱效率%92.9893.1492.7292.43

2.#1鍋爐低氮燃燒器改造前鍋爐煙氣成分主要數據（見表2）

表2 改造前鍋爐煙氣成分數據

項目名稱單位工況一工況二工況三工況四

有功功率MW330300280250

SCR入口煙氣含氧量A%2.331.921.583..0

SCR入口煙氣含氧量B%1.872.442.082.58

SCR入口煙氣NOx含量Amg/Nm3442392421420

SCR入口煙氣NOx含量Bmg/Nm3398420419452

SCR入口煙氣CO含量APpm1951024510

SCR入口煙氣CO含量Bppm475512010

從以上數據可以看出，改造前鍋爐效率較高，但是燃用現有煤種超出設計值50t/h，并且為了保證較低的NOx排量而低氧運行，造成了主再熱汽溫度、減溫水量和排煙溫度升高，SCR前實測NOx排放值在400mg/Nm3以上，CO在氧量小于2%的情況下急劇升高。

三、#1鍋爐低NOx燃燒器改造措施

采用雙尺度燃燒技術對鍋爐燃燒器進行較大規模的改造，更換現有燃燒器組件，對燃燒器進行重新布置：

第一，改變爐內切圓直徑，#1、#3角切圓由原來的864mm增加至1181mm，#2、#4角切圓維持不變。下端部AA二次風、一次風和SOFA燃盡風為逆時針方向旋轉，其他二次風改為與一次風6°角偏置，順時針反向切入，形成橫向空氣分級。

第二，四角主燃燒器（包括一二次風組件，風箱風道等）全部更換， 相應風門執行器換新，燃燒器采用新的整體上下擺動機構，一次風噴口±20°擺動范圍，二次風噴口±30°擺動范圍。

第三，A、B層一次風噴口標高保持不變，C、D、E層一次風標高下移；C、D、E一次風噴口采用上下濃淡、中間帶穩燃鈍體的燃燒器。

第四，重新合理分配二次風量，取消部分中間二次風室，采用新的二次風室結構，調整主燃燒器區一二次風噴口面積，使一次風速滿足入爐煤種的燃燒特性要求，適當減少主燃燒器區域的二次風量，形成縱向空氣分級。

第五，在EE層二次風頂端，新增一層緊湊型燃盡風OFA貼壁風；采用節點功能區技術，在CD層二次風噴口和EE層二次風噴口兩側加裝貼壁風。

第六，將原燃燒器上部兩側墻大風箱上蓋打開， 向上延接SOFA燃盡風道， 與原大風箱結構相似，保持較大的流通面積，形成統一的等壓大風箱，阻力小，供風量能得到滿足。

第七，拆除原有三層分離型燃盡風，在原主燃區上方約6米處四角水冷壁開孔，重新布置4層橢圓形穿透性強的分離型燃盡風SOFA噴口，該噴口可以垂直±20°范圍擺動，左右±15°范圍擺動。

四、改造后的數據及效果

1.降低NOx、CO效果顯著（見表3）

鍋爐燃用現有煤種，在165至330MW負荷間、保證鍋爐效率的前提下，NOx排放量可以穩定控制在200mg/Nm3以內，CO排放濃度100ppm以內，較改造前的排放指標大幅度降低。

表3 改造后NOx、CO數據

項目名稱單位工況7工況8工況11工況12工況10

有功功率MW330300250200165

SCR入口煙氣含氧量%2.682.72.774.55.8

SCR入口煙氣NOx含量mg/Nm3196190193185198

SCR入口煙氣CO含量ppm7570703230

2.鍋爐效率較改造前有所提高（見表4）

在165至330MW 負荷之間，修正后鍋爐效率可以保證在93%以上 ，高于改造前鍋爐效率。各項熱損失中，排煙損失最大，其次是機械未完全燃燒熱損失。

表4 改造后鍋爐效率

項目名稱單位工況7工況8工況11工況12工況10

有功功率MW330300250200165

排煙熱損失%5.8725.7575.3655.8896.093

化學未完全燃燒熱損失%00000

機械未完全燃燒熱損失%0.8720.7190.3560.4210.545

散熱損失%0.4330.4120.3560.3120.276

鍋爐熱效率%92.8293.1193.5693.3893.09

修正后排煙溫度%149147128128118

修正后排煙損失%5.5835.4694.9825.5175.507

修正后鍋爐熱效率%93.1193.493.9493.7593.67

3.主燃燒器擺角試驗

主燃燒器擺角試驗在260MW負荷下進行，投入主、再熱汽溫自動調節，將擺角逐漸向下后，減溫水流量隨之降低，說明主燃燒器擺角對汽溫影響較大，調節特性明顯；同時隨著擺角向下，還原區相對增大，有降低氮氧化物的作用。

4.SOFA燃盡風擺角試驗

SOFA燃燒器擺角試驗在260MW負荷下進行，投入主、再熱汽溫調節自動，將擺角逐漸向下后，減溫水流量隨之小幅降低，SOFA燃燒器擺角對汽溫的影響沒有主燃燒器擺角的影響大；同時隨著擺角向下，還原區相對減小，氮氧化物會明顯升高。

5.風門開關試驗結果

（1）開大周界風門可以促進煤粉提前著火，降低火焰高度，減溫水量下降明顯，NOx輕微下降。

（2）開大助燃二次風門，由于一、二次風有6°夾角，風粉混合較晚，燃燒反應相應延緩，所以對減溫水流量影響較小，而且由于后期混合于較高溫度區域，造成NOx略有升高。

（3）開大SOFA燃盡風，降低了主燃區的氧量，造成火焰上移，減溫水量上升明顯，降低NOx效果最明顯。

五、運行操作經驗總結

第一，本次低氮燃燒器改造，爐內燃燒特性發生改變，采用試驗后確定的低氮配風方式，增氧汽溫降低，減氧氣溫升高，所以要嚴格控制氧量在規定范圍內，任何情況下省煤器出口氧量不要低于2%，氧量過低是造成主、再熱汽溫及減溫水量升高的主要原因。

第二，升負荷時，應該提前適當增加風量，然后再增加煤量，防止主燃區缺氧燃燒，造成火焰中心上移、汽溫快速升高；同樣，減負荷時，應該先減煤，然后及時減少風量，防止主燃區氧量增大，汽溫快速下降。但是在機組實際運行情況中發現，增加負荷時，風量調節明顯滯后于煤量的變化，造成主汽壓力和主再熱汽溫大幅波動，應投入氧量自動，保證風量能夠提前、及時跟蹤。

第三，擺角的控制中，高負荷時，減溫水量較大情況下，采用主燃燒器擺角控制汽溫，SOFA在水平位置為最佳，以保證其射流具有較強穿透性，才能實現全爐膛覆蓋，起到調節煙溫偏差作用；200MW以下負荷運行時，為保證汽溫及NOx的正常，可以適當上擺SOFA。

第四，優化上煤方式。目前C、E原煤倉上褐煤，考慮改為D、E原煤倉上褐煤，褐煤的揮發份較高，將褐煤布置在最上兩層燃燒器有利于降低NOx排放值和飛灰含碳量。

第五，負荷在165MW～200MW的配風原則：保證A、B、C三臺磨煤機運行，最大限度降低磨通風量，相應減少了主燃區的氧量；送風機動葉關至最小，注意干渣機檢查門和爐膛看火孔如有漏風處，應進行密閉；為了較好地在爐膛垂直高度上分配二次風量，應將四層SOFA燃盡風全部開到100%，并且燃盡風可以適當上擺，以便在最不利的情況下降低NOX和提高再熱汽溫。

第六，負荷在200MW～260MW的配風原則：

應保證A、B、C、D四臺磨煤機運行，在擴大還原區的同時，保證了主燃燒器區域的較高煤粉濃度；在磨煤機出力允許范圍內，盡量降低磨入口風量。

第七，負荷在260MW～330MW的配風原則：五臺磨全部運行，嚴格執行配風操作卡片，SOFA燃燼風門保持在50%（水平位置），用燃燒器擺角調整主再熱汽溫。

第八，通過二次風門在熱態工況下開度試驗，確定了NOx與鍋爐各項參數指標俱佳的風門開度，以后應按照以下規定執行：

嚴格執行配風操作卡規定的氧量；

周界風門在燃燒器停運后關閉至10%，根據磨煤量增加情況適當開大對應的周界風門，可以緩解壓力波動幅度，降低火焰高度，減溫水量明顯減少；

原則上，四層SOFA燃盡風在50%以上負荷即可以全部開啟，如NOx值較低，可以適當關閉部分SOFA燃盡風；SOFA風門最低保證10%開度，防止高溫區火焰燒損噴口；SOFA風門采用第一層開至100%以后，再開啟第二層，直至四層全部開啟的操作方法，避免四層SOFA風門同時在中間開度的現象。

第九，針對高負荷時排煙溫度較高，造成排煙熱損失增大、鍋爐效率降低的現象，考慮從以下幾點采取措施：

嚴格控制鍋爐漏風量，對撈渣機、看火孔等不嚴密處進行封堵，最大限度降低這部分無組織進風對鍋爐燃燒的影響；

不要保持過低的氧量運行，由于缺氧燃燒，火焰中心上移后，爐內換熱量的降低造成煙溫升高，而且低氧的代價就是保持低風量運行，從而降低了空預器的放熱能力，如此惡性循環會使排煙溫度越來越高；

根據空預器出入口差壓判斷積灰程度，差壓升高時應立即進行吹灰；

脫硝系統的投入，會使空預器沾污情況加重，影響換熱效果。改造低氮燃燒器后，脫硝系統可以停止運行，對排煙溫度的影響有待觀察。

六、結論

改造后的鍋爐燃用現有煤種，在165至330MW負荷之間，NOx排放量可以穩定控制在200mg/Nm3以內，CO排放濃度100ppm以內，較改造前的排放指標大幅度降低約50%，在165至330MW負荷之間，基本上不用投SCR就能達到當前國家排放標準，經濟效益顯著。

鍋爐效率基本達到要求。在165至300MW 負荷之間，鍋爐效率可以保證在93%以上 ，高于改造前試驗鍋爐效率。

通過不同負荷階段的配風方式，能夠控制飛灰含碳量在1.5%左右，是保證鍋爐效率不降低的重要因素。

主燃燒器擺角對汽溫影響較大，調節特性明顯；同時隨著擺角向下，還原距離增加，有降低氮氧化物的作用。

SOFA燃燒器擺角對汽溫影響沒有主燃燒器擺角的影響大；同時隨著擺角上揚，還原距離增大，也有降低氮氧化物的作用。

周界風門降低汽溫效果明顯，運行中汽溫較高情況下可以適當開大；二次風門降汽溫作用不明顯，而且會造成NOx升高，運行中保持最低開度即可；SOFA風門降低NOx的作用最明顯，但是在開啟過程中應緩慢進行，注意防止造成汽溫快速升高。

通過爐溫測量可以表明，整個爐膛溫度場、流場均勻，火焰無偏斜，沒有結渣跡象。

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（責任編輯：劉輝）