低氮燃燒技術在蒲洲電廠的改造應用

摘 要：伴隨我國工業化的快速發展，NOX的排放總量也呈逐年上升的趨勢，如此便造成了環境污染的不斷加劇，因此有效控制NOX的排放量已勢在必行。為此，在低氮燃燒技術的基礎上，通過對蒲洲發電鍋爐設備現狀的概述，闡述了低氮燃燒技術在蒲洲發電鍋爐設備改造中的應用，并提出了相應的對策。

關鍵詞：低氮燃燒技術；蒲州電廠；改造；應用

為了我國的可持續發展，有效保護環境，控制氮氧化合物的排放量，提高其排放標準已是大勢所趨，尤其是近年來我國興建的多家大型火力發電企業，已經成改造的關鍵。鑒于當前眾多發電企業在爐燃料系統中所使用的先進的氮燃燒技術現狀，本文以蒲洲發電鍋爐改造為例，闡述了其應用價值和注意事項，以供參考。

1 低氮燃燒技術介紹

低氮燃燒技術，即保證燃燒中氧化而成的氮化合物較低的技術，低NOX燃燒技術投資低，且有較好的效果與運行經驗，特別是低氮氧化物燃燒器與空氣分級燃燒的聯合使用，效果更佳；煙氣脫硝技術中SCR和SNCR具有較多的商業化運行業績，且脫硝效率較高。一般，由燃料中氮的熱分解溫度低于煤粉燃燒溫度，在600-800℃時就會生成燃料型。在生成燃料型NOx過程中，首先是含有氮的有機化合物熱裂解產生N，CN，HCN和等中間產物基團，然后再氧化成NOx。由于煤的燃燒過程由揮發份燃燒和焦炭燃燒兩個階段組成，故燃料型的形成也由氣相氮的氧化（揮發份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）兩部分組成。主要影響因素燃料中的氮和揮發份含量、溫度、過?？諝庀禂档取?/p>

低氮燃燒技術中可分為3個關鍵點：1、主燃燒器區域的過量空氣系數的選擇，要取得一定的NOx排放值，對不同容量大小和燃 用不同煤質的機組，主燃燒器區域的過量空氣系數會有所不同，但都有一個最佳的過量空氣系數值。2、SOFA燃燒器離主燃燒器區域的距離，NOx的生成量與SOFA離主燃燒區域的距離成反比關系，但SOFA離主燃燒區的距離越大，鍋爐飛灰含碳量會有一定程度的增加。3、一次風濃淡技術。

2 蒲州電廠設備現狀概述

2.1 設備概述

蒲洲發電分公司2×300MW鍋爐為哈爾濱鍋爐廠股份有限公司生產的HG-1060/17.5-YM31型亞臨界壓力一次中間再熱自然循環汽包爐，采用單爐膛，倒U型布置，四角切圓燃燒，平衡通風；全鋼構架，懸吊結構，露天布置、固態排渣，燃用混煤。鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，5ZGM95G型中速磨煤機，在鍋爐滿負荷時4臺投運，1臺備用。

2.2鍋爐主要參數

3 低氮燃燒技術在蒲州電廠中的改造

針對上述設備概況及主要參數，設定改造目標如下：鍋爐原有的性能設計參數，如出力、主蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度、鍋爐效率；過熱器減溫水流量不得超過原設計值；再熱器減溫水流量不能超過基準試驗值；在200～300MW負荷，省煤器出口CO含量應小于100ppm，NOx排放應小于550mg/Nm3（干基，6%O ，按折算成NO2濃度計）、飛灰含碳量不得大于1.5%。同時，要保證在改造后鍋爐原有燃煤適應性不能下降，在A級檢修周期內，內燃燒器不能發生煤粉泄漏，不能發生因燃燒器改造而引起的受熱面金屬管壁超溫或水冷壁爆管，不能發生包括燃燒器區域在內的爐膛結焦和爐膛的高溫腐蝕。

根據上述改造目標，采用MAS-LNCT 低氮燃燒技術進行改造，其中，低位和高位SOFA燃燒器改造圖如下所示。

其他改造如下：

3.1 主燃燒器上方布置低位和高位SOFA燃燒器（～26%總風量），主燃燒器頂部布置CCOFA（7%總風量），沿爐膛高度方向形成三級分級送風，如此分級燃燒，有效降低NOx的生成量；利用百葉窗式水平濃淡燃燒技術將煤粉分成濃、淡兩股煤粉氣流，使其均形成偏離化學當量燃燒，即在爐膛水平方向形成燃料和風量的分級燃燒，如此可有效降低NOx的生成量；在主燃燒器中布置3層貼壁二次風，使爐膛水平方向形成分級送風，可有效降低NOx的生成量；對一次風噴嘴出口上下布置擴壓器，濃淡一次風間設垂直盾體，推遲一次風的混合，均可有效降低NOx的生成量。

3.2 因為蒲州電廠燃用煤是混煤，硫元素含量高，所以低NOx燃燒的分級送風會使主燃燒器區域處于還原性氣氛，爐內易結渣，因此在維持水平濃淡燃燒燃燒方式的基礎上，布置等邊周界風，如此可在爐內形成較為理想的“風包粉”氣流，水冷壁附近一直處于富氧狀態，有效降低或防止了爐膛的結焦和高溫腐蝕。此外，在上3層一次風噴口附近布置3層貼壁風噴口，以及適當提高和降低一次風速和風溫，亦防止了噴口結焦和燒損，以及爐膛的結焦和高溫腐蝕。

3.3 改造設計維持一次風標高維持不變，增設3層貼壁二次風，如此提高了爐內煙氣充滿度，延長了爐內煙氣停留時間，降低了爐膛的出口煙溫；當然，在鍋爐運行中，調節SOFA燃燒器垂直擺動和水平擺動，以及燃燒器火焰中心高度和爐膛出口煙溫偏差也可降低爐膛的出口煙溫和煙溫偏差。

3.4 利用百葉窗水平濃淡燃燒技術，將煤粉分成了濃淡兩股煤粉氣流，濃煤粉在向火側，淡煤粉在背火側，確保鍋爐低負荷時煤粉可及時著火和穩燃，在濃、淡煤粉間設垂直鈍體，保持濃淡一次風之間6°夾角，另在濃煤粉中布置水平穩燃齒，在一次風噴嘴出口布置擴壓器，以提高高溫煙氣的卷吸效果，增加煤粉氣流在噴嘴附近的停留時間，推遲二次風混入，進而提高燃燒效率。將燃燒器噴嘴出口端四角和噴嘴尾部設計成圓弧形，從而達到穩定間隙風、維持二次風剛性，進而達到提高鍋爐燃燒效率的目的。

4 改造時的注意事項

爐膛出口煙溫偏差是低氮燃燒技術改造中必須注意的問題，因為若爐膛垂直出口截面中熱流分布不均，則會導致位于垂直出口截面附近的受熱面金屬壁溫的不一致，嚴重時，末級過熱器或再熱器受熱面的少數管子會因為管壁溫度過高而發生管子脹粗、爆管事故。當然，要想全面而準確地測量一臺大型燃煤電站鍋爐爐膛出口煙溫或煙速的具體分布情況是十分困難的，所以，煙溫偏差的幅度一般用末級過熱器或再熱器管壁溫度的均勻或不均勻性來衡量。

5 結束語

目前，我國低氮燃燒技術尚處于起步階段，因此要達到有效控制NOX排放的目的，實現經濟和環境協調、健康發展的目標，必須在低NOX燃燒器和空氣分級燃燒聯合利用低氮燃燒技術的基礎上，加快煙氣脫硝示范工程建設，廣泛開展國際合作，努力引進、鉆研國外煙氣脫硝技術，從而為實現煙氣脫硝國產化，降低煙氣脫硝投資作出應有的貢獻。