長海＃9鍋爐低氮燃燒器改造分析

何兆來

（佛山市南海長海發電有限公司，廣東 佛山528211）

0 引言

我國的“十二五”規劃對火電企業大氣污染排放作出了嚴格規定，其中，珠三角地區在2014年7月1日開始執行NOx排放量小于100mg／Nm3的新標準。既要達標排放又要降低運行費用，低氮燃燒器的改造就成為火電企業脫硝改造中“先降后脫”的必然趨勢。我公司位于佛山南海區，是嚴控氮氧化物排放的重點地區，為了達到氮氧化物排放標準，有效降低氮氧化物的排放量，我公司于2010年1月著手進行機組鍋爐脫硝工程改造。煙氣脫硝技改項目第一階段擬采用低氮燃燒技術，其中我公司＃9鍋爐低氮燃燒器改造最先進行，其對現有燃燒器進行了整體綜合改造，為其他機組鍋爐改造積累了經驗。

1 設備概述

我公司＃9鍋爐為杭州鍋爐廠生產的單鍋筒、自然循環、集中下降管、型布置、固態排渣的中溫中壓燃煤鍋爐，于1992年8月建成投產。鍋爐前部為爐膛，四周布滿光管式水冷壁，尾部豎井煙道中交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器。采用角置直流式煤粉燃燒器，正四角切向布置，假想切圓為430mm，噴口布置形式從下到上依次為：下二次風、下一次風、上一次風、中二次風、上二次風、三次風。在下二次風中裝有高能點火裝置及點火油槍，單只油槍出力0.8t／h，采用鋼球磨、中間儲倉熱風送粉系統。由于煤源復雜多變，鍋爐實際燃用煤種變化較大。

2 鍋爐低NOx燃燒器改造采用的技術

SOFA技術是有效控制NOx排放的成熟技術，脫硝率一般在30%～60%，此次燃燒器改造以SOFA空氣分級燃燒技術為主，同時揉和低NOx噴嘴、低氧燃燒、偏轉二次風等多項技術，控制整個燃燒過程中NOx的生成。SOFA技術把爐膛從下往上依次分為主燃區和燃盡區。主燃區控制氧／燃料化學當量比在0.85左右，形成還原性氣氛，抑制主燃區NOx的生成；在燃盡區加入其余空氣，過量空氣系數恢復到正常值（α≈1.15，氧量2.7%），使未完全燃燒產物充分燃燒；同時下一次風采用低NOx噴嘴，減少著火初期NOx的生成，使NOx生成總量大幅降低，并有效減少爐內結渣現象。

2.1 低NOx噴嘴

將鍋爐燃燒器原一次風噴嘴改為強化著火低NOx噴嘴，既可達到脫NOx目的又可保證穩燃效果。噴口設周界風以滿足以后摻燒神華煤的要求。

2.2 偏轉二次風技術

采用偏轉二次風技術，原上二層二次風偏轉，延緩二次風與一次風的混合，在爐內形成風包粉燃燒，減少煤粉撞到水冷壁上引起的結渣，同時實現空氣水平分級，減少NOx的生成，抑制燃燒初期NOx生成。

2.3 SOFA空氣分級結合低氧燃燒技術

在原燃燒器上方增設2層SOFA風，將燃燒區域分成2個：欠氧的主燃燒區域和氧量充足的燃盡區域。

3 改造目標

（1）通過改造＃9鍋爐燃燒系統，將氮氧化物排放降低到250mg／Nm3以下，并在此基礎上保證鍋爐效率不低于改造前的狀況。

（2）改造后鍋爐的出力維持不變，過熱蒸汽達到原設計值，過熱蒸汽的減溫水量可控制在燃燒器改造前水平。

中華民族的玉文化源遠流長，新石器時代的早期就有了玉器，紅山文化可為這一時期玉文化的卓越代表，到臨近文明時期的良渚文化、凌家灘文化、石家河文化，玉文化蔚為大觀。從新石器早期到新石器晚期，其玉文化既有一脈相承性，又有發展性。新石器早期的玉文化側重于以玉事神，其玉器本質上為巫或神，可名之為巫玉或神玉，而新石器晚期的玉文化則側重于以玉成禮，其玉器的本質應為禮，應名之為禮玉。良渚文化、凌家灘文化、石家河文化都以玉器著名，其玉器也多以禮為本質，相比較而言，良渚文化更為突出，可謂禮玉文化的代表。

（3）保證改造后鍋爐運行的安全性、經濟性及可操作性。提高燃燒系統對煤種的適應性，防止結渣及高溫煙氣腐蝕。改造后鍋爐的控制模式基本維持不變，燃燒火焰更穩定。

4 改造方案

4.1 總體方案

本次改造本著在滿足性能要求的前提下盡量減小燃燒系統的改動量，以節省投資，縮短設計、制造與安裝周期的原則。

本次改造維持燃燒角不變，噴口布置形式從上而下為2—2—3—2—2—1—1—2。一次風采用水平濃淡技術，整體更換，主燃燒器最上層二次風采用局部偏置風結構，重新供貨，其主要作用是防止水冷壁發生高溫腐蝕現象。原主燃燒器最下層點火二次風不動，根據最新的核算結果對噴口進行局部封堵。

兩層SOFA燃燒器（風門和配套的電動執行器除外）重新供貨，并且對SOFA布置的標高進行了調整——低位SOFA下移400mm，新的標高為14500mm；高位SOFA上移800mm，新的標高為17200mm。

低位SOFA可水平擺動20°，擺動方式為手動，通過補充一定量燃燒需要的氧氣，使進入富氧區域的未燃盡碳進一步減少，同時可以起到消除殘余扭轉的作用，還可對爐膛出口煙溫偏差進行有效調節。高位SOFA可上下擺動15°，并有效控制爐膛出口煙溫和飛灰含碳量。

SOFA風道做相應調整，高位SOFA所在區域剛性梁（標高17100mm）做配套改造。SOFA區域水冷壁讓管整體移動，不足的直管段部分補充供貨。

4.2 改造后燃燒器噴口布置及特點

主燃燒器噴口布置方式與原燃燒器相似，從下到上依次為：下二次風、下一次風、上一次風、中二次風、上二次風、三次風。主燃燒器上部設2層SOFA噴口，即上SOFA和下SOFA。各噴口特點如下：

4.2.1 一次風

一次風噴口布置標高維持不變。

一次風噴口設水平波形鈍體，鈍體迎風面設耐磨陶瓷片，防止噴口磨損。運行時在鈍體后形成回流區，強化燃燒，保證穩定燃燒，降低著火初期NOx排放。噴口周圍設周界風，周界風引自二次風箱，設手動調節風門，可根據燃用煤種需要調整風量，防止噴口燒壞，同時周界風還起到強化水冷壁附近氧化性氣氛的作用，防止水冷壁結焦和高溫腐蝕。

4.2.2 二次風

二次風仍采用原配風布置方式，但主燃燒器3層二次風噴口面積均有不同程度減小。各層二次風的功用與改造前有所不同：下二次風和中二次風用于煤粉著火后的助燃，上二次風在三次風投運時關小，僅留少量冷卻風，三次風停運時，相鄰的上二次風全開，保證主燃燒區域送風。

4.2.3 三次風

三次風噴口布置標高維持不變。

4.2.4 SOFA 風

要獲得好的低NOx排放效果，SOFA風布置在距離主燃燒區域越遠的位置越好，但其布置高度也受到碳燃盡的影響。考慮到本項目為改造項目，燃盡風提高過多可能對鍋爐整體性能產生影響，加上鍋爐在主燃燒器上方布有下降管，緊靠爐膛四角布有鍋爐立柱，SOFA風噴口布置在兩側墻下降管上方。SOFA噴口仍設2層，采用下傾10°布置方式，并可在此基礎上上下手動擺動15°，以適應燃料煤種變化。

設置2層SOFA風的目的主要是保證SOFA風率調節時風速能始終維持一較佳值，當鍋爐負荷降低導致SOFA風量減小時，關小一層SOFA風門，則可維持另一層SOFA風仍在設計風速附近運行。

噴口布置假想切圓采用“一、二次風大小切圓”方式。下二層一次風形成直徑為400mm的逆時針假想切圓。下二次風也按400mm設計，以防止托浮煤粉離析和冷灰斗結渣。中二次風、上二次風形成逆時針直徑為800mm的假想切圓，由于本項目SOFA風離爐膛出口較近，為防止爐膛出口扭轉殘余過大，SOFA風采用200mm小切圓布置。

這樣設計爐內空氣動力場，一次風煤粉氣流進入爐膛，被偏轉的二次風裹在爐膛中央，形成富燃料區，四周水冷壁附近則形成富空氣區，這種設計還有著火穩定、結焦及高溫腐蝕傾向低和NOx形成量少等優點。SOFA風采用小切圓布置，可有效降低爐膛出口扭轉殘余。

4.3 燃燒器設計參數

由于此次改造不改動現有制粉系統和送粉系統，燃燒器維持一次風量、風速、風溫不變，二次風速和風溫也維持不變，SOFA風引自熱風箱，其風速和風溫與二次風相同，正常運行時一層SOFA風關小；原設計三次風量與廠內其他鍋爐比偏小，設計計算三次風量仍為原設計值。考慮到NOx控制需要，略微減少送入爐膛的總熱風量。

一次風噴口面積與改造前相同，改造后主燃燒器二次風噴口總面積198000mm2，SOFA風噴口總面積147000mm2，原燃燒器二次風噴口總面積237192mm2。正常運行時，上二次風和一層SOFA風僅留少量冷卻風。改造前后各噴口面積如表1所示。

表1 改造前后各噴口面積對比

5 改造效果

＃9鍋爐燃燒器改造后，在熱態下針對不同負荷工況、不同入爐煤質進行了較為全面的試驗，試驗結果較為理想，在保證鍋爐運行效率的前提下，氮氧化物排放量可穩定在低于250mg／Nm3的水平。改造后氮氧化物減排率超過50%，實現了＃9鍋爐低氮燃燒器改造的目標。改造后的效果如表2所示。

表2 改造后的效果

6 結語

燃燒器改造后NOx明顯降低，不僅改善了本地區的空氣質量，降低了電廠脫硝運行費用，取得了明顯的環境效益及社會效益，同時為實現我國“十二五”期間節能減排目標做出了巨大貢獻。

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［2］侯向陽.燃煤鍋爐燃燒優化的調整試驗研究［J］.電力建設，2006（6）

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