130t/h中壓煤粉爐低氮燃燒器改造

（中石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003）

130t/h中壓煤粉爐低氮燃燒器改造

趙永黎 任恒昌 朱焱松

（中石油克拉瑪依石化分公司，新疆 克拉瑪依 834003）

為降低煙氣中NOx排放值，對兩臺130t/h中壓煤粉鍋爐低氮燃燒器設計、安裝、調試過程進行技術總結，評價改造效果，積累經驗。

低氮燃燒；安裝；調試；設計

一、概況

克拉瑪依石化公司熱電廠兩臺CG-130/3.82-M16型煤粉鍋爐的煙氣NOx平均排放值為700～800mg/m3，環保不達標，為此進行了低氮燃燒器和增設SCR反應器改造。

二、低氮燃燒器設計

1.低氮燃燒原理

（1）燃燒器出口燃料分級。在煤粉管道上安裝煤粉分離設備，使一次風在水平方向上分為濃淡兩股氣流，其中一股為高煤粉濃度氣流，含大部分煤粉；另一股為低濃度煤粉。濃煤粉氣流在向火側，有利于著火和穩燃；低煤粉在背火側噴入爐內，在水冷壁附近形成氧化性氣氛，有利于防止結渣。兩股一次風煤粉氣流各自偏離化學當量比，可以降低NOx的生成。

（2）爐內空氣分級燃燒。

①軸向空氣分級燃燒（SOFA）。將燃燒所需的空氣分兩部分送入爐膛：一部分為主二次風，約占總二次風量的80%左右，從燃燒器區域送入爐膛；另一部分為燃盡風（SOFA），約占總二次風量的20%左右，從燃燒器上部送入爐膛。因此，爐膛內的燃燒分成3個區域，即熱解區、貧氧區和富氧區。燃燒器區域在貧氧區，可以抑制NOx的生成，爐膛上部燃盡風送入爐膛時，已經避開了高溫火焰區，對未燃盡產物起到完全燃燒的作用。燃盡風噴口與主燃燒器間軸線距離H對NOx的降低有很大的作用，H的推薦值為：H=1.5（Vdaf/10）0.5。

②徑向空氣分級燃燒。徑向空氣分級燃燒是部分二次風在水平方向上進行分級，一次風煤粉氣流被偏轉的二次風氣流裹在爐膛中央，形成富燃料區，而在燃燒區域及上部四周水冷壁附近形成富空氣區。采用一二次風大小切圓布置，在爐膛內形成“風包粉”的燃燒環境，避免燃燒火焰沖刷水冷壁導致的結焦、結渣等情況，同時“風包粉”在爐膛水平截面上形成局部（富燃料區）缺氧，在開始燃燒階段推遲了空氣和煤粉的混合，使NOx生成量減少。

2.設計原則

（1）低氮燃燒建模。低氮燃燒建模技術是先進的燃料流測試技術，LNB/OFA的訣竅在如何把合理的風量送到最佳的燃燒位置。采用建模技術可以模擬整個燃燒狀況，從而計算出各種設計所需的數據。

（2）根據煤種合理選擇設計的初始濃度。從統計數據分析，煤種的含氮量越高，煙氣的NOx排放濃度越高。當氮含量在1%～1.5%時，煙氣的NOx排放濃度在500～1 000mg/m3；當氮含量在1.5%～2.5%時，煙氣的NOx排放濃度在1 000～1 500mg/m3。本次設計依據的煤質參數如表1所示。

表1 設計煤種成分及熱值

（3）選擇合適的過剩空氣量可以控制飛灰含量和NOx排放濃度。

過剩空氣量越大，NOx轉化率提高，當過剩空氣量達到1.4時，NOx轉化率可以達到60%。因此，從減少NOx排放角度分析，過剩空氣量越小越好。但過剩空氣量＜1.1時，飛灰含碳量達到5%，造成鍋爐熱效率下降。所以，過剩空氣量在1.1～1.3之間比較合理。

（4）選擇合適的一次風率。一次風主要有兩個作用：輸送煤粉和滿足煤粉揮發分的燃燒。一次風率越高，揮發分燃燒迅速，NOx排放濃度越高。當一次風率達到34%時，NOx排放濃度達到420uL/L。揮發分燃燒越迅速，揮發分停留時間越短，NOx排放濃度越高，不利于抑制NOx排放。因此，在保證安全輸送煤粉的情況下，控制一次風量，可以降低NOx排放濃。同時，由于一次風量少，煤中的揮發分燃燒后延，有利于控制NOx排放濃度。對于固定煤種，當揮發分越高，NOx轉化率越高，NOx排放濃度也越高。

3.噴口設計布置

本次改造維持原燃燒切圓不變，一、二次風、燃氣標高不變；考慮到施工吊裝空間限制，主燃燒器改造設計中，將主燃燒器分兩段出廠。主燃燒器上部增加一組燃盡風裝置，包括兩層噴口。改造后主燃燒區噴口布置形式從下至上為：

（1）燃氣噴口1。

（2）下二次風。

（3）下層煤噴口。

（4）中下二次風。

（5）燃氣噴口2。

（6）中上二次風（帶偏置）。

（7）上層煤噴口。

（8）上二次風。

一次風采用百葉窗水平濃淡分離燃燒，帶有齒型鈍體,起穩燃作用。主燃燒器區二次風噴口面積根據低氮燃燒需求配風，各層噴口相應縮小，保證出口的二次風風速，維持爐內動力場。上一次風下部二次風采用部分偏置噴口，將一部分風量從主流方向分離出來偏向水冷壁，用于改善水冷壁附近氣氛，防止燃燒器區域水冷壁結渣，保護水冷壁。

在主燃燒器上部布置了兩層燃盡風，燃盡風布置在15.7m和16m標高。兩層燃盡風共8只噴口，燃盡風噴口在鍋爐四角水冷壁讓管。每層均等配風，燃盡風量占總空氣量約為24%，燃盡風噴口風速約47m/s。噴口裝配有擺動機構，可以實現上下20o的擺動。上下擺動為現場手動調節,通過燃盡風的補充，增強爐內氣流擾動，促進未燃盡碳的燃燒。上、下燃盡風噴口按相反切圓布置，調整爐內氣流旋轉方向，調節爐膛出口煙溫偏差。

三、安裝

1.燃燒切圓的找正

在爐內找正切圓的方法較多，有文獻也介紹過在爐外利用自制量角度儀器對燃燒器噴口角度定位，進而確定爐內切圓的方法。燃燒器安裝的基本步驟包括：四角密封罩殼安裝，燃燒器與罩殼初定位、切圓找正、燃燒器與罩殼固定焊接。本項目采取對爐膛尺寸原始標定、經對原始切圓復核并確定誤差很小后保留原密封罩殼，割去原燃燒器。新燃燒器上下兩片組裝驗收端面、中心誤差合格，用水平管四角燃燒器中心線標高找正。爐膛中心搭切圓平臺，以下二次風噴口為基準，噴口入口段中心、噴口中心、切圓切點三點一線，利用拉桿來調整噴口左右位移，調整完畢，對罩殼與燃燒器之間進行順序對稱斷焊固定，然后小電流滿焊，盡量減少熱變形帶來的尺寸偏差（圖1、2）。

圖1 切圓找正示意圖

圖2 切圓平臺及切點確定

冷態試驗前對燃燒器安裝角度進行了測量，誤差很小，說明方法可行。

表2 不同負荷效能參數

2.SOFA風的安裝

SOFA風的安裝包括四角水冷壁割除起始點的標定，燃盡風門中心點的水平找正，水冷壁管的割除和讓管管箱的安裝，風門的安裝及調試等。安裝的質量關鍵控制點在于水冷壁的割除和焊接質量的掌握。

四、調試

燃燒器調試包括安裝檢查、冷態動力場試驗兩大部分。首先是相關測風裝置標定，冷態一次風調平、小風門擋板特性試驗。配風在計算配風下進行，采用均等配風方式。為了觀察燃燼風大小、開關對爐內氣流的影響，采用在機組額定負荷時的風機電流、風門控制參數，模擬實際運行條件時的爐內空氣動力狀況。然后在爐內斷面上拉“十”字線，在十”字線上按250mm長度分點。采用葉輪式風速儀逐點測量速度值，作速度場圖。

最后利用飄帶法觀測爐內氣流軌跡、切圓大小，判斷有無氣流貼壁和對沖現象。用長飄帶法觀察射流有否飛邊和沖墻現象。

熱態調試包括熱態一次風門調平、帶負荷調試包括煤粉細度取樣分析、運行氧量及排煙溫度標定，通過鍋爐配風方式的調整，尋找運行氧量、風門開度組合以及不同的運行方式對鍋爐效率和NOx排放濃度的變化規律。

五、效果評價

1.降氮效果

降氮效果見表2。

2.運行情況

各工況下均無減溫水投用，蒸汽溫度偏低，目前燃盡風擺角是向上擺動最大值20°，溫度恢復正常。投用燃盡風后未出現受熱面壁溫超溫、爐內結焦、結渣的現象。低負荷時爐膛出口的煙氣溫度偏差超過50℃，高負荷時爐膛出口現兩側煙氣偏差小于50℃。

六、存在問題

1.設計安裝

（1）燃盡風與吹灰器同一標高會有氣流干擾，應當在滿足條件下錯開布置或改變吹灰器的位置。

（2）燃氣噴口管箱設計尺寸偏小，未考慮原火檢安裝位置，布置困難；二次風小風門內部無擋塊，轉軸也無開度方向，造成開關方向混亂。

（3）四角讓管水冷壁切割水平差，割傷周圍管壁，達7處，事后采取補焊不規范。

2.運行調試

（1）一次風風管內的下粉量不均勻，究其原因：一是煤粉倉下粉有堵粉的現象；二是風粉混合器有返粉的可能，因給粉不均勻，造成氧量變化較大。當氧量變化時，NOx也隨之變化，高低差達100mg/m3左右，SCR反應器投用后，較難控制反應器出口的NOx穩定性，且會增加氨的逃逸，造成低溫空預器堵灰和腐蝕。粉倉內加裝不銹鋼或高分子材料的內襯，檢查各下粉管處壓力，凡出現微正壓粉管的均應更換為全負壓式風粉混合器。

（2）部分用于檢查監測的表計數值誤差較大，重要表計需定期進行校驗，如氧量表、NOx表等，確保數據的準確性。

（3）在燃氣投用時，應投同層4個角的氣火嘴，以避免投用2個氣火嘴時單只氣火嘴過熱損壞及熱負荷過高產生結焦。

七、結語

通過低氮燃燒器的改造，鍋爐氮氧化物排放由平均700～800mg/m3，下降到400mg/m3以下，實現了減排目標。灰、渣含碳量達到設計要求，鍋爐熱效率沒有降低，燃燒狀況良好，達到了預期效果。

[1]孫亦鵬，程亮等.低灰熔點煤質鍋爐燃燒調整降NOx排放試驗研究[J].電站系統工程,2013(7).

[2]翁曉，丘紀華.煤質變化對鍋爐熱效率的試驗研究[J].湖北電力,2007(4).

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