低氮燃燒技術(shù)在300MW發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用

張寶國， 李明尚， 馮仁海

（十里泉電廠，山東棗莊2771 03）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展以及生活水平的提高，全球環(huán)境污染日趨被重視，尤其是氮氧化物的大氣污染問題，人們發(fā)現(xiàn)：人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度NOX有關(guān)系，而且其危害性比人們?cè)仍O(shè)想的要大得多。因此，伴隨著脫硫技術(shù)的日趨成熟，針對(duì)降低排放煙氣中氮氧化物濃度人們也開始了防治技術(shù)的研究和開發(fā)。中國華電國際十里泉發(fā)電廠對(duì)#6鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了垂直空間大尺度分級(jí)燃燒布置改造，實(shí)現(xiàn)低氮燃燒，以達(dá)到降低氮氧化物排放的標(biāo)準(zhǔn)。

1 機(jī)組概況

十里泉發(fā)電廠2×330 MW機(jī)組四期工程6號(hào)鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造[1]，采用了美國C E燃燒工程公司的引進(jìn)技術(shù)，型號(hào)HG-1021/18.2-YM 9型。鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環(huán)鍋爐，燃料為煙煤。該鍋爐為單爐膛、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式，過熱汽采用兩級(jí)噴水調(diào)溫、再熱汽采用擺動(dòng)噴燃器調(diào)溫，異常情況采用事故噴水減溫。

該爐寬14048 mm、深度1185 8 mm。頂棚標(biāo)高6074 0 mm，A層（最下一層）一次風(fēng)煤粉燃燒器中心線距離冷灰斗拐角4753 mm，F(xiàn)層（最上一層）一次風(fēng)煤粉燃燒器中心線距離分隔屏屏底2091 8 mm。爐膛由Φ63.5×7.2膜式水冷壁組成。

該爐采用鋼球磨中儲(chǔ)倉乏氣送粉系統(tǒng)，原煤由煤倉下來進(jìn)入球磨機(jī)，由空氣預(yù)熱器來的熱風(fēng)做為干燥劑與原煤一起進(jìn)入磨煤機(jī)，磨煤機(jī)磨制成的煤粉經(jīng)過粗粉分離器。絕大多數(shù)在旋風(fēng)分離器中被分離出來，并進(jìn)入煤粉倉，乏氣由通過排粉機(jī)把煤粉送入爐膛，不合格的煤粉在重返回磨煤機(jī)再次碾碎。配有4臺(tái)型號(hào)為DTM 350/600的筒式鋼球磨煤機(jī)，磨煤機(jī)最大出力為45.88 t/h，磨煤機(jī)最大出力儲(chǔ)備系數(shù)1.275，煤粉細(xì)度R 90≤23%，設(shè)計(jì)燃煤為煙煤，點(diǎn)火、助燃用油為#0輕柴油。

1.1 鍋爐主要技術(shù)參數(shù)

見表1。

1.2 鍋爐燃煤情況

鍋爐燃用棗莊當(dāng)?shù)孛悍N為主。2011年1～8月的實(shí)際入爐煤分析結(jié)果匯總見表2。從表中可以看出，煤成分較為穩(wěn)定。

表1300 MW機(jī)組鍋爐設(shè)計(jì)參數(shù)

在燃用該煤種的條件下，鍋爐效率為90%～92%，均低于鍋爐B M C R工況設(shè)計(jì)值92.16%；NO x排放濃度為530～690 mg/m3，遠(yuǎn)高于次煙煤的NO x排放濃度400 mg/m3。

表2 入爐煤種成分匯總

1.3 改造前燃燒器布置

采用正四角布置的切向擺動(dòng)式燃燒器，在爐膛四角布置了煤粉燃燒器（垂直濃淡分離WR燃燒器結(jié)構(gòu)）共24只，每角6只；布置油燃燒器12只，每角3只；其中每角布置2個(gè)燃燼風(fēng)室，一個(gè)上端風(fēng)室、一個(gè)下端風(fēng)室、兩個(gè)中間空氣風(fēng)室，一次風(fēng)噴嘴可以上下擺動(dòng)各27°，二次風(fēng)及油噴嘴可作上下各30°的擺動(dòng)，頂部燃燼風(fēng)室可以作向上25°、向下5°的擺動(dòng)，以此來改變?nèi)紵行膮^(qū)的位置，調(diào)節(jié)爐膛內(nèi)各輻射受熱面的吸熱量，從而調(diào)節(jié)再熱氣溫。由于燃燒器擺動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性差，目前已經(jīng)停用，各燃燒器、風(fēng)嘴及油噴嘴全部水平固定。在2010年大修中，將原設(shè)計(jì)燃燒器兩個(gè)假想切圓直徑（＃2、＃4角為Φ1041.2，＃1、＃3角為Φ1047）分別調(diào)小到Φ850和Φ900，同時(shí)安裝了一套側(cè)邊風(fēng)系統(tǒng)防止水冷壁高溫腐蝕。

圖1 爐膛區(qū)域分布及水平截面示意圖

圖2 改造前、后燃燒器結(jié)構(gòu)對(duì)比圖a）改造前 b）改造后

2 燃燒系統(tǒng)改造

（1）在距離最上層一次風(fēng)燃燒器中心線約5.5 m位置處布置4層剛性預(yù)置反切10°的SOFA分離式燃盡風(fēng)，增加大空間垂直分離的SOFA燃燒裝置（噴嘴、燃盡風(fēng)角風(fēng)箱、風(fēng)門、大風(fēng)箱、風(fēng)道及擺動(dòng)機(jī)構(gòu)），占燃燒總風(fēng)量的30%左右，以強(qiáng)化未燃盡煤粉的富氧燃燒，提高煤粉燃盡率以及降低CO含量，同時(shí)極大地減少進(jìn)入爐膛上部及水平煙道的煙溫偏差，消除鍋爐兩側(cè)汽溫偏差。這樣在爐膛的縱向空間尺度上，將燃燒系統(tǒng)改造為主燃燒區(qū)和上部燃盡區(qū)，中間為大空間的NO x還原區(qū)。改造工作會(huì)涉及到標(biāo)高3197 0位置處的腰箍梁的改造，及以此標(biāo)高線為中心，總高為4.6 m左右的水冷壁的更換。引燃盡風(fēng)風(fēng)道過程中，原有的樓梯平臺(tái)需要根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行改造。如圖2所示。

（2）將原設(shè)計(jì)的一次風(fēng)煤粉燃燒器全部改為帶對(duì)置丘體高效濃淡分離裝置的水平濃淡煤粉燃燒器（濃淡比為8∶2，如圖3所示。），同時(shí)濃一次風(fēng)煤粉射流大反切逆向進(jìn)入，爐膛向火面，在強(qiáng)化爐膛下部主燃燒區(qū)域煤粉的著火穩(wěn)燃能力的基礎(chǔ)上，極大地降低NO x的生成，同時(shí)防止煤粉噴嘴鈍體的磨損。最下層更換最新技術(shù)的小油槍煤粉燃燒器。

（3）在主燃燒器區(qū)域，采用水平濃淡分離一次風(fēng)的“風(fēng)包粉”技術(shù)和淡側(cè)大周界風(fēng)技術(shù)，使得在靠近水冷壁區(qū)域形成具有較低溫度、較低CO濃度、低粉、高氧的水冷壁壁面防結(jié)渣及高溫腐蝕區(qū)。

圖3 水平濃淡煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)圖

（4）采用不增加熱風(fēng)道阻力的燃盡風(fēng)風(fēng)道設(shè)計(jì)，在熱風(fēng)道末端合適的位置開孔引出燃盡風(fēng)風(fēng)道，將二次風(fēng)未進(jìn)入主燃燒器大風(fēng)箱之前直接引至燃盡風(fēng)大風(fēng)箱（如圖4所示），并且加裝導(dǎo)流板，這樣可不增加二次風(fēng)的阻力，從而不增加廠用電，且保證了足夠的SOFA配風(fēng)及主燃燒器配風(fēng)要求。

圖4 二次風(fēng)系統(tǒng)示意圖

3 低氮燃燒運(yùn)行調(diào)節(jié)[3]

進(jìn)行低氮燃燒調(diào)整、降低煙氣NOX濃度時(shí)，應(yīng)在確保機(jī)組安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件下進(jìn)行，確保各運(yùn)行參數(shù)不得發(fā)生越限現(xiàn)象。

（1）盡量減少鍋爐主燃區(qū)的運(yùn)行氧量值，實(shí)現(xiàn)合理配風(fēng)。關(guān)小運(yùn)行燃燒器周界風(fēng)控制擋板開度，開度一般保持在20%～15%左右，如給粉機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，應(yīng)適當(dāng)開大對(duì)應(yīng)周界風(fēng)風(fēng)擋板開度。

（2）及時(shí)關(guān)閉停運(yùn)燃燒器對(duì)應(yīng)的一次風(fēng)擋板門；維持排粉機(jī)出口風(fēng)壓在4.0～4.5 kPa。

（3）機(jī)組負(fù)荷在190 MW以下時(shí)，應(yīng)開大上部兩層SOFA擋板開度在80%～90%左右，下部兩層SOFA擋板開度維持在40%～50%左右；同時(shí)維持原有兩層OFA燃盡風(fēng)擋板開度在40%以上（隨機(jī)組負(fù)降低而逐漸開大）。機(jī)組負(fù)荷在190 MW以上時(shí)，維持四層SOFA擋板開度在80%～90%左右，也可以保持上部兩層開度稍大于下部兩層擋板的開度；同時(shí)維持原有兩層OFA燃盡風(fēng)擋板開度在20%以下或全部關(guān)閉（隨機(jī)組負(fù)荷增加而逐漸關(guān)小），調(diào)整時(shí)還應(yīng)參照屏過出口兩側(cè)煙溫偏差不大50℃。正常調(diào)整過程應(yīng)緩慢進(jìn)行，注意對(duì)主、再熱蒸汽溫度影響。

（4）正常運(yùn)行中全開最下層A A層二次風(fēng)擋板開度。

（5）機(jī)組在高負(fù)荷運(yùn)行期間（一般大于200 MW），應(yīng)盡可能降低爐膛送風(fēng)量，維持較低氧量值運(yùn)行（一般不得低于2.5%），但一定要確保鍋爐燃燒穩(wěn)定。若因機(jī)組快速增帶負(fù)荷使給粉機(jī)轉(zhuǎn)速大幅增加時(shí)，應(yīng)適當(dāng)開大對(duì)應(yīng)二次風(fēng)擋板開度，防止主燃區(qū)因煤粉過多、嚴(yán)重缺風(fēng)造成鍋爐滅火。只有在給粉機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，再適當(dāng)關(guān)小二次風(fēng)擋板開度。

（6）通過3月份試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，二次風(fēng)配風(fēng)方式采取“收腰”型時(shí)，對(duì)降低煙氣NOX濃度效果最佳。所以在對(duì)二次風(fēng)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，應(yīng)可能按照該方式進(jìn)行，即保持最上部和最下部二次風(fēng)擋板開度大于中間部位的二次風(fēng)擋板開度。

（7）降低煙氣NOX濃度必然會(huì)導(dǎo)致鍋爐效率下降，日常調(diào)整中，只要控制NOX濃度在要求范圍內(nèi)即可，不要將NOX濃度控制的太低，此時(shí)可以適當(dāng)關(guān)小SOFA風(fēng)，開大二次風(fēng)，提高鍋爐燃燒效率。

（8）在主、再熱汽溫等條件允許的情況下，盡可能投入下層燃燒器運(yùn)行，使火焰中心下移，爐膛中心溫度降低，有助于減少NOX生成；同時(shí)使燃燒區(qū)與SOFA之間的還原區(qū)域延長，有助于NOX被還原。

4 改造結(jié)果

（1）鍋爐空預(yù)器后煙氣中氮氧化物濃度如圖5所示。改造后氮氧化物排放濃度均低于300 mg/m3，較修前明顯降低。

圖5 干燥前、后氮氧化物濃度對(duì)比圖

（2）鍋爐效率如圖6所示。效率提高了1.44%，鍋爐效率明顯提高，且均高于鍋爐B M C R工況設(shè)計(jì)值92.16%。

5 結(jié)語

圖6 改造前、后鍋爐效率對(duì)比圖

對(duì)比修前修后效率可知：320 MW工況鍋爐效率提高了1.54%，300 MW工況鍋爐效率提高了2.17%，270 MW工況鍋爐效率提高了1.85%，240 MW工況鍋爐

綜上所述，此次技術(shù)改造使機(jī)組煙氣中的氮氧化物濃度得到了大幅度降低，達(dá)到了國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí)，鍋爐效率也得到了較好的提升，大大提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

[1]Q W/04.17.00.0101-2013.330 MW機(jī)組集控運(yùn)行規(guī)程[S].

[2]鄭體寬.熱力發(fā)電廠[M].2版.北京：中國電力出版社，2008.

[3]容鑾恩，袁鎮(zhèn)福.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997.

[4]林萬超.火電廠熱經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.