機組鍋爐脫硝改造后存在問題與改進措施

黃海斌

（山西漳澤電力股份有限公司漳澤發電分公司，山西 長治 046021)

1 概述

某公司鍋爐為原蘇聯制造的ZG-670-B.8-545KT型、單汽包、自燃循環、雙爐膛、固態排渣、煤粉鍋爐。鍋爐煙氣中的NOx排放直接影響大氣環境，為了降低鍋爐煙氣中NOx對環境的污染，該公司進行了煙氣脫硝改造，改采用龍源低氮燃燒器技術，以降低爐膛煤粉燃燒過程中的NOx生成量，并結合凱天環保科技股份有限公司開發的采取選擇性催化還原(selective catalytic reduction，以下簡稱SCR)法的尾部煙氣脫硝裝置，實現了鍋爐煙氣氮氧化物達標排放。

煙氣脫硝裝置運行后，由于對低氮燃燒器運行中風粉配合掌握不好，導致對NOx生成的抑制效果不佳，氨反應器入口NOx含量相對較高，氨氣消耗量增大；另一方面，由于設備改造不完善和運行調節不盡合理，導致主、再熱汽溫偏高，減溫水投入量增大，飛灰含碳量相對增加，降低了鍋爐運行的經濟性。

2 原因分析

NOx的來源有2個方面：一是燃燒時空氣中的氮高溫氧化生成的NO(熱力NO)，其活化能非常強，因此控制燃燒溫度是降低熱力NO的有效措施；二是煤粉中的氮化合物在煤粉著火燃燒時，隨揮發分從煤粉中析出與氧發生反應生成的NOx。由于燃燒調節配風不合理，一次風風量大，導致燃料揮發分析出，燃燒生成NOx，導致NOx含量增大；同時由于二次風分級配風不合理，二次風較早混入強化燃燒，使著火燃燒區溫度提高，導致生成大量熱力NO。由于一次風量大，二次風混入較多，使燃燒產生還原性的氣體減少，降低了抑制燃料型NO生成的效果，導致NOx生成量增大，增加了脫硝氨氣消耗量。

在鍋爐運行中，由于一次風量大、風速較高，使煤粉著火燃燒滯后，爐膛火焰中心上移。由于低氮燃燒器以缺氧燃燒為機理，二次風配比較小、混入時間推后，使煤粉氣流著火燃燒滯后，煤粉燃燒不完全；同時運行中一、二次風配比不合理，二次風旋流強度大使二次風出口旋流擴散角增大，推遲了二次風與一次風混合，增加了煤粉氣流不完全燃燒程度。

燃燼風布置的不合理使爐膛燃燒不完全，增大了飛灰含碳量。低氮燃燒技術的機理主要是通過煤粉氣流著火燃燒時的富燃料缺氧燃燒來控制NOx的生成。而煤粉完全燃燒的實現則主要由燃燼風完成，即下層噴燃器不完全燃燒后，沒有完全燃燒的煤粉顆粒隨煙氣上升，在燃燼風區域與大量的燃燼風混合進一步燃燒。但該公司改造時，將燃燼風口布置在原三次風口位置，與上層燃燒器間距3.5 m，使煙氣中未完全燃燒的顆粒進入燃燼風區域時間過短，使燃燒生成的NOx在還原性介質條件下的分解還原能力下降，導致爐膛出口煙氣NOx含量增大；同時燃燼風取自二次風箱，運行中往往為了控制過剩空氣量而保持較低的二次風壓，使燃燼風強度不夠，不能很好地射入爐內煙氣，造成其產生的擾動較小，降低了煤粉完全燃燒的水平，導致飛灰含碳量增大。

由于煤粉在噴燃器出口著火燃燒滯后，使火焰中心上移，爐膛出口煙溫上升。燃燼風大量進入使煙氣量增大，導致對流受熱面受熱增大，主、再熱汽溫升高。為控制主、再熱汽溫，增大減溫水使用量，尤其是再熱汽減溫水的大量使用，使機組低壓蒸汽流量增加，高壓蒸汽做功減少，機組效率降低。

原鍋爐設計為富氧燃燒方式，爐膛出口過剩空氣系數約為1.25，煤粉燃燒器風粉混合充分能保證煤粉在爐內的完全燃燒，設計煤粉細度約為12 %。但噴燃器改造后，低氮燃燒器是基于缺氧燃燒、二次風滯后混入一次風的燃燒模式，原先的煤粉細度不能滿足爐膛內完全燃燒的要求，造成煙氣飛灰含碳增大，降低了鍋爐效率。

3 改進措施

3.1 加強燃燒調整、合理配風

加強鍋爐燃燒調整、合理配風，達到既降低NOx生成又保證煤粉爐內完全燃燒的效果。在正常運行中，根據煤質變化合理調節一次風速，對揮發分高的煤，保持一次風粉濃度在1.5～1.7，增大外二次風配比；對揮發分低、發熱量大的煤，保持一次風粉濃度在1.1～1.3，增大內二次風配比和二次風旋流強度，保證煤粉前期著火燃燒。通過不同煤質情況下的合理配風，使煤粉揮發物析出和著火缺氧燃燒在噴燃器出口，使大部分燃料氮化合物在富燃料條件下進入氣相，實現對燃料氮化合物生成NOx的抑制。

同層燃燒器合理配風，保證煤粉完全燃燒。根據旋流噴燃器對沖布置的特點，為保證煤粉完全燃燒，合理配置一次風速風量，降低一次風速，縮短噴燃器出口煤粉著火距離，保證燃燒穩定；各噴燃器二次風配比，采用“前期配風小、二次風旋流強度大，后期配風大、旋流強度小”的方式，既保證煤粉前期的缺氧燃燒以降低NOx的生成量，又滿足煤粉后期完全燃燒，防止火焰旋流擴散角過大造成飛邊結焦。停運噴燃器時，在保證火嘴不超溫的前提下，盡量關小相應的一、二次風門，減少進入爐膛的風量。根據氧量調節燃燼風和燃燒區域的風量配比，實現爐內煤粉高效燃燒和低NOx排放，還可通過控制燃燼風防止鍋爐主、再熱汽溫超溫。

3.2 提高燃燼風壓和氣流強度

通過提高燃燼風壓和氣流強度，增加燃燼風氣流剛度，確保燃燼風能有效射入爐膛煙氣并與煙氣充分混合。由于二次風箱壓力低、燃燼風壓低、燃盡風射流穿透力不足，降低了燃燼風混合燃燒能力，使其燃燼作用大幅下降，氧量、排煙量相應增大。所以在保證燃燒穩定的情況下應盡可能提高二次風壓，增加燃燼風的穿透力，提高爐內煤粉完全燃燒程度，降低飛灰含碳量。

3.3 進行受熱面改造

根據設備改造后運行狀況的變化，為降低排煙溫度，減少主、再熱蒸汽減溫水使用量，建議進行局部受熱面改造置換，適當減少低溫過熱器的受熱面，合理增大省煤器的受熱面。一方面降低過熱汽溫度，減少減溫水量投入；另一方面提高給水溫度。由于省煤器受熱面的增加，給水吸熱量增大，排煙溫度下降。給水溫度的提高，造成爐膛吸熱量減小，燃料消耗減少，提高機組運行經濟性。

通過鍋爐運行中的合理配風，使爐膛燃燒過程中的NOx生成量明顯降低，在相同運行工況下，脫硝反應器入口NOx量下降；脫硝氨氣消耗量減少。結合機組負荷變化情況合理調節風粉配比和鍋爐送風量，在保證燃燒的前提下，滿足了低氮缺氧燃燒要求，既抑制了燃燒過程中NOx的生成，也保證了煤粉完全燃燒，使鍋爐不完全燃燒熱損失明顯下降，提高了鍋爐燃燒效率。

1 王文宗．火電廠煙氣脫硫及脫硝實用技術[M]．北京：中國水利水電出版社，2009.