機(jī)組鍋爐脫硝改造后存在問題與改進(jìn)措施

黃海斌

（山西漳澤電力股份有限公司漳澤發(fā)電分公司，山西 長治 046021)

1 概述

某公司鍋爐為原蘇聯(lián)制造的ZG-670-B.8-545KT型、單汽包、自燃循環(huán)、雙爐膛、固態(tài)排渣、煤粉鍋爐。鍋爐煙氣中的NOx排放直接影響大氣環(huán)境，為了降低鍋爐煙氣中NOx對環(huán)境的污染，該公司進(jìn)行了煙氣脫硝改造，改采用龍源低氮燃燒器技術(shù)，以降低爐膛煤粉燃燒過程中的NOx生成量，并結(jié)合凱天環(huán)保科技股份有限公司開發(fā)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(xiàn)了鍋爐煙氣氮氧化物達(dá)標(biāo)排放。

煙氣脫硝裝置運行后，由于對低氮燃燒器運行中風(fēng)粉配合掌握不好，導(dǎo)致對NOx生成的抑制效果不佳，氨反應(yīng)器入口NOx含量相對較高，氨氣消耗量增大；另一方面，由于設(shè)備改造不完善和運行調(diào)節(jié)不盡合理，導(dǎo)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(jīng)濟(jì)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(qiáng)，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(fā)分從煤粉中析出與氧發(fā)生反應(yīng)生成的NOx。由于燃燒調(diào)節(jié)配風(fēng)不合理，一次風(fēng)風(fēng)量大，導(dǎo)致燃料揮發(fā)分析出，燃燒生成NOx，導(dǎo)致NOx含量增大；同時由于二次風(fēng)分級配風(fēng)不合理，二次風(fēng)較早混入強(qiáng)化燃燒，使著火燃燒區(qū)溫度提高，導(dǎo)致生成大量熱力NO。由于一次風(fēng)量大，二次風(fēng)混入較多，使燃燒產(chǎn)生還原性的氣體減少，降低了抑制燃料型NO生成的效果，導(dǎo)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(fēng)量大、風(fēng)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(jī)理，二次風(fēng)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(fēng)配比不合理，二次風(fēng)旋流強(qiáng)度大使二次風(fēng)出口旋流擴(kuò)散角增大，推遲了二次風(fēng)與一次風(fēng)混合，增加了煤粉氣流不完全燃燒程度。

燃燼風(fēng)布置的不合理使?fàn)t膛燃燒不完全，增大了飛灰含碳量。低氮燃燒技術(shù)的機(jī)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(xiàn)則主要由燃燼風(fēng)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(fēng)區(qū)域與大量的燃燼風(fēng)混合進(jìn)一步燃燒。但該公司改造時，將燃燼風(fēng)口布置在原三次風(fēng)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(jìn)入燃燼風(fēng)區(qū)域時間過短，使燃燒生成的NOx在還原性介質(zhì)條件下的分解還原能力下降，導(dǎo)致爐膛出口煙氣NOx含量增大；同時燃燼風(fēng)取自二次風(fēng)箱，運行中往往為了控制過剩空氣量而保持較低的二次風(fēng)壓，使燃燼風(fēng)強(qiáng)度不夠，不能很好地射入爐內(nèi)煙氣，造成其產(chǎn)生的擾動較小，降低了煤粉完全燃燒的水平，導(dǎo)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(fēng)大量進(jìn)入使煙氣量增大，導(dǎo)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(jī)組低壓蒸汽流量增加，高壓蒸汽做功減少，機(jī)組效率降低。

原鍋爐設(shè)計為富氧燃燒方式，爐膛出口過剩空氣系數(shù)約為1.25，煤粉燃燒器風(fēng)粉混合充分能保證煤粉在爐內(nèi)的完全燃燒，設(shè)計煤粉細(xì)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(fēng)滯后混入一次風(fēng)的燃燒模式，原先的煤粉細(xì)度不能滿足爐膛內(nèi)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(jìn)措施

3.1 加強(qiáng)燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)

加強(qiáng)鍋爐燃燒調(diào)整、合理配風(fēng)，達(dá)到既降低NOx生成又保證煤粉爐內(nèi)完全燃燒的效果。在正常運行中，根據(jù)煤質(zhì)變化合理調(diào)節(jié)一次風(fēng)速，對揮發(fā)分高的煤，保持一次風(fēng)粉濃度在1.5～1.7，增大外二次風(fēng)配比；對揮發(fā)分低、發(fā)熱量大的煤，保持一次風(fēng)粉濃度在1.1～1.3，增大內(nèi)二次風(fēng)配比和二次風(fēng)旋流強(qiáng)度，保證煤粉前期著火燃燒。通過不同煤質(zhì)情況下的合理配風(fēng)，使煤粉揮發(fā)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(jìn)入氣相，實現(xiàn)對燃料氮化合物生成NOx的抑制。

同層燃燒器合理配風(fēng)，保證煤粉完全燃燒。根據(jù)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(fēng)速風(fēng)量，降低一次風(fēng)速，縮短噴燃器出口煤粉著火距離，保證燃燒穩(wěn)定；各噴燃器二次風(fēng)配比，采用“前期配風(fēng)小、二次風(fēng)旋流強(qiáng)度大，后期配風(fēng)大、旋流強(qiáng)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(kuò)散角過大造成飛邊結(jié)焦。停運噴燃器時，在保證火嘴不超溫的前提下，盡量關(guān)小相應(yīng)的一、二次風(fēng)門，減少進(jìn)入爐膛的風(fēng)量。根據(jù)氧量調(diào)節(jié)燃燼風(fēng)和燃燒區(qū)域的風(fēng)量配比，實現(xiàn)爐內(nèi)煤粉高效燃燒和低NOx排放，還可通過控制燃燼風(fēng)防止鍋爐主、再熱汽溫超溫。

3.2 提高燃燼風(fēng)壓和氣流強(qiáng)度

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

3.3 進(jìn)行受熱面改造

根據(jù)設(shè)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(jìn)行局部受熱面改造置換，適當(dāng)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(jī)組運行經(jīng)濟(jì)性。

通過鍋爐運行中的合理配風(fēng)，使?fàn)t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(yīng)器入口NOx量下降；脫硝氨氣消耗量減少。結(jié)合機(jī)組負(fù)荷變化情況合理調(diào)節(jié)風(fēng)粉配比和鍋爐送風(fēng)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(shù)[M]．北京：中國水利水電出版社，2009.