300 MW機組鍋爐燃燒系統低氮改造與效果分析

盧紅書

（華電國際萊城發電廠，山東萊蕪271100）

發電技術

300 MW機組鍋爐燃燒系統低氮改造與效果分析

盧紅書

（華電國際萊城發電廠，山東萊蕪271100）

為了保護環境，進一步提高鍋爐熱效率，根據某300 MW機組鍋爐運行狀況，分析了燃燒系統存在的問題，提出了燃燒系統低氮改造措施。經試驗驗證，鍋爐低氮改造后，鍋爐NOX排放量大幅減少，排放濃度降到了280 mg/m3，鍋爐熱效率也略有提升。

300 MW；鍋爐；低氮；燃燒器

1 鍋爐運行現狀

華電國際萊城發電廠1號機組額定負荷為300 MW，鍋爐設計煤種為山西煤與濟北混煤，但實際入爐煤已經偏離設計和校核煤種，為貧煤、劣質煙煤、褐煤的混合，煤質較差。在原設計中采用濃淡分離燃燒來降低鍋爐NOX的生成排放、實現穩燃及燃盡的要求，但在對設計的分析和實際運行中發現以下幾個問題：

（1）燃煤品質較差。入爐煤灰分達30%～43%，揮發分24%～26%，發熱量15～18 MJ/kg，設計煤種品質分析見表1。

劣質的入爐煤無疑給鍋爐的安全經濟運行帶來了巨大的壓力，如燃燒效率較低、穩燃性差、燃燒器及水冷壁附近結渣、NOX排放濃度很高等各種問題變得更加嚴重，表明了鍋爐煤粉燃燒器及燃燒系統的煤種適應性較差。

（2）NOX排放濃度很高。由于鍋爐燃煤品質差，磨煤機一次風量和鍋爐運行氧量比以前高，NOX排放濃度提高，煙氣NOX排放濃度約550～800 mg/m3（干基、標態、6%O2、5%NO2），最高達835 mg/m3。而《火電廠大氣污染物排放標準》規定，從2014年1月1日開始，重點地區所有火力發電機組NOX排放濃度標準要低于100 mg/m3，而非重點地區2003年以前投產的機組低于200 mg/m3[1]。

表1 設計煤種品質分析

因此，根據燃煤品質較差的情況，有必要對1號鍋爐的燃燒系統進行改造，提高燃燒系統的性能并降低NOX的排放濃度。

2 燃燒系統問題分析

對1號鍋爐燃燒系統進行深入分析，發現存在以下問題。

（1）原采用彎頭分離上濃下淡的WR燃燒器[2]，煤粉濃淡分離效果不佳，燃燒初期NOX降低的效果一般，同時大量燃燒器周界風的進入，對于穩燃和降低NOX都不利；采用上濃下淡的煤粉射流裝置，不能較好地實現爐膛燃燒風包粉的技術要求，在爐膛旋轉氣流的作用下，主燃燒區域內煤粉射流貼近水冷壁，從而更易導致結渣和高溫腐蝕的發生。

（2）原煤粉燃燒器噴嘴出口采用鈍體分離及煤粉導流形式[3]，鈍體運行環境惡劣，既要承受煤粉沖擊磨損，又處于高溫環境，鈍體使用壽命縮短，一年左右時間就須更換。

（3）原設計通過同心反切圓燃燒技術保護水冷壁，但在實際運行中并不能降低煙溫偏差，一、二次風大夾角反向進入爐膛。如果爐膛內氣流按設計逆時針旋轉，煤粉射流周圍沒有二次風射流保護，將不能防止水冷壁高溫腐蝕。該設計違背四角切圓燃燒的“鄰角點燃”著火原理，不利于鍋爐的低負荷不投油穩燃。

（4）在原CE擺動燃燒器技術設計[4]中，噴嘴與壁面間隙過大（12 mm），漏風較大，這不利于控制NOX的生成，特別在鍋爐低負荷運行中還會導致NOX大幅上升。油風室噴嘴出來的旋流風又容易快速地混入一次風煤粉中，也不利于降低NOX的生成。

（5）原設計燃燒系統頂部2層燃盡風射流對降低NOX效果不明顯，雖然有一定反切動量，但其反切角度和反切動量都較小，射流裝置緊貼主燃燒區域，對降低NOX和爐膛消旋的作用不明顯。

3 燃燒系統低氮改造方案

在不改變鍋爐其他設備及運行參數，如制粉系統、各級受熱面大小、熱風溫度等[5]，盡量減少改造工作量的前提下，經過詳細地分析研究，此次鍋爐燃燒系統改造工作主要包括如下幾部分。

（1）在距離最上層燃燒器中心線約7.1 m位置處布置4層剛性大覆蓋的SOFA（分離式燃盡風）噴嘴裝置[6]。大空間垂直分離的SOFA燃燒裝置包括噴嘴、燃盡風角風箱、風門、大風箱、風道及擺動機構。SOFA風量占燃燒總風量的29%左右，這樣在爐膛的縱向空間上，分為主燃燒區和上部燃盡區，中間為大空間的NOX還原區，如圖1、圖2所示。

圖1 爐膛縱向空間區域分布

圖2 水平截面燃燒組織示意

（2）除下層小油槍煤粉燃燒器以外，將原設計的煤粉燃燒器，全部改為帶對置丘體高效濃淡分離裝置的水平濃淡煤粉燃燒器[7]（濃淡比為8∶2～7∶3），同時濃一次風煤粉射流反切逆向進入爐膛向火面，在強化爐膛下部主燃燒區域煤粉穩燃能力的基礎上，大大地降低了NOX的濃度，同時防止煤粉噴嘴鈍體的磨損。

（3）采用CEE高效低氮燃燒技術，以爐內空間分級燃燒、煤粉濃淡高效分離技術為核心，構成爐內超低NOX燃燒排放、煤粉高效穩燃、高燃盡、少結渣、防高溫腐蝕的爐內燃燒動力場特性。通過爐內燃燒區域大空間分離的SOFA射流、水平濃淡分離一次風煤粉射流、向火側/背火側貼壁二次風射流的組合[8]，在爐膛垂直方向的燃燒器區域中心，形成了高煤粉濃度的著火穩燃區和較高溫度、較高煤粉濃度和較低氧氣的主燃燒區域，SOFA噴嘴設置情況如表2所示。

表2 SOFA噴嘴設置

在爐膛垂直方向的主燃燒區與燃盡區之間的大空間NOX還原區[9]以及水平截面上，由于一次風煤粉水平濃淡分離，極大地降低了爐膛燃燒的NOX生成排放；在距整個燃燒區域頂部一定距離處投入SOFA，構成了煤粉的燃盡區。

（4）在SOFA區域，采用剛性大覆蓋的SOFA射流，以強化未燃盡煤粉的富氧燃燒，提高煤粉燃盡率同時降低CO含量，減少進入爐膛上部及水平煙道的煙氣溫度偏差，消除鍋爐兩側汽溫偏差。

（5）在主燃燒器區域，布置有5層組合型雙向貼壁二次風噴嘴射流[10]，在靠近水冷壁區域形成具有較低溫度、較低CO濃度、低煤粉、高氧量的防結渣及高溫腐蝕區。

（6）在熱風道下端合適的位置開孔引出燃盡風風道，將二次風在未進入主燃燒器大風箱之前直接引至燃盡風大風箱，并且加裝導流板，可以降低二次風的阻力約30%，從而降低了廠用電。

4 改造效果分析

4.1 NOX生成量

在空氣預熱器出口兩側煙道，使用KM-9106儀器以網格法測量NOX與CO，每15 min測量1次。在300，225，180 MW負荷下的試驗結果如表3所示。從表3可以看出，NOX生成量明顯降低。利用爐膛紅外測溫儀測量顯示爐膛火焰中心溫度約為1 300℃，改造前的鍋爐同樣負荷時約為1 500℃。

表3 不同負荷下的NOX生成量

4.2 鍋爐效率

在環境溫度30℃的額定負荷下，進行了鍋爐性能試驗，結果見表4。改造后爐渣含碳量增加較大，但低于5%的標準；飛灰含碳量有所下降；由于改造后燃燒距離拉大、火焰中心抬升、爐內火焰充滿度較好，排煙溫度較低，降低了排煙熱損失；改造后的鍋爐效率略有提高。鍋爐的熱損失情況見表5。

表4 額定負荷下鍋爐性能試驗對比

表5 額定負荷下鍋爐熱損失對比

改造后的煙溫偏差很小，一般在20℃以內。鍋爐主汽壓、汽溫都能達到設計值。過熱器減溫水量很少，雖然再熱器壁溫有時較高，但也都在控制范圍以內。

5 結論

300 MW機組鍋爐燃燒系統經過低氮改造后，NOX排放量大幅下降，大于50%機組額定負荷工況下鍋爐的NOX排放濃度均不超過300 mg/m3（O2= 6%），不同負荷下CO排放濃度不高于100 μL/L，鍋爐熱效率也略有提升。其他鍋爐主要運行參數如再熱蒸汽溫度的控制仍然采用擺動噴嘴調節，爐膛出口煙溫不超過原設計值；鍋爐在不同負荷下運行時，主汽、再熱汽溫度與原設計保持不變；減溫水量也與改造前基本相同；各受熱面管壁溫度不超限，爐膛出口左右兩側煙溫偏差不大于20℃，過熱器和再熱器兩側出口的汽溫差小于5℃。

原鍋爐燃燒控制模式、運行操作的規程及要求維持不變，控制系統不變。燃燒系統經過改造后，對揮發分20%～45%的貧煤、次煙煤、煙煤等煤種的適應性有了很大提高。

[1]國家環境保護局.GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國環境科學出版社，2012.

[2]梁立剛，孟勇，吳生來.1 025 t/h鍋爐改造后運行優化及NOX排放特性試驗研究[J].熱力發電，2013，42（1）: 63-66.

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[4]胡志宏，李德功，邵紅軍，等.600 MW機組鍋爐低氮燃燒改造[J].熱力發電，2014（4）:131-134.

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[6]鄒磊，梁紹華，岳峻峰，等.1 000 MW超超臨界塔式鍋爐NOX排放特性試驗研究[J].動力工程學報，2014（2）: 169-175.

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（本文編輯：陸瑩）

Low NOXCombustion Reformation of Burning System of 300 MW Unit Boilers and Effect Analysis

LU Hongshu
（Laicheng Power Plant of Huadian Power International Corporation Limited，Laiwu Shandong 271100，China）

Aiming at environmental protection and further improvement of thermal efficiency of boilers，according to operating status of 300 MW unit boilers，the paper it analyzes problems in the burning system and proposes measures for low NOXreformation of burning system.As it is proved by test that after the reformation,emissions of NOXis greatly reduced and the concentration is lowered to 280 mg/m3；in addition，thermal efficiency of boilers is somewhat improved.

300 MW；boiler；low NOX；burner

X701.7

B

1007-1881（2015）01-0037-04

2014-05-19

盧紅書（1977），女，工程師，從事火力發電廠集控運行管理工作。