低氮燃燒器改造在350MW機組上的應用

王俊峰

【摘 要】 本文主要論述了：某電廠2*350MW機組低氮燃燒器通過采用大風箱布置，新增加燃盡風4層（SOFA ）與雙尺度低NOx燃燒技術相結合系統，實現了NOx排放濃度的明顯下降，下降幅度達60%～70%；并有效控制爐膛結焦，超溫；以及吹灰器使用次數同時進行了等離子點火配套改造，取消了原有的微油點火裝置及上層大油系統，降低全年耗油量；在NOx排放量得到大幅度降低的同時提升燃燒效率。

【關鍵詞】 低氮燃燒器 空氣分級 濃淡分離 鍋爐效率

1 鍋爐概述

鍋爐為單爐膛“∏”型布置，緊身封閉，高強螺栓連接，全鋼架懸吊結構，采用四角切向燃燒、擺動燃燒器調溫，固態除渣、平衡通風?？刹捎枚▔哼\行，也可采用定-滑-定的運行方式。爐膛截面為14212×14212mm的正方形，配有正四角切向燃燒器，為爐膛四圍熱負荷均勻提供了良好條件。爐室凈高57.5m，爐膛截面積為202m2，爐膛容積9549.37m3，上排一次風噴口中心線至屏底距離19.5m，下排一次風噴口中心線至灰斗拐角為4.54m。爐膛截面熱負荷為4.38MW/m2，容積熱負荷為92.6kW/m3，爐膛出口煙氣溫度為1011.3℃。水冷壁按受熱情況，沿爐膛高度與寬度的熱負荷分布劃分28個回路，爐膛水冷壁采用膜式結構，由Φ60×7.5mm，SA210C光管和內螺紋管與6mm扁鋼相焊制成，節距S=76mm，折焰角處由Φ70×10mm的內螺紋管組成。在爐膛四角處的水冷壁管子形成燃燒器的水冷套。

2 鍋爐存在問題

（1）響應國家號召，節能減排要求，鍋爐燃煤燃燒過程中排放的NOx氣體危害大且較難處理的大氣污染物，它不僅刺激人的呼吸系統，損害動植物，破壞臭氧層，而且也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質之一。

（2）受熱面結渣，過熱器超溫，鍋爐效率低。

3 改造技術要求

（1）確保鍋爐燃燒脫硝后NOX排放小于100mg/nm3硫含量小于200mg/nm3。

（2）過熱器后屏溫度小于568度。

（3）結焦問題好轉，能適應高熱值的煤。

4 改造方案簡介

對燃燒器進行重新布置，改變假象切圓直徑，由原來的ΦA728*ΦA915改為ΦA415*ΦA728，調整各層煤粉及輔助風標高和間距，增加新的燃盡風組建以增加高位風量。原主燃燒器上方約9 m處增加4層分離燃盡風SOFA噴口，分配足量的SOFA燃盡風量，SOFA噴口可同時做上下左右擺動。燃燒器系統風門由下至上依次為：AA二次風、A（一次風）微油已取消、AB（二次風）、B（一次風）、（增加4臺等離子燃燒）；BB（油槍）；BC二次風（帶貼壁風）、C（一次風）、CC（二次風已取消）DD（二次風已取消改為CD為二次風）、D（一次風）、DE油槍已取消（二次風帶貼壁風）、EE（二次風已取消）、E（一次風）EF二次風（帶貼壁風）、F二次風（已取消）、OFA二次風（帶貼壁風）、WA貼壁風、SOFA1～SOFA4，通過改造，主燃燒區域風量減少25%，形成在主燃燒區低氧燃燒、燃盡區采用富氧燃燒，將燃燒生成的NOx還原為氮氣，減少氮氧化物的生成。主燃燒器區域減少的25%風量通過燃盡風系統吹入爐膛，形成富氧燃燒區域，將主燃燒器區域未燃燒完全的煤粉燃燼，減少飛灰含碳量控制爐膛溫度，減少NOX生成，在主燃燒器上方7.6米，增加了4層燃盡風（SOFA），采用大風箱布置，同時進行了等離子點火配套改造。

5 低氮燃燒器技術

爐內燃燒過程NOx生成主要有三種類型，燃料型、熱力型及快速型三種，燃料型NOx約占80—90%，是各種低NOx技術控制的主要對象。其次是熱力型，主要是由于爐內局部高溫造成，快速型NOx生成量很少。本次改造將采取的相關措施控制燃料型及熱力型NOx的生成，因為燃料型NOx占總量的80-90%，是燃燒器改造主要控制對象，一般有低NOx燃燒器、低過量空氣系數、燃料及空氣分級、煙氣再循環等技術手段。特別是空氣分級技術，因為較易實施，無需再燃燃料等，得到普遍應用。近年來國內外已發展多種空氣分級技術，但是由于我國煤質復雜，往往易出現鍋爐結渣，飛灰含碳量較高等問題。因為采用空氣分級以后，一部分空氣被分離至燃燒器頂部作為燃盡風，使灰熔點降低不易結焦。

本電廠改造設計煤質揮發份較高煙煤，較適合于采用雙尺度特點的空氣分級降NOx技術，但考慮到灰熔點變低的可能性，制定改造方案時特別注意防止改造后鍋爐結渣，降NOx的同時防止局部區域出現鍋爐結渣及高溫腐蝕的傾向發生，并保持較高的鍋爐效率。雙尺度低NOx燃燒技術以爐膛大空間作為對象，通過對燃燒器進行雙尺度特點的布置，可同時具有防渣、防腐、高效穩燃，超低NOx排放，是一項成熟的低NOx燃燒技術實施系統優化達到防渣、燃盡、低NOx一體化的目的。雙尺度技術是從解決真型爐存在的實際問題出發，爐膛中心形成了“中心區”有較高煤粉濃度、較高溫度、適宜氧濃度、較高燃燒強度，爐膛近壁區形成溫度低保證近壁區三場特性利于防渣。采用雙尺度技術后，水冷壁得到重點保護，爐膛不結渣、可實現長時間爐膛不吹灰，采用低NOx燃燒器、一次風噴口集中且濃淡組合、接力熱回流環渦穩燃等技術手段，在燃燒過程尺度上利用熱力與動力不對稱性原理使三種動渦連續相扣，特別是噴口處煤粉熱解著火后碳的著火燃燒區段的三場特性利于與爐中心復合射流大渦的復合連接。環渦內碳粒有較高的內回流率延長了在環渦內停留時間，顯著提高了環渦內碳燃燒發熱量，環渦穩燃、著火、碳燃燒、碳燃盡全過程鏈環穩固，針對目前鍋爐運行中存在的問題制定了本方案。對燃燒器進行重新的結構布局，針對易于結焦的區域進行煤粉控制燃燒，強調消除爐內燃燒的峰值溫度，更加均勻化的溫度場分布對煤粉燃燒的過程尺度進行控制，力求對鍋爐較高經濟性的追求。

6 燃燒器低NOx改造措施

（1）在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風（總風量20—30%），燃盡風采用多噴口多角度射入，沿高度方向從下至上形成三大區域，分別為氧化還原區（總風量的70—80%）、主還原區、燃盡區。由于有較大燃盡風量的存在，主燃燒器區存在氧化還原交替存區，氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進煤粉燃盡，但會產生較多的NOx，局部還原區可以初步還原產生的NOx，使NOx在初始燃燒時就得到抑制。主還原區內已生成的NOx得到充分還原，燃盡區內將作為燃盡風的二次風及時補充進來，促進焦碳最后燃盡。通過縱向三區布置，形成縱向空氣分級，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物也會得到控制。

由于實現縱向空氣分級，相對地燃燒器區域有所擴大，燃燒器區域熱負荷降低，爐內溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產生。

（2）橫向雙區布置：燃燒器改造后，調整二次風射流方向，與一次風小角度偏斜，在爐內分別形成兩個較小的相反旋向的切圓。關鍵節點區的兩層一次風之間還會布置我公司特有的貼壁風噴口，形成橫向空氣分級。這種橫向空氣分級布置，可使沿爐膛截面形成中心區和近部區兩區分布，中心區較高的煤粉濃度、較高的溫度水平；近壁區較低的顆粒濃度、較低的溫度水平，由于貼壁風的存在，近壁區可保留足夠的氧的存在。一二次風偏置后可使一次風初始燃燒時，二次風不能過早混合進來，可形成局部缺氧燃燒，在火焰內就進行NOx還原，抑制NOx產生；同時二次風偏斜角度較小，而且與一次風形成反切，在火焰末端二次風能夠充分摻混合進來，使缺氧燃燒時產生的焦炭再燃燒，保證煤粉燃盡。橫向空氣分級與縱向空氣分級一起形成空間空氣分級。

（3）低NOx燃燒器：一次風設計噴口為上下濃淡分離形式，中間加裝穩燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對煤粉穩燃、提前著火有積極作用。同時鈍體能優先增加卷吸的高溫煙氣量，進一步強化穩燃。

（4）適當降低一次風率，保證煤粉及時著火，并可有效降低NOx生成。

（5）節點功能區的建立將下層一次風設計為上濃下淡燃燒器噴口，上層一次風布置為下濃上淡一次風噴口，兩層一次風噴口中間的二次風小角度與一次風射流偏置，同時布置貼壁風噴口。這樣的噴口組合，同時具有穩燃、降低NOx的作用，將燃盡風門和貼壁風風門開大，可實現NOx和飛灰可燃物同時降低。

7 改造后效果

低氮燃燒器改造后在額定工況下，在BMCR工況下，火焰偏斜較小，煙氣流場和熱負荷分布均勻，鍋爐無超溫結焦現象。低氮燃燒器改造后省煤器出口NOx由改造前810mg/nm3左右降到300mg/nm3以內；鍋爐熱效率達到93.28%左右。

8 結語

此次改造取得了圓滿的成功，并達到國家環保要求，鍋爐效率提高0.28%，超出設計出力1165t/h，最高可帶負荷1270t/h穩定運行。