鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量高機理研究及現場實踐

王承亮

摘 要：為解決某單位300 MW鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量及爐渣份額升高的問題，分別從鍋爐低氮燃燒改造方案、鍋爐爐渣含碳量和份額升高機理、鍋爐熱態動力場旋轉動量和鍋爐配風方式四方面進行了機理研究，分析確定了鍋爐熱態動力場旋轉動量偏低是導致爐渣含碳量和爐渣含碳量份額升高的主要原因，并根據此原理進行了現場熱態優化調整，經過優化調整后，爐渣含碳量明顯降低，此問題的成功解決，為優化改進鍋爐低氮燃燒改造后經濟運行水平積累了寶貴經驗；同時提出了進一步優化改進鍋爐低氮燃燒系統的建議。

關鍵詞：低氮 爐渣含碳量 配風 動量

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）08（c）-0119-03

To research Themechanism of Carboncontent in Slag of High After Boiler of low NOx Combust ion Transformati on and Field Practice

Wang Chengliang

（Huadianguojitechnicalservicecenter，Jinancity Shandong，250014，China）

Abstract：In order to solve a 300MW unit boiler of low NOx combustion after the transformation of carbon content in slag high and the slag share elevations，respectively research from the low nitrogen combustion retrofit scheme，carbon content in slag and share high mechanism，boiler thermal state dynamic field rotation momentum and boiler air distribution mode，from four aspects of the mechanism research，analysis and determination of the boiler thermal power field lower rotation momentum is the main cause of the carbon content in slag and the slag carbon share increased，and the adjustment and optimization of thermal field according to this principle，through the optimization and adjustment，the carbon content in slag decreased significantly，the successful solution of the question，it accumulated valuable experience to optimize the improvement economy operation level of boiler of low NOx combustion after the transformation；at the same time put forward the further optimization and improvement of boiler low NOx combustion system recommendations.

Key Words：Low nitrogen；Carbon content in slag；Air distribution；Momentum

根據現場調試數據分析，鍋爐低氮燃燒改造后，鍋爐爐渣含碳量和爐渣份額均出現不同程度的升高，尤其某單位300 MW燃煙煤鍋爐低氮燃燒改造后，爐渣含碳量高達20%以上并且爐渣份額較改造前增加較多，此種運行狀況，嚴重影響機組安全經濟運行。為分析和解決此問題，該文從鍋爐低氮燃燒改造方案、鍋爐爐渣含碳量和份額升高機理、鍋爐熱態動力場旋轉動量和鍋爐配風方式4方面進行了機理研究，分析確定了鍋爐熱態動力場旋轉動量不足是導致鍋爐爐渣含碳量和爐渣份額升高的根本原因，并進行了鍋爐熱態優化調整取得了預期效果。其他文獻未見相關研究內容。

1 鍋爐設備系統概況

鍋爐由上海鍋爐廠有限公司生產制造的SG-1025/17.50-M885型亞臨界壓力、一次再熱、控制循環、汽包爐，鍋爐燃用煙煤。鍋爐配置三臺BBD4060A雙進雙出鋼球磨煤機。每臺磨煤機的一側帶四角一層一次風噴嘴，一臺磨帶兩層一次風噴嘴。

2 鍋爐設低氮燃燒改造情況

本鍋爐低氮燃燒改造方案是在主燃燒器上方增加四層SOFA燃燒器，即LOFA1、LOFA2、HOFA1、HOFA2，四層噴口面積由AA、AB1、AB2、BC1、BC2、CC、OFA2輔助風噴口縮小的面積基本相等，四層SOFA風占總二次風量的30%左右，即燃燒器區域二次風量降低了約30%，通過采取取消OFA2風和減少輔助風噴口面積的方式來實現。其中六層一次風，分別為A1、A2、B1、B2、C1、C2；油二次風布置三層，分別為A、B、C風；輔助風布置六層，分別為AA、AB1、AB2、BC1、BC2、CC風；燃盡風布置一層OFA1（OFA2封堵）。

鍋爐低氮燃燒系統改造后鍋爐供風情況發生了變化，燃燒器區域過量空氣系數降到0.8%左右（即燃燒器區域二次風量降低了約30%），SOFA風區域達到1.2%左右，實現降低氮氧化物的目的。改造后的煤粉燃燒器設計參數（見表1）。

SOFA風和部分二次風采取反切以實現空氣分級，采取水平濃淡燃燒器濃側反切技術實現燃料分級。SOFA風形成假想切圓直徑1290 mm的逆時針旋轉切圓；A1、A2、B1、B2、C1、C2、AA、CC、OFA1形成假想切圓直徑1290 mm的逆時針旋轉切圓；A、B、C、AB1、BC1較AA反切15?進入爐膛形成順時針旋轉切圓；AB2、BC2較AB1反切10?進入爐膛形成順時針旋轉切圓。

3 鍋爐低氮燃燒改造后運行現狀

鍋爐低氮燃燒改造后，機組負荷300 MW時6 m看火孔有“著火”現象且溫度非常高（達到500 ℃以上），爐渣含碳量高達20%以上（見表2），并且根據灰渣量綜合分析，爐渣份額也增加較多（改造前一般按10%估算，改造后爐渣份額遠遠超過10%，初步估算達到20%左右），不僅導致鍋爐運行經濟性嚴重降低，同時因爐渣黏貼渣倉不能正常下渣（因爐渣含碳量太高）。

4 鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量及份額增加機理分析

4.1 爐渣含碳量和份額增加的運行機理

煤粉鍋爐四角切圓燃燒器穩燃和強化燃燒的機理就是在爐膛內形成強有力的旋轉風環[1]，實現四角相互引燃的目的，故四角切圓燃煤煤粉鍋爐高效、穩定燃燒的根本要素是在爐膛內形成強有力的逆時針強風環，并且逆時針旋轉的強風環動量越大，鍋爐穩燃能力越強、攜帶能力越強、爐渣份額也就越小；如果強風環動量較小，則強風環攜帶能力就降低，大部分較大粒徑的未燃盡爐渣就落入冷灰斗，此種運行方式，將導致爐渣含碳量和份額增加，嚴重影響機組安全經濟運行。下面將針對本鍋爐低氮燃燒改造方案進行旋轉動量研究，從而確定優化鍋爐燃燒的改進建議。

4.2 鍋爐熱態動力場旋轉動量研究

根據改造后主燃燒器切圓布置圖分析，形成鍋爐熱態動力場切圓主動量為一次風、一次風周界風和三層AA、CC、OFA1二次風，其中AA、CC、OFA1是形成逆時針旋轉的主動量，一次風是形成逆時針旋轉的輔助主動量1，一次風周界風是形成逆時針旋轉的輔助主動量2；A、AB1、B、BC1、C是形成順時針旋轉的反動量[2]，AB2、BC2是形成順時針旋轉的反動量2；反動量的作用有一定的抵消主動量的作用[3]，即反動量越大、主動量越小。詳細的數據分析如下。

（1）AA、CC、OFA1是形成逆時針旋轉的主動量。

M主動量=MAA+MCC+MOFA1

式中：MAA：AA輔助風動量；MCC：CC輔助風動量；MOFA1：OFA1風動量；M主動量：形成熱態動力場的主動量。

（2）一次風是形成逆時針旋轉的輔助主動量1。

M輔助主動量

1=MA1+MA2+MB1+MB2+MC1+MC2

式中：MA1：A1燃燒器一次風動量；MA2：A2燃燒器一次風動量；MB1：B1燃燒器一次風動量；MB2：B2燃燒器一次風動量；MC1：C1燃燒器一次風動量；MC2：C2燃燒器一次風動量；M輔助主動量1：一次風輔助動量。

（3）一次風周界風是形成逆時針旋轉的輔助主動量2。

M輔助主動量2=MA1周界風+MA2周界風+MB1+周界風MB2周界風+MC1周界風+MC2周界風

式中：MA1周界風：A1燃燒器周界風一次風動量；MA2周界風：A2燃燒器一次風周界風動量；MB1周界風：B1燃燒器一次風周界風動量；MB2周界風：B2燃燒器一次風周界風動量；MC1周界風：C1燃燒器一次風周界風動量；MC2周界風：C2燃燒器一次風周界風動量；M輔助主動量2：一次風周界風輔助動量。

（4）形成鍋爐熱態動力場逆時針旋轉的總主動量。

M總主動量=M主動量+M輔助主動量1+M輔助主動量2

式中：M主動量：形成熱態動力場的主動量；M輔助主動量1：一次風輔助動量；M輔助主動量2：一次風周界風輔助動量。

（5）A、AB1、B、BC1、C是形成順時針旋轉的反動量1[3]。

M反動量1=MA+MAB1+MB+MBC1+MC

式中：MA：A層油二次風動量；MB：B層油二次風動量；MC：C層油二次風動量；MAB1：AB1層二次風動量；MBC1：BC1層二次風動量；M反動量1：A、AB1、B、BC1、C形成順時針旋轉的反動量1。

（6）主動量與反動量1形成的合動量1。

M合動量1=M主動量2+M反動量12+2M主動量*M反動量1*cos15?

式中：M合動量1：形成熱態動力場的合動量1；M主動量：形成熱態動力場的主動量；M反動量1：A、AB1、B、BC1、C形成順時針旋轉的反動量1。

（7）AB2、BC2是形成順時針旋轉的反動量2。

M反動量2=MAB2+MBC2

式中：MAB2：AB2層二次風動量；MBC2：BC2層二次風動量；M反動量2：AB2、BC2層二次風形成的反動量。

（8）合動量1與反動量2形成的總合動量。

M總合動量=M合動量12+M反動量22+2M合動量1*

M反動量2*cos10?

式中：M總合動量：形成熱態動力場的總合動量；M反動量2：AB2、BC2層二次風形成的反動量。

（9）總合動量、合動量1、主動量之間的關系及優化燃燒調整機理。

M總合動量

并且A、AB1、B、BC1、C反切角度越大、動量越大[4]，M合動量1低于M主動量越多；AB2、BC2層二次風反切角度越大、動量越大，M總合動量低于M合動量1越多，即鍋爐熱態旋轉動量越小，鍋爐燃燒穩定性就越低、攜帶能力越差。

根據鍋爐熱態動力場旋轉動量數據計算分析結果，為盡可能增加鍋爐熱態動力場旋轉動量[5]，燃燒優化調整方向：增加形成主動量的AA、CC、OFA1動量；增加投運燃燒器形成輔助動量的A1、A2、B1、B2、C1、C2周界風動量；盡可能降低AB2、BC2兩層二次風的動量；因A、B、C三層油二次風設計有旋流穩燃罩，油二次風剛性較差形不成有效動量，應盡可能降低油二次風動量；同時為確保燃燒器區域合理供氧，AB1二次風保持一定動量，BC1二次風動量盡量降低。

5 鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量高現場調試研究

5.1 現鍋爐配風方式下鍋爐熱態動力場旋轉動量

為分析鍋爐爐渣含碳量和份額增加的原因，根據現場鍋爐配風情況（見表3）進行了鍋爐熱態動力場旋轉動量分析。根據提出鍋爐配風方式優化建議，分析現鍋爐配風方式存在如下問題：油二次風擋板開度偏大；AB2、BC2兩層二次風擋板開度偏大；CC、OFA兩層二次風擋板開度偏小；AB1層二次風擋板開度偏小；BC1層二次風擋板開度偏大。此種配風方式，導致鍋爐熱態動力場旋轉動量低，鍋爐燃燒穩定性低，同時使得熱態氣流攜帶能力降低、爐渣含碳量和份額升高。

5.2 鍋爐優化配風熱態調試試驗及試驗結果分析

根據以上鍋爐優化建議，提出如表4的鍋爐優化配風建議并進行了現場熱態調試（入爐煤干燥無灰基揮發分38%左右，燃燒器周界風開度增開至30%），鍋爐穩定運行2小時后，現場觀察鍋爐6 m看火孔位置溫度降至正常水平，取樣化驗飛灰、爐渣可燃物，分別為1.9%、8.7%，基本達到正常水平，取得了非常滿意的預期效果。但從鍋爐實際運行情況分析，燃燒穩定性仍差于低氮燃燒改造前，爐渣可燃物仍偏高。

6 結語

為解決某單位300 MW鍋爐低氮燃燒改造后爐渣含碳量及爐渣份額升高的問題，分別從鍋爐低氮燃燒改造方案、鍋爐爐渣含碳量和份額升高機理、鍋爐熱態動力場旋轉動量和鍋爐配風方式4方面進行了機理研究，分析確定了鍋爐熱態動力場旋轉動量偏低是導致爐渣含碳量和爐渣含碳量份額升高的主要原因，并根據此原理進行了現場熱態優化調整，經過優化調整后，爐渣含碳量明顯降低，此問題的成功解決，為優化改進鍋爐低氮燃燒改造后經濟運行水平積累了寶貴經驗；同時提出了進一步優化改進鍋爐低氮燃燒系統的建議。

參考文獻

[1] 劉勇，魏鳳，唐必光.四角切圓鍋爐冷態動力場流動特性的試驗研究[J].武漢大學學報：工學版，2002（6）：52-55.

[2] 許慧斌，周向陽，曾漢才.湖北漢川電廠12號貧煤鍋爐燃燒器反切改造方案的研究，熱力發電，1995（6）：17-21，25.

[3] 陳剛，邱繼華，鄭楚光.偏轉二次風對爐內結渣的影響[J].動力工程，2004（1）：5-8.

[4] 趙晴川.同心切圓燃燒系統偏轉二次風的試驗研究與探討[J].熱力發電，2007（3）：41-44.

[5] 朱珍錦，章德龍，夏建軍，等.同心圓二次風反切鍋爐爐內氣固多相流動特性的研究[J].上海電力學院學報，1996（3）：16-21.