130t/h四角切圓煤粉爐低NOx燃燒改造及試驗研究

王鵬 　宋繼坤 　姜志軍　王毅巖

摘 要：對某化工廠自備電廠130t/h鍋爐進行低NOx燃燒改造，采用空氣分級燃燒技術，改造后NOx排放濃度大幅降低，并對影響鍋爐NOx排放的因素進行了現場試驗研究。

關鍵詞：低NOx燃燒；空氣分級；NOx排放

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.051

0 引言

目前我國電力系統內大型鍋爐基本都進行了低NOx燃燒改造，并對改造方式和影響因素進行了研究[1，2]。但對于化工企業和鋼鐵企業的自備電廠，由于其具有鍋爐容量小、布置形式多樣、燃用煤質差、機組老化等特點，造成低NOx燃燒改造困難，效果不佳。本研究針對某化工廠自備電廠130t/h鍋爐進行低NOx燃燒改造，通過合理的改造方案設計大幅度降低了鍋爐NOx排放水平，同時對影響鍋爐NOx排放的因素進行了試驗研究。

1 鍋爐概況

改造對象為某化工廠自備電廠#1鍋爐，為無錫鍋爐廠設計制造的UG-130/3.82-M4型中溫中壓煤粉鍋爐，制粉采用鋼球磨中儲倉熱風送粉系統。鍋爐燃燒器為四角切圓式噴燃器，噴口為固定形式，每角燃燒器共布置七層噴口，其中二層一次風噴口，三層二次風噴口，一層三次風噴口，最上面布置有一層廢煤氣和二次風混合噴口。改造前各層燃燒器布置圖（見圖1）。

目前鍋爐所燒燃煤煤質情況如下：

干燥無灰基揮發份（Vdaf） 27～31%

收到基全水分（Mar） 6～10%

收到基灰份（Aad） 38～50%

收到基低位發熱量（Qb，ad） 11～15 MJ/kg 平均值13 MJ/kg

煤粉細度 20～30%（R90）

灰變形溫度 1450℃

灰軟化溫度 >1500℃

2 改造方案

本次改造根據空氣分級燃燒的原理，對一次風、二次風、三次風和廢煤氣口進行了改造，增加了一層燃盡風噴口并對相應水冷壁進行了改造，同時對鍋爐切圓尺寸進行了調整。

2.1 一次風改造

將鍋爐原一次風燃燒器更換為低NOx燃燒器，該燃燒器內部采用合理的煤粉分離、濃縮和均流裝置，能夠使煤粉在燃燒區域向中心集中，讓煤粉處于缺氧狀態進行燃燒，有利于降低NOx排放量。改造后，一次風速從原來的29m/s降到24m/s。原上、下一次風標高分別上移139mm和180mm。

2.2 二次風改造

維持二次風箱原風壓不變，將單角二次風風速由50m/s降低到42m/s，改造后中二次風及上二次風噴口面積改變，入射角度不變；下二次風，噴口角度、噴口凈面積不變。

2.3 三次風改造

將原三次風噴口取消，原三次風分成兩股，一股加入到下二次風和下一次風之間，標高為9065mm；另一股放在燃盡風下面標高為12553mm。三次風風速風壓都不變，上下三次風管道上都加裝防磨擋板門。

2.4 增設燃盡風

為了實現燃燒區低氧燃燒和爐膛空氣深度分級燃燒，預留出較大的燃盡空間及還原空間，在爐膛上部每個角標高13406mm處安裝1層燃盡風噴口（可上下擺動20度，左右擺動10度）。燃盡風風源取自原二次風箱，風量占總風量的20%左右，燃盡風管道上設有手動擋板風門，可以調節燃盡風量。

2.5 廢煤氣口改造

改造前廢煤氣噴口凈面積0.0078m2二次風配風凈面積為0.0085m2，改造后費煤氣噴口凈面積和二次風配風凈面積都不變，標高變為10406。

2.6 水冷壁改造

由于增加了一層燃盡風噴口，需要在相應位置的水冷壁上開孔，所以本次改造在各角燃盡風位置更換了8根水冷壁管。

2.7 切圓尺寸調整

改造前鍋爐切圓尺寸分別為Φ317和Φ827，改造后調整為Φ317和Φ398。

改造后各層燃燒器布置情況（見圖2）。

3 改造后NOx排放測試

煙氣成分測試選擇在空氣預熱器入口和出口分別測量，采用TestoXM350煙氣分析儀，每個測試工況穩定1小時后進行。

煙氣中NOx的濃度（干基、標態、6%O2）計算方法為：

式中：

NOx（mg/m3）：標準狀態，6%氧量、干煙氣下NOx濃度，mg/m3；

NO（?L/L）：實測干煙氣中NO體積含量，?L/L；

O2：實測干煙氣中氧量，%；

0.95：經驗數據（在NOx中，NO占95%，NO2占5%）；

2.05：NO2由體積含量?L/L到質量含量mg/m3的轉換系數。

NOx均指修正到標態、干基、6%O2及含有5%NO2的濃度。

由于鍋爐長期運行在100t/h工況下，所以NOx測試在此工況下進行，測試結果見表1、表2。

根據現場實際的運行狀態，選取100t/h負荷作為測試條件，通過表1和表2可以算出，改造前空氣預熱器入口NOx平均值為702.5 mg/m3，空氣預熱器出口NOx平均值為697.7 mg/m3，改造后空氣預熱器入口NOx平均值為369.7 mg/m3，空氣預熱器出口NOx平均值為373.5 mg/m3，分別降低了47.4%和46.5%，改造效果明顯。

4 燃燒調整試驗

為了更好的了解影響本鍋爐NOx排放的因素，給運行人員提供操作指導，啟爐后進行了燃燒調整試驗，并對影響NOx排放的因素進行了總結。

4.1 氧量的影響

通過調試降低鍋爐氧量，NOx的排放濃度也隨之降低，根據鍋爐運行情況，氧量調整在5.5%左右。

4.2 燃盡風風量的影響

燃盡風是影響鍋爐NOx排放的主要因素，隨著燃盡風風門開度的增加，NOx排放逐漸下降，其原因是燃盡風來源于二次風箱，燃盡風的增加造成二次風量相應減少，主燃燒區域燃料缺氧燃燒，從而抑制燃料型NOx的生成。

4.3 燃盡風擺角的影響

燃盡風擺角也會對NOx的排放量產生影響，當擺角向上逐漸增大時，NOx逐漸降低，這是因為擺角向上相當于增大了還原區域，導致燃燒不完全，從而抑制NOx的生成。當擺角向下時，相當于縮短了還原區域，NOx排放逐漸增加。

4.4 磨煤機運行方式的影響

通過試驗發現，磨煤機的運行臺數對NOx的排放也有影響，其它條件不變時，無磨運行時，NOx最低，運行1臺磨時，NOx次之，運行2臺磨時，NOx最高。這是因為磨煤機投運數量越多，三次風量越大，而三次風中含有一定量的煤粉，使煤粉燃燒產生的NOx增多。

4.5 廢煤氣的影響

通過試驗發現，投廢煤氣會對鍋爐NOx的排放產生影響，在負荷不變的工況下，廢煤氣投入越多，NOx的排放越少。

5 結論

（1）針對某化工廠自備電廠130t/h鍋爐NOx排放過高的問題，提出了爐內分級燃燒的方案，重新布置了一次風、二次風、三次風并調節了風量，增加了燃盡風，改造后有效降低了NOx的排放濃度，效果良好。

（2）通過進行燃燒調整試驗可以看出影響NOx排放的因素很多，包括鍋爐氧量、燃盡風量、燃盡風擺角、磨煤機運行方式、廢煤氣投入量等。

參考文獻：

[1]張光學，陳琦，王進卿，方毅波.135MW四角切圓煤粉爐低氮改造及試驗研究[J].熱能動力工程，2015（03）.

[2]邵建明，曹慰，周勇.600MW四角切圓燃燒鍋爐低氮燃燒改造技術優化[J].鍋爐技術，2014（07）.

作者簡介：王鵬（1979-），男，吉林遼源人，碩士研究生，工程師，主要從事鍋爐點火和低氮燃燒方面的研究。