某300MW電站機組低氮燃燒器改造研究

幸雙喜， 鄭海國，張 健， 劉亮亮

發電技術

某300MW電站機組低氮燃燒器改造研究

幸雙喜1， 鄭海國2，張 健2， 劉亮亮2

（1.國電科學技術研究院太原電力技術分院，山西太原030000；2.西安格瑞電力科技有限公司，陜西西安719400；3.西安交通大學能源與動力工程學院，陜西西安710094）

太原某300MW機組采用SCR后，NOx排放還是不能滿足國家要求。使用新型燃燒器和分級燃燒等技術對機組進行了低氮改造，在上游降低了NOx的生成量，在下游脫硝裝置和之前相同的情況下，NOx排放量降低了約70%。改造后，通過燃燒調整試驗，機組的排煙溫度較改造前降低了6℃左右，飛灰含碳量變化不大，鍋爐效率略有提高。

低氮燃燒器； NOx； 分級燃燒技術

0 引言

電站機組通過煙囪排到大氣中的污染物主要有氮氧化物、硫氧化物、粉塵顆粒，為處理這些污染物，電站設有相應的設備SCR或SNCR、脫硫塔、除塵器。但有些電廠單靠這些設備并不足以達到國家規定的污染物排放濃度[1～5]，本文探討了太原某300MW電廠通過低氮燃燒器改造在上游減少氮氧化物生成量的可行性。

1 鍋爐概況

太原某電廠#12鍋爐由波蘭拉法克公司制造，型號BP-1025，總體型式為：亞臨界壓力、中間再熱、低倍率全負荷再循環、全懸吊、平衡通風、單爐膛、四角切圓燃燒、固態排渣、燃煤鍋爐。該爐采用正壓直吹式制粉系統，噴燃器為直流，四角切圓布置，假想切圓直徑1514mm。爐膛每個角上有五組燃燒器，每組燃燒器由上、下兩層二次風、周界風及一層煤粉燃燒器組成。每

層煤粉燃燒器配一臺RP-1043XS中速碗式磨煤機，滿負荷時四臺運行，一臺備用。鍋爐為半塔式布置，本體呈立方體，標高87.6 m，前后墻分別布置了6只油槍，分三層布置，第一層標高10.5m，第二層標高23m，第三層標高27.7m，每層沿爐墻寬度均勻布置2只，每只油槍配一只電弧點火器，油系統設計出力為20%MCC。

機組原采用SCR進行脫銷，改造前進行了鍋爐性能試驗，各負荷下NOx排放濃度均較高，不能滿足目前的環保要求。各負荷NOx排放折算濃度具體為：300MW負荷下，為990.8mg/m3；270MW負荷下，為963.5mg/m3；225MW負荷下，為766.5mg/m3。

鍋爐主要設計參數見表1。

表1 鍋爐主要設計參數

2 改造方案

針對該電廠鍋爐及其他系統實際運行情況，采用新型燃燒器和分級燃燒技術對該機組進行了低氮改造。

改造后各燃燒器的變化為：A層一次風點火燃燒器“下淡上濃”；B層一次風點火燃燒器“下濃上淡”；C層一次風燃燒器“下濃上淡”；D層一次風燃燒器“下淡上濃”；E層一次風燃燒器“下濃上淡”。A、B一次風燃燒器相臨同項親和，C、D、E一次風燃燒器相臨同項親和，總體保持基本均等布置，熱容量單元相對獨立，相互支持燃燒，高效穩定燃燒，能夠起到優化燃燒、降低NOx排放的目的。改造示意圖如圖1所示。改造過程中使用的措施有：

（1）采用高位燃盡風技術。

高位燃盡風技術可以使得燃燒風量沿爐膛垂直方向分級供入，主燃區空氣量與理論空氣量的比值由原來的λp=1.25變為λp=0.84～0.92。在距主燃燒器上層一次風噴口中心線約7669mm處布置3層12只燃盡風噴口，采用角部布置方式，燃盡風量約占總空氣量的21%，燃盡風噴口風速較高，約為40～50m/s，所有燃盡風噴口均可以垂直、水平方向上擺動。根據鍋爐運行狀況（燃盡、NOx排放、過熱器汽溫偏差等）進行噴口角度的適當調整，有效調節爐膛出口煙溫偏差，并保證過熱器管壁不出現超溫問題。

（2）主燃燒器區二次風噴口的設計。

重新設計、更換全部主燃燒器區二次風噴口。主燃燒器區二次風噴口面積根據主燃燒器區有組織二次風減少的設計思想進行相應縮小，保證出口的二次風達到較高風速。保證最下層較大二次風的噴口面積，使其具有較大的出口動量，起到在最下層托粉的作用，減少爐膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。

（3）采用高效燃燒的新一代垂直濃淡煤粉燃燒技術對主燃燒器進行改造。

新一代高濃縮比濃淡一次風煤粉燃燒器主要在高效煤粉濃縮技術上有了大幅度的改進。改造的噴口周圍保留適當大小的周界風風量，同時設置偏置周界風。一次風濃淡噴口之間采用水平V型隔板，推遲濃淡一次風的混合速度。采用這樣的措施，可以有效地推遲濃淡煤粉氣流的混合，減少燃燒過程中含N基團與O2反應機會，有效降低NOx生成量。高濃度的濃一次風煤粉氣流，強化一次風的著火和穩燃性能，利用早期快速析出揮發分有效降低NOx生成量，可保持高的煤粉顆粒的燃盡度。主燃燒器平面布置如圖2所示。

（4）高濃縮比、低阻力煤粉濃縮技術。

新一代煤粉濃縮器具有非常優異的氣固流動和煤粉濃縮特性濃縮器具有優異的低流動阻力特性，局部阻力系數小于2，并具有較高的煤粉濃縮比，濃縮率可達1.4～1.8以上；在保證高濃縮比的條件下，濃淡噴口出口氣流流量分配更為均勻，濃淡一次風風量比在0.8～1.2以內；濃縮器葉片相互搭配結構得到進一步的優化，使濃縮器內氣固流動特性和出口氣流速度分布更為合理，有效減輕對易磨損部位的沖刷強度和葉間局部阻力損失。

（5）采用延遲混合型一、二次風布置以及側二次風的周界風噴口偏置設計。

燃燒器二次風噴口采用收縮型結構，推遲一二次風的混合，減少燃燒過程中含N基團與O2反應機會，有效降低NOx生成量。一次風噴口出口四周設計有偏置型周界風噴口，對運行或停運的一次風噴口起到冷卻保護作用，一次風在向火側和上下兩側設有小扳邊，推遲周界風與一次風的混合，在一次風噴口背火側設計較大出口動量的側二次風，對爐膛水冷壁面起到防止結渣、防止高溫腐蝕的保護作用。

3 低氮改造效果

機組采用新型燃燒器和分級燃燒技術改造后，通過燃燒調整，在燃煤未發生變化的基礎下，使得鍋爐出力和運行參數達到基準值。對300MW、270MW、225MW負荷工況下的鍋爐效率、飛灰含碳量、排煙溫度和空預器入口NOx進行了測試，結果見表2。

表2 改造前后鍋爐運行參數變化

從表2可以看出，低氮改造后，鍋爐的NOx排放濃度大幅減少：300MW負荷下，改造前NOx濃度為990.8mg/m3，改造后為273.72mg/m3，下降了72.4%；270MW負荷下，改造前NOx濃度為963.5mg/m3，改造后為204.78mg/m3，下降了78.7%；225MW負荷下，改造前NOx濃度766.5mg/m3，改造后為250.79mg/m3，下降了67.3%。

改造后，燃燒風量分級送入爐膛，爐膛頂部增加燃盡風噴口，主燃燒區的空氣量變少，氮氧化物生成量降低，在后部脫銷裝置不變的情況下，NOx排放濃度平均降低了70%以上。新型燃燒器和二次風噴口的設置也使爐膛內的燃燒工況得到了優化。燃燒調整后，機組的排煙溫度平均降低6℃左右，飛灰含碳量總體變化不大，鍋爐效率平均提高了1%左右。低氮改造達到了預期的節能減排效果。

由此可見，通過上游的低氮改造降低NOx生成濃度，可以有效減輕脫硝裝置的減排壓力，適應國家的環保要求。

4 結語

（1）機組采用新型燃燒器和分級燃燒技術進行低氮改造后，爐膛內生成的NOx大幅減少，有效減輕了脫硝裝置的減排壓力，NOx排放濃度下降了70%以上。

（2）新設計的燃燒器和二次風噴口優化了爐膛內的燃燒工況，進行燃燒調整后，鍋爐排煙溫度平均下降了6℃左右，飛灰含碳量變化不大，效率提高了1%左右。但燃燒調整試驗也表明，NOx生成濃度、飛灰含碳量、鍋爐效率相互制約，如果想續降低NOx生成濃度，將造成飛灰含碳量提高、鍋爐效率降低。

（3）在低氮改造過程中，能夠針對性地解決燃煤鍋爐在運行中存在的各種問題。通過采取不同的燃燒器和二次風噴口設計，在降低NOx的同時，保證鍋爐燃盡、燃燒穩定性好、爐內避免、減緩結渣和高溫腐蝕，提高鍋爐效率，實現節能和減排。

[1]焦林生，薛曉壘，金理鵬.600MW機組低氮燃燒器改造效果分析[J].科技視界，2013，36：340～342.

[2]魯鵬飛.某600MW機組煙煤鍋爐低NOx改造及效果分析[J].陜西電力，2013，41（2）：84～87.

[3]陳輝，黃啟龍，戴維葆，等.國內300MW等級電站鍋爐低氮燃燒器性能比較與評價[J].華東電力，2013，（05）：1116～1119.

[4]單錦宏.480t/h鍋爐低氮燃燒器改造與運行優化調整 [J].江蘇電機工程，2014，（11）：76～78.

[5]張圣偉，陳繼學，洪民，等.低氮燃燒器改造及應注意的問題[J].發電設備，2013，（11）：432～435.

Study on Low NOx Burner Retrofit for a 300MW Unit Boiler

XING Shuang-xi1， ZHENG Hai-guo2， ZHANG Jian2， LIU Liang-liang2
（1.China Electric Power Research Institute of Science and Technology of Taiyuan Electric Power Technology Branch，Shanxi 030000，China
2.Xi'an Green Power Technology Co.，Ltd，Xi'an 710094，China）

TheNOxemissionconcentrationofa300MW unitBoilerinTaiyuanexceednational standardsthoughSCR wasused.Thus，weusedthenewtypeburnerandthewholefurnacestagedcombustiontechnologytoconducetedthelowNOx combustionsystem.IntheupstreamdecreasedtheproductionofNOx，theNOxemissionsdecreasedby about70%.Afterthe transformation，theexhaustgastemperatureoftheunitwasreducedbyabout6℃comparedwiththatbeforethetransformation，thecarboncontentofflyashwasnotchangedmuch，andtheboilerefficiencyisincreasedslightly.

lowNOxburner； NOx； stagedcombustiontechnology

TK227.1

B

2095-3429（2016）03-0040-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.009

2016-03-01

修回日期：2016-05-09

幸雙喜（1984-），男，江西高安人，本科，工程師，從事火電廠鍋爐燃燒優化方面的試驗、研究工作。