高效低NOx燃燒器改造在揚電公司的應用、出現的問題及對策

熊晨陽

（江蘇華電揚州發電有限公司，江蘇 揚州 225000）

高效低NOx燃燒器改造在揚電公司的應用、出現的問題及對策

熊晨陽

（江蘇華電揚州發電有限公司，江蘇 揚州 225000）

為滿足環保NOx排放量的要求，我廠330MW機組鍋爐采用雙尺度防結渣、低NOx燃燒技術對燃燒器進行了改造。改造后鍋爐在機組負荷220～330MW、保證鍋爐效率的前提下，NOx排放量能夠穩定控制在50mg/m3以內，但也給鍋爐安全、穩定和經濟運行帶來了一定的影響。實踐證明，對應負荷控制氧量，結合鍋爐的配煤摻燒，合理配風，優化熱工自動控制等方法，既降低NOx排放，又能使鍋爐安全、穩定、經濟運行。

低NOx燃燒器；改造；應用；問題；對策

鍋爐燃煤燃燒過程中排放的NOx氣體危害大，且較難處理，它刺激人的呼吸系統、損害動植物、破壞臭氧層，也是引起溫室效應、酸雨和光化學反應的主要物質之一。為響應國家環保政策，江蘇華電揚州發電有限公司對330MW機組鍋爐進行低氮燃燒改造，以實現氮氧化物排放濃度降低的目標。

1　鍋爐概況、原燃燒器

江蘇華電揚州發電有限公司#6爐為東方鍋爐股份有限公司生產，型號DG1036/18.2-∏4，鍋爐為亞臨界參數、四角切圓燃燒方式、自然循環汽包爐。單爐膛∏型露天布置，一次再熱，平衡通風、固態排渣，全鋼架、全懸吊結構，爐頂帶金屬防雨罩。

每角燃燒器共有13層噴口，其中一次風噴口5層，二次風噴口7層（其中3層二次風噴口內設有油槍）、用于降低NOx生成量的頂二次風噴口1層。一次風噴口四周有周界風，每角燃燒器分上下兩組。上組燃燒器有6層噴口，下組燃燒器有7層噴口。

燃燒器為水平濃淡燃燒器，在一次風風管中采用“百葉窗”式的煤粉濃縮器。采用均等配風方式，不利于降低NOx的生成。

2　改造方案

雙尺度防結渣、低NOx燃燒技術以爐膛空間尺度和煤粉燃燒過程尺度為重點關注對象，全面實施系統優化。將爐內大空間整體作為對象，通過爐內射流合理組合及噴口合理布置，爐膛內中心區形成具有較高溫度、較高煤粉濃度和較高氧氣區域，同時爐膛近壁區形成較低溫度、較低CO和較低顆粒濃度的區域，使在空間尺度上中心區和近壁區三場（溫度場、速度場及顆粒濃度場）特性差異化。在燃燒過程尺度上通過對一次風射流特殊組合，采用低NOx噴口，節點功能區技術、多角度非等速燃盡風等技術，強化煤粉燃燒、燃盡及NOx火焰內還原，并使火焰走向可控，最終形成防渣、防腐、低NOx及高效穩燃多種功能的一體化。

2.1燃燒器低NOx改造措施

縱向三區布置：如圖1所示，改造后燃燒器從下至上分為三個區，依次為主燃燒器區、主還原區及燃盡區。主燃燒器區為集中氧化還原區，風量約占總風量的70%～80%，保證煤粉初期燃燒；在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風，約占總風量的20%～30%，燃盡風采用多噴口多角度射入；在主燃燒器區與燃盡區之間形成了主還原區。

由于部分助燃風從燃盡區引燃，主燃燒器區內氧化與還原交替相存，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；在主還原區內，來自主燃區的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，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，并有效防止燃燒器區域附所壁面結渣。橫向雙區布置（見圖2）：對爐內射流進行重新調整，將原有的一、二次風同向大角度偏置射流改為一、二次風反向小角度偏置射流。兩層一次風之間還布置的貼壁風噴口，形成橫向空氣分級。這種橫向布置，可使一次風初始燃燒時，二次風不能過早混合進來，形成缺氧燃燒，在火焰內就進行NOx還原，抑制NOx產生；在火焰末端，二次風再及時摻混合進來，使缺氧燃燒時產生的焦炭再燃燒；二次風反向切入，可以延長火焰行程，強化煤粉后期著火燃燒。同時，這部分二次風在近壁區域形成了較低的溫度、較低的顆粒濃度和較高的氧化性氣氛，提高灰熔點，在防治爐膛結渣的同時，可抑制水冷壁的高溫腐蝕。

圖1　縱向三區分布示意圖

2.2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［1］，還可對煤粉穩燃、提前著火有積極作用。濃相由于煤粉濃度較高，析出揮發份較多，更易實現早著火，同時鈍體能優先增加卷吸的高溫煙氣量，進一步強化穩燃。

圖2　燃燒器橫向雙區布置示意圖

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，具有穩燃、降低NOx的作用，將中間二次風和貼壁風風門開大，可實現NOx和飛灰可燃物同時降低（見圖3）。

圖3　節點功能區示意圖

多噴口多角度燃盡風噴口，考慮到改造后將解決結焦問題，爐膛出口煙溫會出現下降，加裝適量燃盡風后，將SOFA噴口設計為可上下左右擺動的噴口，通過燃盡風噴口上下擺動可控制爐膛出口煙溫水平。同時燃盡風噴口還可水平擺動，向爐膛內不同區域內按需供風，保證降低NOx同時取得較高的鍋爐經濟性。

3　改造效果

改造后，能在保證鍋爐效率的前提下，經脫硝系統后，有效控制NOx排放量在環保要求的50mg/m3范圍內，節約了液氨費用及脫硝運行費用（見表1）。

4　低氮燃燒技術應用改造后出現的問題及原因分析

4.1灰、爐渣可燃物增加

改造后，雖然NOx降幅很大，但即使在燃用同一煤種時，飛灰可燃物升幅也較大。主要是低氮燃燒技術采用低溫、低氧燃燒，控制和推遲煤粉的著火，使煤粉燃燼能力下降，飛灰和爐渣可燃物增大［2］，如表1所示。

4.2蒸汽參數偏離設計值，過、再熱減溫水量增加，屏過或再熱器超溫

改造后，火焰中心上移，爐膛出口煙溫上升，爐膛溫度下降，爐膛水冷壁輻射吸熱量減少，對流受熱面的吸熱量增加，存在過熱汽溫、再熱汽溫超設計值、再熱器管壁超溫的問題，過、再熱減溫水量大幅增加。另外四層SOFA風門調整不合理，無法形成有效消旋流場，煙氣流場偏向，造成兩側煙溫偏差［3］，使再熱器壁溫偏差大，單側超溫增加減溫水。

表1　改造前、后NOx測試結果對比

4.3爐內燃燒工況變差，配煤、配風、穩燃性能下降

因采用低溫、低氧燃燒，爐膛溫度下降，煤粉在低溫缺氧情況下著火推遲，同時燃燼能力下降，爐內燃燒工況較改造前變差，改造前原采用的配煤、配風方式很大程度上不適用，對鍋爐的蒸汽參數、飛灰爐渣、排煙溫度、熱工品質等指標產生新的影響，同時鍋爐低負荷穩燃能力下降。

4.4熱工自動控制性能下降，蒸汽參數波動大，機組AGC響應速率慢

改造后，在同一煤種同負荷下，由于燃料在爐內燃燒反應減緩，各級受熱面的煙溫分布和吸熱量發生變化，熱工自動控制遲緩和過調現象明顯增加，導致蒸汽參數波動大；機組出現AGC響應速率遲緩，不能滿足電網要求。主要原因是熱工的控制系統定值、控制曲線沒有進行相應的優化調整。

4.5過熱器產生結焦

因爐膛火焰中心上移，相應爐膛出口煙溫升高，未能燃燼的成分隨氣流上升到上部區域與燃盡風等強烈混合，在此區域開始劇烈燃燒，造成此區域溫度高，容易引起過熱器超溫、結焦和積灰。

4.6鍋爐煤種適應性變差

改造后，鍋爐燃用煤種發生變化后，原先鍋爐經濟指標和環保指標的平衡關系被打破，如：高熱值、高揮發分煤種時，NOx的排放濃度雖略有增加但較易調整控制，出現燃燒器噴口易結焦、過熱器易超溫、過熱減溫水量增加等現象；當燃用劣質煤或水分偏大的煤種時，NOx的排放濃度雖略有降低但調整控制較困難，特別是上層燃燒器煤質較差時，再熱器超溫情況明顯增加等。

5　對策

5.1爐內分層配煤混燒

結合鍋爐的配煤摻燒，在兼顧排放濃度、穩燃等條件下最大程度消化經濟煤種，建議煙煤配置在下層燃燒器保鍋爐穩燃；褐煤揮發分高配置在中間層燃燒器低氧燃燒可控制NOx的產生；貧煤配置在上層燃燒器有利于著火和二次分級燃燒。

5.2根據煤種、負荷配風

額定負荷工況下，煙煤宜配中等風，如配大風量不利于控制NOx的產生；褐煤若配以大風量則NOx的生成量較大，宜少配風；貧煤、無煙煤揮發分低，為確保燃燼宜多配風。考慮穩燃、低氧、分級，配風方式宜采用縮腰倒寶塔型，即：下層風門開度40%～50%，中間風門開度不宜小于20%，上層風門開度50%～70%。本廠開大上兩層SOFA風門能形成有效消旋流場，減小煙溫偏差，蒸汽兩側偏差，但不建議SOFA風門開度長期在100%。

5.3優化控制鍋爐運行氧量

鍋爐燃燒中氧量的大小的控制，影響飛灰可燃物、鍋爐運行的經濟性，尤其對NOx產生的控制起著決定性作用；改造后，額定負荷工況下，燃用貧煤、無煙煤爐膛氧量宜控制在3%～3.5%，燃用煙煤爐膛氧量宜控制在2.5%～3%，燃用褐煤爐膛氧量宜控制在2.3%；負荷280～330MW爐膛氧量宜控制在2%～2.3%，負荷220～280MW爐膛氧量宜控制在2.5%～3%，負荷180～220MW爐膛氧量宜控制在3%～3.5%，保持SOFA風門較小開度，不再進行低氮燃燒，有利燃燒穩定。

5.4優化熱工自動控制

改造后，燃料在爐內燃燒過程相對延緩和延長，熱工的控制系統定值、控制曲線應做相應的優化調整。在機組增加負荷時，風量調節滯后于煤量的變化，汽溫快速升高；減負荷時，煤量調節滯后于風量的變化，汽溫快速下降；存在主汽壓力和主再熱汽溫大幅波動的現象，氧量自動明顯不協調。因此，應優化原靜態、動態負荷—煤量控制曲線，優化制粉系統冷、熱風門控制，優化減溫水自動控制系統，增加一次調頻鍋爐主控前饋，優化負荷響應能力。

6　結束語

為緩解燃本廠的環保壓力，降NOx的減排技術需進一步研究和發展，更為重要的是在新的減排技術和環保設施應用后產生的問題處理能力要進一步提升，為本廠的可持續發展爭取更大的環保效益。

［1］李衍平.300M機組燃煤鍋爐空氣分級低NOx燃燒系統改造技術［J］.黑龍江電力，2013，（3）：272-274.

［2］劉志江.低氮燃燒器改造及其存在問題處理［J］.熱力發電廠，2013，（3）：77-81.

［3］董全文.鍋爐低氮燃燒器改造后存在問題及對策［J］.黑龍江電力，2015，（3）：278-282.

TK229.6

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1671-3818（2016）09-0015-03