2號爐低氮燃燒器改造分析

張曉鋒

摘 要：近年來，環保已成為了全國人民的呼聲，相關的法律法規也上升到了前所未有的高度，環保設備改造升級在各個火力發電廠得到了全面普及，比較多的火力發電廠采用了選擇性催化還原技術（SCR）來降低NOx排放；隨著火力發電廠 NOx排放標準越來越高，脫硝控制技術也得到了快速的推廣和應用。本文主要對我們廠噴燃器改造進行介紹，總結降低NOx入口含量的控制手段，來提高脫硝效率，延長脫硝催化劑使用壽命。

關鍵詞：脫硝；氮氧化物；SCR

本次我公司2號爐A修進行了燃燒器低氮燃燒改造，并于之后完成低氮燃燒器調試。此次改造屬于低氮燃燒技術（LNB）；提供了CCOFA 緊湊型燃盡風，SOFA 高位燃盡風（分離性燃盡風）；CCOFA燃盡風設計初衷為使煤粉燃燒充分兼顧爐內降氮，而 sofa 燃盡風基本是針對低 NOx 燃燒設計，兩者同為空氣分級燃燒技術，后者為前者的改進。舊機組大多需要低 NOx 改造，也就是增加高位燃盡風。CCOFA風在主燃燒器最上層，為主燃燒區的二次風；sofa風為獨立燃燒器，在主燃燒器上方，形成燃盡區；二者之間形成集中還原區；最終結果是在不降低爐效率的前提下，整體拉長爐內燃燒區域，當然最重要的還是要顯著降低 NOx 排放。

其低 NOx 燃燒原理為：將二次風分級，一部分作為常規二次風送入主燃燒區，使主燃區的過量空氣系數在 0.8 左右，形成貧氧富燃料燃燒，以便形成還原性氣氛（NO、CO、HCN...）；同時由于燃燒不充分，爐溫較低，抑制了熱力型 NOx 的生成。在集中還原區，還原性氣氛（CO 等）會將 NO 還原成 N2（2NO+2CO----2CO2+N2 及一系列復雜反應），抑制了燃料型 NOx 的生成；在 sofa 區即燃盡區，過量空氣系數為 1.2 左右，將在主燃燒區未燃盡的煤粉進一步燃燒，由于風量充足，爐溫較低，抑制了 N2 向 NOx 轉化。整體上降低爐內 NOx 生成 30%以上。

低NOx 燃燒器改造范圍：翼型導流濃淡+偏置周界風+偏置部分二次風（CFS）+SOFA 燃燒技術。

①SOFA風，在主燃燒區上部加 4 層分離型燃盡風（SOFA），其類似于二次風四角兩側布置。最下層 SOFA 風燃燒器中心距離 F 主燃燒器中心線以上約 9.413m。風源取自熱二次風目管去兩側二次風箱之前，然后一分為二分別去 1.2 號角和 3.4 號角。且去四角之前都有一個風量測量裝置。每層燃燒器風門同時動作且由獨立的控制器控制，根據鍋爐蒸發量來控制其風量。除了風量控制每一角四只燃燒器還能上下擺動由 DCS 控制，每一只燃燒器還能水平擺動由手動機構調節。設計 SOFA 風總風量大于總風量 25%左右，目的在于使下層主燃燒區低于化學當量燃燒，形成還原性氣氛和低溫燃燒控制鍋爐排煙氮氧化物含量和幫助未燃盡顆粒在上部 SOFA 風口區域富氧燃燒，降低機械未完全熱損失。

②翼性燃燒器，除了 A 層主燃燒器，以上 5 層全部改用翼型水平濃淡分離燃燒器。燃燒器內部豎直分離翼的分離作用使得水平方向在向火側形成濃煤粉氣流背火側形成淡煤粉氣流。濃煤粉氣流著火熱低利于被自身的卷吸和上角的火焰引燃，淡煤粉氣流在背火側靠近水冷壁處降低還原性氣氛所帶來的結焦危險，降低鍋爐最低不投油穩燃負荷（45%MCR）。

③偏置部分周界風、二次風、和燃盡風，在新加煤氣燃燒器和保留燃油系統的前提下，對所有的二次風燃燒器都進行計算和更換采用更大的不同以前形狀的二次風噴口。周界風包裹在煤風氣流的周圍增加煤粉氣流的剛度。降低上側火焰對本側火焰沖擊引起的火焰貼邊，防止水冷壁結焦且冷卻一次風火嘴。偏置部分二次風。改變部分二次風的水平擺角，使其切圓大于燃燒火焰的切圓。目的在于適當的補充煤粉所需空氣低欠氧燃燒且在火焰和水冷壁之間想成氧化性氣氛，降低結焦。偏置燃盡風，主燃燒區之上最上兩層層燃盡風（消旋風），也叫緊湊型燃盡風 CCOFA。改變其水平擺角，使其切向與主火焰旋轉方向相反，抵消爐膛出口的殘余旋轉，降低在爐膛出口斷面上的流場不均引起的氣溫偏差和管壁磨損。

主要規定和措施：正常運行期間，要積極調整，在確保鍋爐燃燒穩定的前提下，降低氮氧化物排放。鍋爐燃燒不穩時，優先確保燃燒穩定。

省煤器后 NOx 控制標準：

正常運行中 SOFA 風擋板自動偏置歸零，NOx 含量在相應負荷下主要與與煤種熱值元素含量有關。在長期連續觀察中熱值不低于 16MJ/KG，基本上就能達到上述標準。為達到最佳降氮效果，300～600MW 工況下，通過調整適當關小燃料風，使輔助風擋板開度保持 10%左右即可。

SOFA 風調整原則：投入時先投最頂層（按1234 順序），關閉時先關最上層

爐膛與二次風差壓：①點油條件：爐膛與二次風差壓>0.15KPa（之前值：0.2KPa）。②點煤條件：爐膛與二次風差壓>0.2KPa（之前值：0.375KPa）。

由于在二次風母管上取兩路 SOFA 風源，使得進入主燃燒區的二次風量減少，所以在不不影響燃燒穩定風粉混合強度和時機條件下適當降低對應負荷所對應的爐膛二次風差壓

改造目標：（1）燃燒器改造后，鍋爐運行穩定，爐膛負壓穩定，主蒸汽壓力、主蒸汽溫度及再熱蒸汽溫度達到設計要求，減溫水量或略有增加，本改造方案能達到各項性能指標最優化，尤其是燃燒效率和 NOx 排放量；（2）鍋爐燃燒效率不因燃燒器的改造而引起降低，在額定負荷，省煤器出口氧量 3.5%的前提下，鍋爐燃燒效率不降低，保證高于平均改造前燃燒效率 98%；（3）在燃用改造設計煤質煤質時，鍋爐在額定負荷，省煤器出口氧量 3.5%的前提下，NOx 排放量降到 400mg/Nm3（干基，O2=6%）；（4）燃燒器改造以后提高煤種適應性；（5）提高鍋爐低負荷穩燃能力，小于 45%BMCR；（6）在燃用改造設計煤質情況下，飛灰含碳量小于 1.5%；（7）在 50～100%BRL 范圍內運行時，主蒸汽溫度 541℃，減溫水量小于 106t/h。在 50～100%BRL范圍內運行時，再熱蒸汽溫度 541℃，減溫水量小于 10t/h。汽溫偏差不超過±5℃，爐膛出口煙溫偏差小于 50℃。

除了基本上能達到上述目標的情況下，低氮燃燒器改造之后再熱氣溫在相同負荷下與以往比較有顯著下降。實際情況反映：在 300MW 負荷、煤量、減溫水流量穩定的情況下再熱汽溫在抬高燃燒器擺角時降低，在下放燃燒器擺角的情況下明顯上升。再熱汽溫的變化幅度在 10 ℃左右。再熱氣溫是在燃燒器擺角活動一定延時之后開始相應。所以基本肯定燃燒器擺角在不同角度時在爐內組織的燃燒的形式是有所差別的，并且當擺角上仰時氣溫降低，下放時汽溫升高。在低負荷下尤其明顯。燃燒器擺角被固定在 50°水平方向。再熱汽溫維持在能維持在 530℃左右。

擺角下傾時壁溫升高的情況，說明在整個燃燒區域和水平煙道部分在擺角下傾時火焰中心上移，爐膛出口溫度升高引起。只是壁式再熱器相應和變化幅度更快更大。

從以上分析可以看出，在主燃燒器擺角下放時，相同工況下再熱汽溫和再熱器壁溫都會上升，反之下降。并且管壁溫度的相應速度快于汽溫的變化速度。所以對于以半輻射特性的再熱器來說，燃燒器擺角的下傾使得爐膛火焰中心上移，壁再和水平煙道再熱器壁溫上升引起再熱氣溫升高。不妨假設，此次二號爐低氮燃燒器改造，使鍋爐燃燒工況得到提升，主要體現在燃盡速度、燃燒強度、燃燒穩定性提高。從現場觀火時的情況也可以得到證明，在煤粉燃燒器噴口有一定程度的結焦。這說明煤粉在噴口附近迅速燃燒且燃燒強度溫度很高很容易燃盡。如果在下傾燃燒器擺角時爐內空氣動力場遭到一定程度的破壞。風粉混合的時機強度以及相對引燃和自我卷吸的能力減弱，導致整個燃燒和燃盡段有所延長，火焰中心上移，以犧牲一部分燃燒安全性的前提下來提高再熱汽溫。

綜合分析，通過低NOx燃燒器改造，有效的降低了鍋爐NOx排放含量，提高了脫硝效率，延長脫硝催化劑使用壽命，同時大大降低了空預器因為脫硝堵塞、差壓增大的可能。

（作者單位：大唐韓城第二發電有限責任公司）