600MW機組鍋爐低氮燃燒技術改造與性能分析

朱建兵

摘 要：傳統6000MW大型機組鍋爐在整體運行過程中污染物排放量較大，且在發電設備體系中所占比重較大，特別是其鍋爐NOx排放指標往往無法達到新環保標準要求，必須予以改造。本文就結合內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司的600MW機組鍋爐展開分析，探究它在利用低氮燃燒技術改造前后的性能變化影響，并提出具體的機組鍋爐低氮燃燒技術改造方案。

關鍵詞：600MW大型機組鍋爐 低氮燃燒技術 改造 性能影響分析

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-02

目前我國對于發電企業的NOx排放要求有所提高，而發電企業方面則傾向于針對NOx的“先減后脫”排放控制對策。內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司的600MW機組鍋爐改造就運用到了該技術方案，通過更換低氮燃燒器、增設OFA風噴口實現對整個鍋爐機組系統的技術改造優化，然后對改造后的鍋爐性能作出最終評估。

一、大唐國際托克托600MW機組鍋爐的基本概況

1.基本概況

內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司擁有600MW亞臨界直接空冷燃煤機設備，它屬于亞臨界、一次中間再熱和控制循環汽包爐類型，其中擁有單爐膛，可實現固態排查、平衡通風等等功能。整個鍋爐采用全鋼架懸吊結構，鍋爐中擁有正壓直吹式制粉系統。另外燃燒系統采用一次風對沖和二次風同心正反切方式設計，且一、二次風呈現間隔排列狀態。

2.改造前的600MW機組鍋爐基本運行狀況

由于采用了傳統的設計，所以該600MW機組鍋爐的基本運行狀況、煤質參數、鍋爐熱效率以及煙氣生成物等等基本性能表現不佳。特別是機組鍋爐的A、B機組磨煤機出口存在一次風速偏高且風速不均衡的現實問題，在排煙溫度、燃煤飛灰可燃物質量方面也表現出較大均值（最高可達到648.29mg/m?），排放值較高。由于該廠鍋爐長期維持習慣性運行方式，鍋爐燃燒器區域的高溫受熱面已經存在不同程度的結焦現象，整體來講難以控制鍋爐氣溫，一次風速偏大導致鍋爐在煤灰細度篩選方面難以做到均勻，鍋爐燃燒也會產生大量濃度較高的NOx。所以基于上述要點一定要嘗試針對該600MW鍋爐機組進行低氮燃燒技術改造[1]。

二、大唐國際托克托600MW機組鍋爐的低氮燃燒技術改造方案提出

1.改造思路

首先要分析600MW機組鍋爐的低氮燃燒技術改造原理，由于煤炭在燃燒過程中會參與到包括快速型、熱力型和燃料型在內的3種生產機理當中，所以它所燃燒的熱力型NOx與燃燒溫度、空氣中的O2體積分數應該存在直接關系。如果采用快速性NOx則其燃燒與煤中的N質量分數包括煤的物化具有直接關系，特別是二者在燃燒過程中關系緊密，此時NOx總量會達到最高水平（最高80%）。因此針對機組鍋爐的改造還要結合多個方面著手思考解決問題。

2.局部改造方案

在改造方案中主要針對大唐國際托克托600MW機組鍋爐的3個方面進行改造。

2.1對燃燒器的改造

首先要改造燃燒器，保證改造后的燃燒器擁有更快的揮發速度與更大的析出量，保證煤灰快速著火，達到一種迅速但穩燃的效果，全面提高其燃燒效率，優化配風，提高煤炭利用率，真正實現低氧燃燒。

其次，考慮到機組鍋爐燃燒初期耗氧迅速且煤粉在缺氧環境中燃盡時間會被延長，導致飛灰含碳量降低，所以改造燃燒器以便于降低燃料型NOx的額外損耗。

總體來講，就是改造燃燒器相對孱弱的NOx排放能力，全面提高它的著火速度與高燃燒效率，并做到燃燒器在低負荷穩燃能力方面的有效加強。

涉及到最終的燃燒器改造方案，這里采用了國外進口的超低NOx雙調風旋流燃燒器取代原有的30只傳統DRB-4Z燃燒器。再者，為了有效降低燃燒器的節約啟動過程與低負荷穩燃燃油量，避免燃燒器中心筒與等離子燃燒器的位置沖突問題，專門在機組前墻位置保留了最下層的6只等離子點火燃燒器。

2.2對OFA噴口的改造

更換燃燒器之后，也要相應更換OFA噴口。該廠600MW機組鍋爐原來所采用的是OFA雙風區噴口設計，現在取消原有標高位置的OFA噴口，重新設計標高更高的OFA噴口（39800mm位置，相比原有OFA噴口提高3000mm）位置，合理利用OFA噴口利用空氣分級燃燒的基本原理，在主燃燒區形成專門的貧氧還原區域，有效減少鍋爐機組運行中所產生的大量NOx，提高新OFA噴口的分級送風程度，確保煤粉被完全分級燃燒，最大限度降低NOx的排放量。

2.3對風箱、風道的改造

新改造的OFA及燃燒器風箱風道不變，但考慮到OFA噴口標高已經被抬高，所以需要有效擴展原OFA風箱位置，為OFA噴口提供充足風量。在OFA風量變大以后，還要對OFA風箱、風道的延程阻力進行有效增大，保證二次風能夠從OFA風道中全部進入到新改造后的OFA新風口中。為此在改造中還要繼續加大OFA風道截面，為原有舊風道新增旁路風道，并在旁路風道位置設置手動擋板結構，實現對OFA風道風量的有效調節。

除上述3點外，該600MW機組鍋爐還對壁溫熱電偶、部分水冷壁、鋼架平臺、電氣控制部分及某些油槍、OFA分風道調節擋板以及風量測試裝置進行了局部改造[2]。

整體改造方案如下：

最后結合該電廠的空氣分級燃燒與過量空氣燃燒技術內容，對600MW機組鍋爐進行燃燒分級與空氣分級技術優化，分別對其垂直空間的分區分段進行不同區域改造，爭取做到改造后設備生產的降氮目標。

根據電廠600MW機組鍋爐的實際情況，首先發揮新改造燃燒器的作用，將它與直流煤粉燃燒器相互組合，形成組合型垂直濃N低NOx直流煤粉燃燒設置，滿足“淡淡——濃濃——淡淡”的相對布置優化，做到兩層相鄰主燃燒器的濃相與濃相相對、淡相與淡相相對，如圖1。

圖1 600MW機組鍋爐燃燒系統改造后的布置示意圖

如圖1，相鄰兩層的燃燒系統結語一次風與二次風之間，需要進行適當的偏轉處理，保證燃燒系統在水平方向能夠達成分級配風目標效果。同時在距離最上層的燃燒器位置設置高度在9.200m左右的OFA風噴口，保證風噴口每組4層，形成大范圍的OFA風切圓，同時預置水平偏角設計，以滿足對原有二次風噴口的有效替換。

三、大唐國際托克托600MW機組鍋爐的低氮燃燒技術改造后評價

在實現低氮燃燒技術改造后，大唐國際托克托原有600MW機組鍋爐的燃燒器、OFA風噴口以及風箱風道等等都已被更換，從整體來看實現了對鍋爐整體結構的改變，對二次風道的改造幅度也非常之大?？陀^講這些改造對鍋爐爐內的空氣動力廠以及燃燒狀態都產生了極大影響，特別是對機組鍋爐的整體生產效率影響最大，因此需要對低氮燃燒技術改造后的鍋爐性能進行綜合評價分析，如表1。

在經過低氮燃燒技術改造后，大唐國際托克托的600MW機組鍋爐在基本性能上有所提升，對該鍋爐進行連續運行狀況檢查，發現首先鍋爐在滿負荷狀態下所排放出的NOx質量濃度始終保持在280mg/m?以下，其中CO體積分數則在100x10-6以內，鍋爐整體運行效率在93.0%以上。機組鍋爐的最低不投油穩燃負荷也可達到46%ECR以上。

再一點，改造后的機組鍋爐可完全適應全負荷變工況運行，且可保證鍋爐處理不會被降低。在過熱蒸汽設計溫度方面相比于改造前的機組鍋爐變化幅度在±5℃以內。通過該改造方案，機組鍋爐燃料中的的N元素也被有效燃燒揮發，這得益于新的低氮燃燒器技術與OFA風噴口，它們能夠共同維持在一定化學燃燒系數背景下NOx燃燒生產量的本質性降低，對鍋爐的結焦與超溫問題也有所改善[3]。

整體來講，整個改造方案要采用同相相鄰布置的濃淡分離低氮燃燒器，保證600MW機組鍋爐始終具有良好的著火穩燃性能，同時滿足分級燃燒條件，可間接減少NOx的生產量，對維持燃燒區域內的熱負荷均勻狀態也很有幫助。

再看燃燒區，由于改造配置了周界風水冷壁，其壁側的一次性風氣流煤粉質量濃度會有所降低，此時O2的體積分數會相應增大，這就可有效弱化機組鍋爐的結焦問題發生傾向，對防止鍋爐內部結焦有一定好處。

最后看OFA噴口標高的重新改造設計，它選取了風率在20%～25%的OFA風噴口，將風從噴口直接送入爐膛，可滿足分級燃燒條件，對主燃燒區維持較低的過?？諝庀禂?，形成理想的弱還原性氣氛有輔助作用。而在降低了燃燒型NOx生產量的同時，OFA風噴口也會在機組鍋爐燃燒區上部四周周圍水冷壁上形成富空氣區域，避免爐內出現結渣問題且出現高溫腐蝕狀況[4]。

綜上所述，通過對大唐國際托克托公司的600MW機組鍋爐進行低氮燃燒技術改造后發現它的基本性能評價結果有所優化，改造后的鍋爐結焦超溫問題都被有效遏制，同時改造后的各項鍋爐指標均表現優秀。

參考文獻

[1]于英利，劉永江，高正平， 等.600MW機組鍋爐低氮燃燒技術改造與性能評價[J].內蒙古電力技術，2013（5）：11-15.

[2]高鵬，高明，張建文， 等.600 MW機組鍋爐低氮燃燒器改造試驗研究[J].熱力發電，2013（4）：43-46，69.

[3]李超.600MW機組鍋爐低氮燃燒改造[J].城市建設理論研究（電子版），2016（9）：2530-2530.

[4]劉義，孫皓，張廣才.600 MW機組鍋爐低氮燃燒器運行特性分析[J].廣西電力，2016（1）：42-45.