爐內CO測量在降低NO_x排放中的應用

余超 翁志鈞 艾俊清

摘? 要：鍋爐低氮改造后，對過?？諝庀禂狄鬆t內燃燒器區域為0.8左右，到SOFA層及以上，逐漸提高到1.0～1.25?，F有的燃燒測控手段無法實現這一要求，所以很多低氮改造后的鍋爐，仍有脫硝入口NOx偏高或者飛灰上升較大的情況。該文針對上述問題，闡述了通過對四角切圓鍋爐爐內水冷壁區域煙氣中CO含量值的測量以及其與燃燒的對應關系，使各燃燒層的過剩空氣系數達到鍋爐設計要求，既能降低脫硝入口的NOx值，又不至于飛灰含碳量增高較多的目的。

關鍵詞：火力發電;四角切圓鍋爐;CO在線監測;降低脫硝入口NOx

中圖分類號：TK229? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 前言

隨著社會的發展，對鍋爐燃燒調整的要求越來越高，精細化調整是鍋爐燃燒調整的必然要求，特別是在低氮改造后，對鍋爐每一層燃燒器的燃燒都有了不同的要求，目前的爐內燃燒監測手段，只有氧量和火焰強度等，氧量計設置于爐膛后部，是整體燃燒過后的綜合結果，并不能反映爐內每一層燃燒的狀況;火焰強度受到的干擾過大，在正常運行中無法通過火焰強度來判斷爐內每一層的燃燒狀況。因此，對爐內每一層燃燒器燃燒工況的有效測量，是鍋爐燃燒精細化調整的關鍵。該文通過對四角切圓鍋爐爐內水冷壁各區域煙氣中CO含量的測量，通過煙氣中CO濃度值與燃燒強度的對應關系，來確定各燃燒層的過?？諝庀禂?，并通過調整，達到鍋爐按設計要求分級燃燒，從而達到既能降低脫硝入口NOx值，又不至于造成飛灰含碳量增高較多的目的。

1 NOx排放過高的危害

通常我們所說的氮氧化物（NOx）是NO、NO2、N2O、N2O4、N2O5等物質的總稱。當這些氮氧化物與碳氫化物共存于空氣中時，經過陽光紫外線照射，就會發生光化學反應，產生一種光化學煙霧，形成一種有毒的二次污染，由其引起的環境問題以及對人體健康的危害有以下幾方面。

1.1 NOx對人體的致毒作用

危害較大的是NO2，主要影響呼吸系統，可引起支氣管炎和肺氣腫等疾病;NO非常容易與動物血液中的色素（Hb）結合，造成血液缺氧而引起中樞神經麻痹，它與血色素的親和力很強，約為CO的數百倍至1 000倍。

1.2 NOX是酸雨、酸霧的主要污染物

酸雨會破壞森林植被，造成土壤酸化、貧瘠、物種退化、農業減產，還會使水體造成污染，魚類死亡。

1.3 NOx與碳氫化合物可形成光化學煙霧

這種煙霧使人發生眼睛紅腫、喉痛咳嗽和皮膚潮紅等癥狀，嚴重者造成心肺功能衰竭、死亡。

1.4 NOx參與臭氧層的破壞

氧化亞氮（N2O）在高空同溫層中會破壞臭氧層，使較多的紫外線輻射到地面，增加皮膚癌的發病率，還可能影響人的免疫系統。

工業鍋爐因為燃燒所排放的氮氧化物（NOx）在環境污染中占有較大的比重。因此，治理工業鍋爐氮氧化物（NOx）污染是治理環境污染的有效途徑。

2 鍋爐脫硝入口NOx排放過高對鍋爐的影響

NOx排放過高會導致噴氨量增加，經濟效益降低;空預器堵塞加快，嚴重時鍋爐不能滿負荷出力，最后被迫停爐;受熱面污染加劇，降低了換熱效果，影響了鍋爐經濟性;脫硝裝置催化劑中毒，影響脫硝效果，進一步增加了噴氨量，形成惡性循環。

3 四角切圓鍋爐爐內CO在線測量

對于四角切圓鍋爐，其爐內燃燒分為2個部分。1）從燃燒器噴口出來至爐內旋轉火球部分。2）進入爐內旋轉火球燃燒部分。從研究與現場試驗得出，在燃燒器向火側，該燃燒器的第一部分燃燒強度與第二部分的燃燒強度是密切相關的，在燃燒不發生偏斜的情況下，該燃燒器向火側區域煙氣中CO含量可以直觀地反映燃燒器的燃燒強度，而該燃燒器所在層的4個向火側區域煙氣中CO含量可以直觀地反映該層旋轉火球的燃燒強度。因此，對燃燒器向火側區域煙氣中CO的含量可以直觀地反映爐內燃燒的強度。

在每層或有代表性的數層的四面墻向火側合適位置的水冷壁鰭片上開孔，安裝爐內CO在線監測系統，并將所有監測系統的信號從CO在線監測裝置的PLC控制柜接入DCS，在CRT畫面中爐膛系統的畫面上建立相對應的測點，從而建立爐內燃燒CO值模型。這樣，我們對爐內每一層或選定的幾層的燃燒強度、爐內旋轉火球的燃燒強度以及是否發生火焰偏斜，都有了一個直觀的了解，而且在接下來的燃燒優化調整中，也有了調整的依據。

4 某電站300 MW鍋爐基于爐內CO在線監測調整實例

該電站鍋爐采用自然循環、四角切圓燃燒方式、單爐膛、一次再熱、平衡通風、露天布置、固態排渣，全鋼架懸吊結構∏型汽包鍋爐。鍋爐爐膛采用四角布置、切向燃燒、直流式百葉窗水平濃淡燃燒器，在爐內形成雙切圓燃燒，假想切圓直徑分別為Φ802 mm和Φ974 mm，平均燃燒角3°。

每角燃燒器共布置14層噴口，包括四層一次風噴口、八層二次風噴口（其中三層布置有燃油裝置），兩層三次風噴口，從上至下為2-3-3-2-1-2-1-2-2-2-1-2-1-2。低氮改造后，又增加了A/B/C/D四層SOFA風。二次風一部風作為燃料風，設在每只煤粉噴嘴兩側，一部分作為頂部燃燼風，經燃燒器頂部的二次風噴嘴送入爐膛;其余作為輔助風，與煤粉噴嘴相間布置，形成均配風。所有二次風都有二次風門調節，由電動執行機構驅動。整個燃燒器高度為8 444 mm。

在煤粉噴嘴設計中，采用了低氮水平濃淡燃燒技術，四層一次風采用百葉窗水平濃淡燃燒器。燃燒器所配制粉系統形式為鋼球磨中間儲倉制熱風送粉系統，每臺爐配套4臺DTM350/600型磨煤機。

改造前，爐膛出口NOx值為300 MW下766 mg/Nm?，改造后，300 MW負荷下脫硝入口NOx值為580 mg/Nm?。

后該電廠在運行中空預器逐漸出現堵塞，停爐清洗后恢復正常，為了降低噴氨量，電廠將脫硝入口NOx值目標定位500 mg/Nm?，為了達到這一目標，電廠重新進行配風，并將氧量值從3.5下降至2.8，結果NOx值達到了500 mg/Nm?，但飛灰含碳量從3左右上升到6左右，且無論如何調整，都無法在NOx值和飛灰中找到兩者都滿意的平衡點。

為了解決這一問題，我們在鍋爐燃燒器B/D層、SOFAD層上部區域各加裝了4套CO在線監測系統。并將測量數據連接到DCS，在操作員站CRT爐膛畫面上形成爐內燃燒CO測量模型。我們發現，在300 MW負荷下，NOx值如果保證在580 mg/Nm?左右，各層CO值見表1。

當按照運行人員的習慣調整到300 MW負荷下NOx值為500 mg/Nm?左右時，各層CO值見表2。

從表1我們可以看出，D層燃燒比較激烈，該處有足夠的煤粉和空氣，雖然二次風門是按照束腰形布置，但并未形成低氮燃燒模式，過?？諝庀禂灯撸珼層NOx生成量較大，是NOx偏高的主要原因。到SOFA層以上區域，燃燒基本已經完成，過?？諝庀禂狄殉^1.0，滿足設計要求。

從表2 我們可以看出，運行人員由于沒有燃燒調整的數據參考，只能按照低氮燃燒原理，盡量降低燃燒器層的，特別是中部區域的配風，但是為了保證氧量，所以將底層和SOFA層風量開大，由此導致燃燒器層中上部燃燒變差，到SOFA風層上部，仍然不能燃盡，由此引起飛灰含碳量急劇上升。

經過分析后，我們確定了按照低氮設計要求的各層過剩空氣系數所對應的各層CO參數的范圍值，并以此為被調節量對二次風配風與制粉系統進行了重新優化調整，經過多次調試，在滿足脫硝入口NOx值為500 mg/Nm?左右的情況下，保證了飛灰含碳量不超過4。

5 結論

鍋爐在經過脫硝改造后，由于鍋爐各層二次風擋板的特性曲線并不是理想狀態，且各層燃燒器出力不同，所處的爐內溫度區域不同等原因，運行人員只能根據設計要求，采取束腰形配風，但對于二次風擋板的具體開度、燃燒器出力等并沒有一個具體的參數值可供參考，因此在調整脫硝入口NOx值的時候，常常會出現調節沒有效果或者調節出了效果，但飛灰含碳量大幅上升的情況。在安裝了爐內CO在線監測系統后，運行人員就能根據爐內燃燒區域各層CO數值，按照低氮設計的爐內各區域的過?？諝庀禂档囊髞磉M行燃燒調整，甚至可以在煤質或設備等偏離設計工況的情況下，靈活地調整各層的過剩空氣系數，以達到既能降低脫硝入口NOx值，又能最大限度地減少飛灰含碳量的上升。

參考文獻

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