鍋爐低氮燃燒系統改造鍋爐運行調整初探

丁 健

低氮燃燒系統改造以及爐外脫硝組合是目前較為常見的環保性改良機制，針對煙風系統予以優化，但是存在煙風系統和汽水系統連接的問題，這就使得改造過程雖然強化了系統的適應性，卻對減少飛灰可燃物含量作用不大，為了滿足設備應用的環保要求，就要對運行工作展開優化調整和控制，確保相應情況能得以優化，完善進一步調整的方案。

1 案例分析

本文以某電廠I 號機組為例，設備屬于亞臨界自然循環鍋爐系統，主要采取優混∶平混=2 ∶3 的摻燒方式，其中，基碳 55.2%、基氫 3.6%、基氧 8.1%、基低位發熱量為21400，空氣干燥基水分達到2.69%。設備在實際應用中利用的是前后墻對沖燃燒的模式，并且針對設備的爐膛前墻和后墻各設置了3 層燃燒器，安裝雙調風旋流煤粉燃燒設備，蒸發量能達到每小時2000 噸左右。

在運行一段時間后，設備管理部門對設備進行基建調試，針對機組高負荷狀態下汽溫較低的問題進行研討，利用相應措施減少了省煤器受熱面，并且完成設備改造處理工作，在一系列改造工作結束后，主汽溫度有所改變，達到了預計設計數值，系統實際能實現滿負荷運行。然而，因為煤粉停留時間減少造成鍋爐運行效率不高，加之飛灰可燃物含量較大，部門決定對系統開展運行調整工作。

2 鍋爐低氮燃燒系統改造方案及運行調整過程

在鍋爐燃燒改造工作中，要結合實際應用需求完成對應處理方案，確保控制措施的合理性，且能優化提升管理效率，并且在改造的基礎上運行對應的方案調整機制，促進改造工程的全面落實。最重要的是，要避免沒有完全燃燒的煤粉沖破燃盡風進入到設備的尾部煙道結構中造成運行質量的失效，就要對系統進行改造控制和優化處理，發揮調整工作的作用，設計適宜的燃盡風量和實際運行風速。

2.1 鍋爐低氮燃燒系統改造方案

在我國，鍋爐低氮燃燒系統改造方案主要是利用四角切圓燃燒的方式完成改造，因為前后墻對沖燃燒方式的改造技術難度較大，所以在實際操作過程中還需要改良。而在本次工程改造項目中，技術部門在進行低氮燃燒改造的同時，還對汽輪機高中壓缸予以通流處理，保證改造工作順利落實，并集中技術保證機組預期增容10%。值得一提的是，除去對汽輪機通流改造實現節能效益外，也能減少NOx的排放量，適當增加燃燒器的數量，優化燃燒器層距和水平距離負荷水平。然而，在實際操作中，因為鍋爐剛性梁結構和現場布置條件受限，就使得一部分操作流程在應用時有些難度。基于此，借助空氣分級燃燒技術對軸向空氣級別和徑向空氣級別予以分級控制也能減少NOx的排放量，針對爐內溫度場予以系統再分配，確保優化相應的環保性能指標。

第一，要對燃燒器進行位置優化，按照剛性需求和環保指標完成相應的處理工作，切實提升處理水平，優化控制綜合效果。本次方案中，要將燃燒器整體下移3m 到4m，最佳為3.5m，并且保證原始設計位置得以落實[1]。與此同時，要延長煤粉在爐腔內的實際停留時間，從而合理性增高鍋爐高溫段的實際受熱面積，確保能對具體參數予以約束處理，確保設計規范性和運行穩定性，從根本上提高處理效果。這種技術體系一定程度上改造了鍋爐煤粉的燃燒率，維持鍋爐低氮燃燒系統改造后的燃燒效果，減少鍋爐低氮燃燒系統對空氣污染的程度。

第二，對燃燒器的設備進行改良，主要是將原有設備改為中心給粉的旋流式燃燒器，并且更換原有的微油點火燃燒器，轉變為中心給粉燃燒器，從而一定程度上提高了整個燃燒器分級燃燒的效果。

第三，對燃燒器設備進行升級后，也要對燃盡風結構予以處理，利用新型結構模式避免應用處理的效果和環保價值，主要是在原有上層燃燒器運行的基礎上添加燃盡風噴口，數量結合實際運行需求完成設定，并且保證下層燃盡風也能得到優化。正是對燃盡風噴口數量的改革，實現了整體運行比例的優化，也為提升分級燃燒效果提供了保障，避免燃盡風水平不足造成的影響，實現了運行效率和環保價值的全面提升。

2.2 鍋爐低氮燃燒系統運行調整過程

在改造基礎上進行運行調整，是為了確保低氮燃燒系統運行效果，在改造工序結束后，無論是鍋爐主控制系統還是再熱汽溫參數都實現了優化，并且氣（汽）壓也能達到設計參數，且過熱器的溫水量并沒有改變較大，保證相應的壁溫溫差都能被控制在標準數值范圍內，優化了爐腔區域結渣的效果，排煙溫度改造更加適中。但是，若是鍋爐超過600MW 則導致工況受限，尤其是出力效果較差，無法達到預期的BMCR 數值。基于此，相關技術部門決定對鍋爐低氮燃燒系統改造后的運行過程進行再次調整。此次調整工作中，主要是將機組相應運行參數和燃燒實測數據作為根本參照數值，從而減少NOx的濃度，優化鍋爐出力效果。

2.2.1 原因分析

為了更好地保證參數應用管理的水平，就要對造成不良運行問題的原因進行分析，從而完成針對性改良和運行調整方案。

首先，對設備的軸向空氣分級程度進行分析，發現相應的參數并沒有完全符合方案的設計預想，究其原因，主要是因為在鍋爐低氮燃燒系統改造后分級燃燒的程度雖然有所提升，且對應的二次風側阻力也出現了提升，在較高負荷的工況條件下運行，就造成出口壓力裕量不是非常充足。正是基于以上因素，使得二次風量不能完全滿足機組運行過程中對燃燒量的需求，造成缺氧燃燒，限制了整個鍋爐系統運行的穩定性。

其次，設備的徑向空氣分級系統也沒有完全符合設計要求和最初的設計標準，借助燃燒器中心軸線方向的溫度測量可知，燃燒器著火時間有所提前，使得NOx生成數量增大，嚴重污染環境，不能滿足環保標準。

2.2.2 改良措施

在系統化分析鍋爐低氮燃燒系統改造運行不良問題后，就要對具體情況進行具體處理，確保能提高相應管理模式的有效性，同時保證應用方案能發揮其實際價值，從而一定程度上升級系統改造的效果，提升環保效益。

第一，要對設備的輔助系統進行改良。主要是對送風機予以擴容處理，保證改造效果適中，由此提升送風機出口的實際壓力裕量以及設備的送風能力，并且減少送風機運行失速造成的不良問題，切實提高下層燃盡風噴口的運行效率。借助相應的處理措施，就能合理性提升整體結構燃盡風量的數值參數，改善其占據鍋爐總風量的比例，優化運行調整效果。

第二，除了對輔助系統予以改良，也要對燃燒器的一次風噴口進行延長處理，保證噴口內徑得以縮小，一定程度上改善了設備著火性能，升級應用管理效率。最重要的是，延長相應設備的結構，也能為環保工作的處理留出較長的時間，優化應用效果，避免NOx生成量增多。

第三，要對設備的磨煤機出口予以控制，主要是在一次風管的外側加裝可調控的設備，從而對一次風量進行調節，避免燃燒器各個部位性能出現不均勻的問題。

第四，在完成對應處理工作后，就要對爐腔后墻位置進行處理，拆除1/2 的保溫設備，從而減少輻射參數以及對流受熱面的實際吸熱比例參數，提升系統運行穩定性，優化環保處理效果。

綜上所述，在應用鍋爐低氮燃燒系統改造方案后，對運行過程進行調整，能在優化燃燒水平的基礎上，減少NOx的實際排放數量，確保在 600MW 以上運行條件下依舊滿足環保要求，整合機組運行負荷參數。

2.2.3 運行結果

在提出系統性改造設計方案的基礎上，對相應運行過程進行調整，確保能更加符合設備運行安全環保管理要求，針對NOx濃度和鍋爐各項性能指標開展相應的性能優化。

第一，鍋爐低氮燃燒系統改造后，NOx達到目標參數要求，滿足運行經濟性和安全性要求，并且進行階段性檢測后發現參數沒有超出相應標準，符合應用改良的控制參數。在600MW 數值以上運行時，NOx數值為每立方米 330mg，在 600MW 數值以下運行時，NOx數值為每立方米300mg，相應參數相較于改造前降低了近60%，達到安全和指標要求[2]。

第二，改造后進行運行調整工作，分級燃燒程度有所提高，對鍋爐汽水系統評估工作也滿足應用要求，尾部受熱面積調整效果較好，集中在上層燃燒器和燃盡風區間的數值參數均符合安全標準，區域結渣水平也有所優化。

第三，鍋爐效率實現了提升，相較于改造前提高38%，且過熱器減溫水量有所降低。

第四，鍋爐內部煤粉分級燃燒程度有所優化，尤其是二次風側阻力數值，在保證需氧量的同時得以有效控制，數據能被約束在規定的設計參數范圍內。

3 結束語

總而言之，在鍋爐低氮燃燒系統改造鍋爐運行調整工作展開的過程中，為了保證改造效果和運行調整質量，就要升級具體改造過程，確保能在滿足運行要求的同時貼合環保規范，從根本上維護改造處理的實效性，減少NOx對環境造成的不利影響，實現經濟效益和環保效益的共贏。