1 000 MW機組鍋爐燃燒優化試驗研究

摘要：1 000 MW超超臨界燃煤機組是我國火電廠的發展方向，進行燃燒優化試驗具有提高鍋爐效率和降低NOx排放濃度的雙重意義。通過爐膛氧量、配風、制粉系統運行方式等試驗對某電廠1 000 MW機組進行了燃燒調整、優化，結果表明，優化后的運行方式，能有效提高鍋爐效率，降低NOx排放。

關鍵詞：1 000 MW機組;鍋爐效率;NOx排放濃度;燃燒優化試驗

0 ? ?引言

氮氧化物（NOx）是一種危害人體健康和大氣環境的有毒污染物，燃煤發電產生的NOx主要有三種：一是燃料型NOx，占75%～80%;二是熱力型NOx，占20%～30%;三是快速型NOx，約占5%[1]。目前，低NOx燃燒的主要技術為低溫燃燒，但低NOx燃燒和高效燃燒是互相矛盾的，控制燃燒區域低溫勢必會影響燃燒效率。

某電廠運行中脫硝反應器NOx長期高于設計值，大于350 mg/m3，低負荷工況達500～600 mg/m3，導致脫硝噴氨量大、成本高，氨逃逸導致空預器差壓高，風機出力增大，影響鍋爐安全和效率。

1 ? ?試驗方法及內容

1.1 ? ?設備簡介

某電廠1 000 MW機組采用DG3033/26.15-Ⅱ1型超超臨界參數變壓直流爐。設計6臺正壓直吹中速磨煤機，前后墻各三層燃燒器對沖燃燒。燃燒器為HT-NR3低NOx旋流燃燒器[2]，采用等離子啟動點火。燃燒器（前墻）布置如圖1所示。

1.2 ? ?試驗方法

主要測試方法如下：（1）煙氣溫度測量;（2）煙氣氧量測量;（3）原煤取樣;（4）飛灰取樣;（5）爐渣取樣;（6）環境、溫度、濕度及大氣壓測量;（7）運行數據記錄：運行數據在表盤記錄[3]。

1.3 ? ?試驗工況

根據鍋爐效率和NOx排放影響因素，選取800 MW穩定工況，對鍋爐過量空氣系數、三次風箱配風方式、制粉系統組合方式、一次風壓進行一定范圍的擾動，并做好相關試驗數據的記錄。

2 ? ?試驗結果分析

2.1 ? ?過量空氣系數的影響

改變不同的爐膛氧量，維持其他參數不變，試驗結果如表1所示。

由表1數據可知，氧量增大，NOx排放明顯增大，穩定工況下適當降低爐膛氧量，有利于降低NOx排放量。氧量的增加能使燃燒更充分，提升爐膛效率。綜上，在同等工況下氧量為3.5%時，q2的增加值小于q4的下降值，鍋爐效率達到最大值[4]。因此，該鍋爐空氣預熱器出口氧量控制在3.5%為最佳，既能保持較高的鍋爐熱效率，又能使NOx排放得到一定的抑制。

2.2 ? ?配風方式的影響

按照分級配風低NOx燃燒原理，通過配風，多維度減少燃料型NOx的生成。在相同氧量下分別對四種配風方式進行試驗，試驗結果如表2所示。

由表2數據可知，不同配風工況下NOx產生量偏差較大，其中倒塔配風最低，NOx最小排放濃度與最大濃度相比降低達24.4%。

2.3 ? ?磨煤機組合方式試驗結果

在上述工況下采用不同的制粉系統運行方式進行相關試驗：方式一采用均等的給煤量;方式二是中層磨制粉系統給煤量最大;方式三則采用正塔配煤，下高上低。試驗結果如表3所示。通過試驗可知，方式三NOx排放比方式一降低11.1 mg/m3，降幅達3.8%。

2.4 ? ?一次風壓變化試驗結果

不同一次風壓下，NOx入口排放試驗結果如表4所示。

從表4可以看出，當一次風壓過低時，煤粉輸送至爐膛速度不足，無法到達爐膛中心，且與二次風混合不充分，影響燃燒，降低了鍋爐效率。從試驗數據可知，一次風壓控制在10.5 kPa左右時，q4降低，同時NOx排放降低[5]，還能降低一次風機出力，節約廠用電。

3 ? ?結論

（1）從以上試驗數據可知，在800 MW工況下，氧量為3.5%，鍋爐效率和NOx排放較為合適。

（2）增大下層制粉系統三次風量，降低上層三次風量，可以有效減少燃料型NOx。

（3）制粉系統不同出力的調整可以有效降低NOx排放。

（4）由試驗數據可知，一次風壓控制在10.5 kPa左右時，煤粉細度正常，q4下降，NOx降低。

鍋爐在800 MW負荷下的優化工況為：爐膛氧量3.5%、倒塔配風、正塔配煤、一次風壓10.5 kPa，兼顧了機組安全、環保、經濟、高效。

[參考文獻]

[1] 曹紅加，唐必光，許洪波.煤粉濃淡燃燒方式對電站鍋爐NOx排放影響的試驗研究[J].中國電機工程學報，2004，24（8）：229-232.

[2] 呂玉坤，劉海峰，宋寶軍，等.燃煤鍋爐效率與NOx排放混合建模研究[J].電力科學與工程，2012，28（5）：37-41.

[3] 魏輝.燃煤電站鍋爐低NOx燃燒優化運行策略的研究[D].上海：上海交通大學，2008.

[4] 費俊，孫銳，張曉輝，等.不同燃燒條件下煤粉鍋爐NOx排放特性的試驗研究[J].動力工程，2009，29（9）：813-817.

[5] 呂玉坤，彭鑫.300 MW燃煤鍋爐NOx排放特性試驗研究[J].華北電力大學學報，2010，37（5）：78-82.

收稿日期：2020-07-15

作者簡介：彭華堅（1986—），男，湖南郴州人，電力運行工程師，主要從事大型火力發電廠生產運行工作。