某電廠660MW上鍋超臨界直流鍋爐降低氮氧化物燃燒調整

摘要：氮氧化物（NOx）是鍋爐燃燒排放氣體中有毒物質之一，是造成大氣污染的主要污染源之一，也是直接導致我國各地陰霾天、臭氧破壞、空氣污染的重大因素。氮氧化物（NOx）控制問題已經成為我國大氣污染控制中一個非常嚴峻的現實問題，減少大氣中的氮氧化物對于保護生態、保持人們身體健康起到極其重要作用。本項課題的研究成果通過燃燒調整來降低脫硝反應器入口氮氧化物（NOx），改善鍋爐燃燒工況的同時，降低了噴氨量，提高了SCR反應器的使用壽命，對空預器防腐蝕有一定作用，具有一定的環保和節能效果。

關鍵詞：氮氧化物;燃燒;調整;節能;減排

1 引言

氮氧化物（NOx）是鍋爐燃燒排放氣體中有毒物質之一，是造成大氣污染的主要污染源之一。在燃料的燃燒過程中，氮氧化物的生成是燃燒反應的一部份：燃燒生成的氮氧化物主要是NO和NO2，統稱為NOx。燃燒過程氮氧化物（NOx）形成機理主要分為：熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx。其中燃料型NOx占80%-85%。

現針對某廠660MW超臨界直流鍋爐實例對低氮氧化物的燃燒調整以及應用問題進行闡述：其脫硝系統主要采取選擇性催化還原（SCR）技術控制SCR反應器出口氮氧化物（NOx）來達到去除煙氣中NOx的目的。其化學反應式如下：

4NO+4NH+O → 4N+6HO

6NO+8NH? → 7N+12HO

NO+4NH??? → 6HO+5N₂

通過燃燒調整，最終降低SCR反應器入口NOx值，以減少脫硝反應器的實際噴氨量。在實際應用前后，NOx值由最初的均值180-200mg/Nm，到現在均值110-130mg/Nm，效果明顯。

2某廠低氮氧化物燃燒調整控制

鍋爐燃燒方式采用擺動式四角切圓燃燒技術，燃燒方式采用低 NOx 同軸燃燒系統（LNCFS）。通過分析煤粉燃燒時NOx的生成機理，低NOx 煤粉燃燒系統設計的主要任務是減少揮發份氮轉化成NOx，其主要方法是建立早期著火和使用控制氧量的燃料/空氣分段燃燒技術。LNCFS 的主要組件為：緊湊燃盡風（CCOFA）;可水平擺動的分離燃盡風（SOFA）;預置水平偏角的輔助風噴嘴（CFS）;強化著火（EI）煤粉噴嘴。LNCFS通過在爐膛的不同高度布置CCOFA 和SOFA，將爐膛分成三個相對獨立的部分：初始燃燒區、還原區和燃盡區。在每個區域的過量空氣系數由三個因素控制：總的OFA 風量，CCOFA 和SOFA 風量的分配以及總的過量空氣系數。這種改進的空氣分級方法通過優化每個區域的過量空氣系數，在有效降低NOx 排放的同時能最大限度地提高燃燒效率。

鍋爐主風箱設有6 層強化著火（EI）煤粉噴嘴，在煤粉噴嘴四周布置有燃料風（周界風）。在每相鄰2 層煤粉噴嘴之間布置有1 層輔助風噴嘴，其中包括上下2 只偏置的CFS 噴嘴，1 只直吹風噴嘴。在主風箱上部設有2 層CCOFA（緊湊燃盡風）噴嘴，在主風箱下部設有1 層UFA（火下風）噴嘴。在主風箱上部布置有SOFA（分離燃盡風）燃燒器，包括5層可水平擺動的分離燃盡風（SOFA）噴嘴。

鍋爐原始設計二次風門擋板的控制原則為：A 層、B 層、C 層、D 層、E 層、F 層燃料風擋板的開度按運行或停運函數關系分別控制，運行時開度是本層給煤機轉速的函數，以調節一次風氣流著火點。停運時開度是鍋爐總空氣流量的函數，另外AA 層二次風擋板也是給煤機A轉速的函數。SOFA、CCOFA 二次風擋板是鍋爐總空氣流量的函數，主要用于控制鍋爐NOx的排放;AI 層、BI 層、BC 層、CI 層、DI 層、DE 層、EI 層、FI 層二次風擋板是用來控制燃燒器大風箱與爐膛出口壓差，該壓差是總空氣測量流量的函數。

1）SOFA風擋板調整。

實踐證明，最高層磨煤機運行期間，控制燃盡風SOFA5層風門開度在70%-80%之間，SOFA3、SOFA4設置+20偏置，SOFA1、SOFA2保持不變。SOFA5風門根據負荷高低適當進行調節，另外在開大上層風期間注意對過熱器壁溫的影響，二次風差壓保持0.7-0.8Kpa左右。另外，變負荷階段風煤比容易失調，氧量大幅度波動，當氧量值攀升時預示著NOx值即將超標，通過開大SOFA3、SOFA4、SOFA5的開度，不僅降低了爐膛出口煙溫偏差，同時控制了NOx的產生。

2）CCOFA風擋板的調整。

適當減少CCOFA風量，增加SOFA 風量的分配，控制每個區域的過量空氣系數可明顯減少NOx的生成。目前CCOFA1及CCOFA2解除自動，基本保持20開度，一方面保證了低負荷時爐膛差壓在0.38kPa以上，另外也明顯降低了煙氣中NOx的產生。

3）輔助風擋板的調整。

減負荷風煤比失調階段，在開大上層風的同時差壓降低，關小輔助風門AA、A2、AB、B2、BC、C2、CD、D2的開度至-20偏置又緩解了差壓的下降。同樣，由于當前協調加減煤量幅度過大，AGC指令在增加20MW負荷以上時，煤量超調很大，在調節再熱汽溫上習慣于事故減溫水和開大下層二次風門開度來控制，以增加煤粉在爐膛內的停留時間，保證燃燒充分。在開大下層二次風門的同時，NOx會隨之升高，因此需通過開大SOFA風來重新分配二次風比例，在NOx下降時及時回調，防止爐膛差壓過低。

4）托底風（火下風）擋板的調整。

為提高排煙溫度防止脫硝退出，低負荷階段目前停運1號磨煤機保留2、3、4、5號磨煤機運行。在原有調整經驗下，在1號磨煤機停運期間，AA層托底風關閉，運行人員需人為開啟AB層油輔助風至50%以上，以保證托底效應，防止大渣的產生。但是在實際運行中，適當關閉AB層輔助風至原曲線值，A層輔助風保持關閉，NOx可由160mg/Nm3降低到100-120mg/Nm3，效果非常明顯。觀察表明，鋼帶機的渣量并未明顯增大。分析可以得出：低負荷四臺制粉系統運行，燃燒區域火焰熱負荷較高，底層煤粉易燃;2號磨煤機燃燒器距底部距離增加，煤粉掉落時間增加，促進煤粉的燃燒。

3結論

1）NOx可以通過配風方式的優化有較大幅度的降低就，平均值130mg/Nm3以下。

2）現場長期運行數據表明：1號磨煤機停運期間，無需人為增加托底風量。

3）在惡劣工況下，NOx的產生不可避免，需要加強對脫硝系統的監視，防止凈煙氣超標。

4）二次風差壓對NOx的產生影響明顯，盡量維持二次風差壓在0.38Kpa以上。

4實際應用效果

本項課題的研究成果降低了反應器入口NOx值，改善了鍋爐燃燒工況的同時，降低了噴氨量，且提高了SCR反應器的使用壽命，具有一定的環保和節能效果。另外通過整合各個負荷階段、變負荷工況和各種惡劣工況使NOx值能夠在全負荷段內實現低發生量，彌補了原有的燃燒調整方式在NOx方面的不足，在行業內相同機組間具有重要推廣價值。

參考文獻：

[1]上海鍋爐廠有限公司.2080t/h 超臨界壓力直流鍋爐燃燒設備說明書;

[2]王學棟、欒濤、程林;鍋爐燃燒調整對NOx排放和鍋爐效率影響的試驗研究;《動力工程學報》;2008.

作者簡介：要川，國家能源集團河北滄東公司運行值長，性別：男，1984年8月，高級工程師。