白山熱電1 號鍋爐低氮燃燒器改造

趙紅雨 劉紀福 李長興 汪永強

（吉林電力股份有限公司渾江發電公司 吉林白山 134302）

吉電股份白山熱電1號鍋爐為上海鍋爐廠生產的SG-1025/17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環鍋爐，鍋爐設計燃用當地煙煤，后改造摻燒0-50%霍林河褐煤。采用石灰石-石膏濕法脫硫裝置，無脫硝裝置，于2007年投產。鍋爐正常運行時NOx排放濃度約500～550mg/Nm3。

根據國家環保要求，2014年后電廠鍋爐NOx最高允許排放濃度值需達到100mg/Nm3以下。白山熱電設計BMCR工況下省煤器出口的煙氣NOX濃度為600mg/Nm3，為滿足國家達標排放的要求必須對鍋爐進行加裝脫硝裝置改造。

低氮燃燒是國內外燃煤鍋爐控制NOx排放的優先選用技術。根據此前的國內機組的NOx控制業績，白山熱電在摻燒褐煤后，在不犧牲鍋爐效率的前提下，實施先進的低氮燃燒改造后，預計鍋爐NOx排放濃度可控制到400mg/Nm3以下。在對SCR脫硝方案與低氮燃燒器+SCR脫硝方案投資與運行成本對比分析后，以及綜合考慮達標排放穩定性與技術性、經濟性，白山熱電脫硝工程選型采用了低氮燃燒器+SCR方案。在2013年末對鍋爐進行了低氮燃燒器改造。

1 鍋爐概況

吉電股份白山熱電1號鍋爐為上海鍋爐廠生產的SG-1025/17.5-M889型亞臨界壓力中間一次再熱自然循環鍋爐，單爐膛∏型緊身封閉布置，固態排渣，平衡通風，高強度螺栓全鋼架懸吊結構。配有WR水平濃淡低氮燃燒器。爐膛寬11890mm，深12800mm，高49658mm，寬深比1:1.076，爐膛和包覆過熱器由氣密性好的膜式壁組成。后煙井為并聯雙煙道，兩煙道的煙氣在調溫擋板后混合進入二臺并列的空氣預熱器，再經由除塵器后被吸風機排至脫硫系統及煙囪。

鍋爐配有4套鋼球磨儲倉式熱風送粉系統，16臺給粉機。通過A、B、C、D四層煤粉管道和兩層三次風接至鍋爐四角燃燒器。最下層燃燒器噴口中心標高20443mm，至冷灰斗轉角距離為4494mm，燃燒器風箱中設有三層共12支啟動及助燃簡單機械霧化油槍，在B層煤粉燃燒器內設有4支空氣霧化啟動小油槍。

鍋爐設計燃用當地煙煤，后改造摻燒0～50%霍林河褐煤。其常規運行狀態下的NOx排放濃度約500～550mg/Nm3。

2 鍋爐現有燃燒系統

一次風采用WR水平濃淡燃燒器。煤粉流過燃燒器入口彎頭時，大部分煤粉顆粒在離心力的作用下緊貼外沿進入煤粉噴管，通過噴管中的隔板（換向板）將一次風分成水平濃淡兩股，濃側向火，淡側背火。一次風噴嘴中裝有V形鈍體，使一次風在V形鈍體前方形成穩定的回流區，卷吸高溫煙氣，起到穩定火焰作用。

鍋爐燃用煤種為次煙煤摻燒褐煤，一次風主要采用熱一次風，根據風管內風粉混合物溫度,采用微量冷一次風混合送粉，三次風采用熱爐煙、熱風、冷一次風、再循環風混合送粉。一次風噴嘴采用均等布置，三次風噴嘴集中布置。

二次風設計按“加強混合，分級燃燒”的原則進行。

燃燒器頂部設置兩層燃燼風，為減少鍋爐水平煙道左右側的煙溫偏差，燃燼風設計成射流旋轉方向與其余的一、二次風射流旋轉方向相反。

上部的兩層二次風噴嘴為手動擺動噴嘴，其余均為固定噴嘴。

3 改造方案

本次改造維持燃燒角不變，主燃燒器風箱不變，一次風煤粉管道位置不做改動，原微油點火層煤粉燃燒器不變。主燃燒器二次風噴口全部更換，A、C、D層一次風管整體更換，三次風回用。并在上部增加一組高位燃盡SOFA風，原OFA風噴口做為低位混合SOFA風，其中高位SOFA共3層噴口，低位SOFA2層噴口。改造后主燃燒區噴口布置形式從下至上為：AA-A-AB-B-BC-C-CDD-DD-E-F，其中A、B、C、D為一次風噴口,B為微油燃燒器，E、F為三次風噴口。一次風采用水平濃淡技術，主燃燒區各噴口風量根據新的風量配比原則進行分配，所有一次風采用新型強化燃燒噴口。按照分級燃燒理論，A、B、C三層一次風形成下部燃燒區，D層一次風形成上部燃燒區。AB層、BC層及CD層二次風為分量偏置二次風。SOFA風采用上下左右擺動噴口結構。原燃燒器AB、BC層點火油槍系統、微油系統、火檢、執行器回用。CD層油槍及油火檢拆除。

3.1 一次風管

煤粉燃燒器采取整體更換的辦法，包括煤粉噴嘴、煤粉濃縮器、煤粉彎頭。

煤粉燃燒器采用水平濃淡煤粉燃燒技術，以提高鍋爐低負荷運行的能力，水平濃淡煤粉燃燒器是利用煤粉進入燃燒器一次風噴嘴體后，經百葉窗的分離作用，將一次風氣流分離成濃淡兩部分；兩部分之間用垂直隔板分開，燃燒器出口處設有帶波紋形的穩燃鈍體。濃相氣流的煤粉濃度高著火特性好，即使在低負荷情況下，濃相氣流的風粉比仍可保持在較合適的范圍內，使著火特性不會明顯惡化。鈍體形成的高溫煙氣回流區又充分為煤粉著火提供了熱源，這兩者的結合為低負荷穩燃提供了保證。

百葉窗和彎頭部分采用粘貼耐磨陶瓷進行防磨。一次風耐熱噴口采用擺動式新型強化燃燒噴口（偏置周界風）。B層微油點火層不變。

3.2 二次風噴口

為了避免采用分級燃燒后主燃燒區風量減少帶來的動力場變化，所有的二次風噴口依據新的配風要求進行更換。由于主燃燒區處于還原氣氛，為了防止發生水冷壁結焦、高溫腐蝕事故，AB層、BC層、CD層噴口改為偏置二次風噴口；為了控制水冷壁周圍富氧區域的NOx以及由于混合不均勻殘留在主燃燒區的NOx進入燃盡區，頂部兩層二次風反切作為低位SOFA風，改善主燃燒區的混合狀況。二次風噴口采用耐高溫材質制造，材質為稀土合金ZG40Cr24Ni9Si2NRe，滿足鍋爐運行的需要，噴口的使用溫度≥1200℃。

3.3 三次風

三次風全部回用。

3.4 高位燃盡SOFA

高位燃盡風噴口與燃燒器的距離決定了煙氣在還原區域內的停留時間。還原氣氛程度越深，停留時間越長，越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃燒。本次改造中在最上層一次風噴口往上9m左右增加一組高位SOFA，一組三層噴口，噴口可以實現上下20度，左右10度的擺動。上下擺動采用自動控制，水平擺動采用手動。風量大約占總風量的20%。具體標高位置在34100mm處。布置原則以盡量避開水冷壁剛性梁，減少平臺改動、方便維護人員操作為原則，水冷壁進行相應的開孔。高位SOFA燃燒器采用法蘭連接形式直接固定在水冷壁上。增加流量測量裝置，信號進入DCS。

3.5 低位混合OFA

低位OFA的作用主要有兩個：（1）這個區域整體還處在一個還原性氣氛下，可以將已產生的NOx還原一部分；（2）參與未燃盡碳的燃盡過程，降低爐膛出口的飛灰含碳量，進一步降低進入富氧區的未燃盡碳。

為了進一步降低進入富氧區的未燃盡碳，本次改造利舊原燃燒器的兩層低位OFA，更換噴口以達到性能改造需要的配風要求。通過補充一定量燃燒需要的氧氣，使得過量空氣系數由主燃燒區的0.75增加到0.95，通過低位OFA的設置可以使進入富氧區域的未燃盡碳降到5%以下，不但降低了未燃盡碳中含有的N轉換為NOx的幾率，同時也降低了飛灰含碳量。為了提高分級風的射流剛性與覆蓋廣度，強化分級風與煙氣的混合，兼顧NOx控制與煤粉燃燼，低位OFA選取相對較高的風速。

3.6 水冷壁

主燃燒器區域水冷壁不動，燃盡風區域水冷壁根據燃盡風布置開孔。

3.7 燃盡風風道

從鍋爐四角大風箱入口的主風道上各引出一路風道，再分給各SOFA噴口，管路上增加膨脹節并設置差壓測量裝置。

3.8 新燃燒器特性參數

4 低氮燃燒器設計特點

選取較低的一次風率，有助于燃燒初期揮發份型的N轉化為N2，同時也有利于煤種變化時，火焰的穩定燃燒。一次風采用水平濃淡，上下兩層一次風之間布置有偏置二次風，與一次風形成一定夾角，防止結渣和高溫腐蝕，降低NOx排放。采用強化燃燒一次風噴嘴，加快煤粉燃燒延長爐內停留時間及縮短火焰行程。

燃燒器頂部設有可上下左右擺動的高位SOFA風，可以有效控制飛灰含碳量，進一步調節爐膛出口煙溫偏差之外，還可以對爐膛出口煙溫進行調節。

為了減少進入燃盡區的未燃盡碳量，保留了低位OFA，同時嚴格控制高位SOFA的風量。

為了提高分級風的射流剛性與覆蓋廣度，強化分級風與煙氣的混合，兼顧NOx控制與煤粉燃燼。在低位OFA選取相對較高的風速。

燃燒器噴口采用新型耐熱合金材料，該材料在1300℃時仍具有穩定的抗磨組織，有利于防止噴口燒壞及磨損。

5 低氮燃燒調整

通過燃燒調整降低NOx的主要途徑和方法有：減少過量空氣系數；控制燃料與空氣的前期混合；提高入爐煤粉的局部燃燒濃度；降低主燃燒區溫度；避免產生局部高溫區；縮短煙氣在爐內高溫區的停留時間；度利用中間生成物反應降低NOX產量。

白山熱電改造低氮燃燒器后，控制鍋爐爐膛出口氧量在3.5%左右。中、下部二次風開度大致為均等配風；根據負荷三層SOFA風投用二層，開度在50%左右。最下層二次風門的開度根據爐渣可燃物含量的大小進行調整。周界風的開度根據一次風噴口的著火距離適當關小調整，有利于NOX的進一步降低，同時也應避免著火太近而燒損噴口。

6 低氮燃燒器改造后的設備性能變化

1號爐低氮燃燒器改造后于2013年12月投入使用。通過燃燒調整，SCR脫硝入口（省煤器出口）NOx排放濃度在350mg/Nm3左右，摻燒褐煤量減少時會有所增加，基本達到設計要求。

改造后鍋爐帶負荷能力無影響，爐膛出口煙溫偏差<50℃，燃燒穩定，暫未發現有結焦現象。

改造后鍋爐機械未完全燃燒損失基本能完成設計值，但摻燒褐煤量不足時機械未完全燃燒損失增大明顯，鍋爐效率降低。

改造后過熱蒸汽溫度達到原設計值，但再熱蒸汽溫度在負荷低于190MW時無法完成設計值，在保證脫硝入口NOx值時，再熱汽溫調整受限。過熱蒸汽、再熱蒸汽汽溫特性變差，減負荷時再熱汽溫下降幅度大，恢復慢。燃燒工況變動時，屏式過熱器壁溫比改造前升高，但仍可控。

白山熱電在脫硝設備改造，采用新型低氮燃燒器后，大幅降低了省煤器出口NOx值，減少了脫硝運行還原劑用量，降低了運行費用，保證了脫硝設備的經濟、穩定運行。

[1]蔣文舉,趙君科,尹華強,等.煙氣脫硫脫硝技術手冊.化學工業出版社，2012.2.

[2]300MW機組集控運行規程.渾江發電公司.2012.4.

[3]300MW機組脫硝運行臨時規程.渾江發電公司.2013.12.