410t/h煤粉爐低氮燃燒器改造效果分析

摘要：本文介紹了410t/h煤粉爐進行低氮燃燒器改造實現了對氮氧化物（NOx）的控制，以及改造后對日常運行操作的影響和相應的改進措施。

關鍵詞：氮氧化物;低氮燃燒;燃盡風

氮氧化物（NOx）是電站鍋爐的有害排放物之一。目前天津某熱電廠#6爐平均煙氣NOx排放值基本在650～700Nm³以上，遠遠高于國家排放標準。目前，降低鍋爐燃燒產生的NOx主要有兩種：低氮燃燒技術和煙氣凈化技術。天津某熱電廠對#6爐進行了低氮燃燒器改造。

1 設備概況

某天津熱電廠#6鍋爐系杭州鍋爐廠生產的NG410/9.8—M₆型自然循環煤粉鍋爐，配有中間儲倉式熱風送粉制粉系統，采用P型布置，四周布滿膜式水冷壁;尾部豎井煙道中交替布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器。爐膛上部布置屏式過熱器、一級過熱器、二級過熱器布置在水平煙道中。鍋爐設計煤種為煙煤。

1.1燃燒系統的改造

2011年10月8日開始進行的#6爐達標提效改造項目中實現了低氮燃燒器和燃燒系統的改造。改造前燃燒系統布置為五層二次風噴口，三層一次風噴口，一層三次風噴口，布置在最上層二次風下方。燃燒器噴口采用分組布置形式，每角分為兩組，上組為上上二次風、三次風、上一次風及中上二次風，其中上上二次風及三次為擺動式;下組為中二次風、中一次風、中下二次風、下一次風及下二次風。中上二次風及中二次風之間距離1290mm。改造后下層一次風噴口更換為微油點火燃燒器，中上兩層為低氮燃燒器，在整體燃燒器組的上方新增兩組燃盡風，由二次風總風提供，進風口位置在爐膛四角，頂層燃燒器上部，燃盡風擋板可以上下、左右擺動15o。

1.2 低氮燃燒器的特點

一次風燃燒器采用的水平濃淡煤粉燃燒技術，是在一次風管道內采用百葉窗式煤粉濃縮器，使煤粉氣流在流經百葉窗時產生不同程度的偏轉，煤粉與氣流慣性分離，經分流隔板后分別形成兩股濃、淡煤粉氣流。燃燒器布置在四角切圓鍋爐同一水平面，淡煤粉氣流在背火側噴入爐膛，形成外側假想切圓;而濃煤粉氣流在向火側噴入爐膛，形成內側假想切圓。淡煤粉氣流在水冷壁附近形成了比普通燃燒器強得多的氧化性氣氛。并且增加了燃盡風擋板開度，使得燃燒器組的二次風量減少，燃燒區域過量空氣系數相應減少，降低了主燃燒區域的氧量，消弱了煤粉的燃燒強度，火焰溫度得以下降，減少了熱力型NOx的生成量;同時由于主燃燒區域氧量下降，燃料型NOx的生成量也相應減少，這樣致使NOx整體排放濃度得到了較好控制。

2 技術改造后NOx的調整

2.1 二次風的配比

此套燃燒系統配有五層二次風，主要用于和送風機擋板開度（即總風量大小）、熱風壓力的設定（即一次風壓大小）配合調整以保證系統氧量維持在控制范圍內。而這五層二次風的分配與布置會影響爐膛溫度（煤粉燃燒）、火焰中心位置以及氧量、汽溫等參數的變化等，同時由于不同配風工況對低氮燃燒中煤粉缺氧燃燒、燃盡效果等有重要影響，直接關系到NOx的調整。現保證在氧量維持在4.5%～5%時，調整燃盡風門上層開度40%，下層開度10%、鍋爐蒸發量350t/h、單制粉系統運行的情況下，通過四種不同的配風工況，即均等配風、正塔配風、倒塔配風、縮腰配風進行試驗。根據試驗數據所示，均等配風缺氧與燃盡作用分配不明顯，正塔配風屬于燃盡階段缺氧燃燒，同時飛灰可燃物含碳量高，火焰中心偏高易導致超溫過熱等現象產生，倒塔配風雖克服以上影響，卻使爐渣可燃物含碳量增高，都使經濟效率下降而根據低氮燃燒原理可知只有主燃燒區缺氧燃燒才可以得到比較好的效果。采用縮腰布置的配風方式由于中間部位缺氧效果比較明顯，NOx值可達到400 mg/Nm³為最小。

2.2 兩層燃盡風的分配

改造后燃燒系統布置兩層共8只燃盡風噴口，整個燃盡風噴口在燃燒器區上部相同的水冷壁角部位置開出燃盡風安裝口，燃盡風量占總空氣量中約為25 %～30 %，燃盡風噴口風速采用較高風速45 m/s，所有燃盡風噴口均可以垂直和水平方向擺動，各個燃盡風噴口的供風風道均由相對應的各角主二次風道引出分別向燃盡風噴口供風，保證供風阻力小，運行中燃盡風噴口風量均由各自獨立的風門擋板及電動執行器進行自動控制，電動執行器直接接入DCS系統，能夠實時對燃盡風風門開度進行控制。上下兩層燃盡風開度可根據燃盡情況、NOx排放、過熱器汽溫偏差等進行適當調整，同時燃盡風門開度比例也是調整NOx的主要手段。分別在對三種燃盡風開度大小進行實驗，效果都很顯著。兩層燃盡風開度應在滿足下層二次風開度一定的情況下，調整燃盡風開度直到最優效果。

2.3 鍋爐蒸發量

在燃盡風的開度、各層二次風的配比不變、雙側制粉系統運行的情況下，保證煤質穩定，開始逐漸降低鍋爐蒸發量，可發現NOx值隨之減小。

當達到額定蒸發量的70%～80%（即蒸發量300t/h以下）時，可逐漸交替關閉上下兩層燃盡風，以增加二次風量，直到退出低氮燃燒，NOx值仍滿足規范要求。但是當鍋爐蒸發量接近額定值時，容易出現超溫、結焦嚴重、風量不足、燃燒不充分等不利影響。故根據試驗曲線，鍋爐蒸發量的80%～90%即（320t/h～390t/h的蒸發量）為最適宜調節NOx值的蒸發量，同時NOx值也比較容易達到要求。

2.4 制粉系統的影響

試驗測定，在單制粉系統運行狀態、通過調整各種負荷工況，NOx排放值均能達到要求，測定值均低于400 mg/Nm³，然而在雙制粉系統運行的狀態下，NOx排放值偏高，均在考核值450 mg/Nm³上下波動。

3 改造后對燃燒的影響及改進措施

3.1燃燒波動較大

由于在最上層加裝燃盡風，拉長了燃燒過程，爐膛出口溫度高，容易產生超溫、爆管等不利影響。燃盡風和二次風的調配也影響了整個系統的燃燒情況。

改進措施為：（1）控制燃燒調節幅度，燃盡風門開度采用微調，盡量避免滿負荷或超負荷運行。（2）投入自動時，設定的“主汽壓力高跳給粉機”的值與“主汽壓力設定值”應保持一定的范圍，減少給粉機啟跳頻率，防止本來燃燒不穩的情況受到擾動更加變化劇烈。（3）適當降低屏式過熱器溫度，由于一級減溫器主要起到粗調作用，以維持屏式過熱器溫度不超溫，所以控制住屏式過熱器溫度有利于使主汽溫度保持穩定。并且加大打焦力度和降低火焰中心，使爐膛出口溫度不致過高。

3.2“低氧”燃燒與結焦情況矛盾加劇

加裝的兩層燃盡風是從各角二次風箱引出的，即二次風總門后分別供給五層二次風、燃盡風、周界風、側邊風。在總風量不變的情況下，開大燃盡風門，也就相應減少了一部分二次風，周界風的量更少，致使鍋爐火嘴附近、水冷壁結焦嚴重，對鍋爐的安全性也有很明顯的影響。所以應該在保證NOx的基礎上，盡量保持一定的二次風總門開度，使各層二次風和周界風發揮作用，控制結焦程度。在調整時應在考慮熱風壓力和氧量滿足的情況下進行調整。

3.3飛灰含碳量和爐渣可燃物量偏高

燃盡風的投運減少了主燃燒區域的氧量，缺氧燃燒致使大部分的煤粉尚未來得及燃盡就到達燃盡區，雖然在燃盡區補充了足夠的風，但煤粉顆粒在燃盡區的停留時間更短，加之該區域燃燒溫度較低，未燃盡的煤粉在燃盡區也不能完全燃盡，所以造成飛灰可燃物偏高;氧量的測點也距燃盡風較近，稍微開大燃盡風，對氧量、負壓的變化都比較明顯，而影響了對實際燃燒區域的氧量狀況的判斷。另外由于各二次風門開度較小，尤其爐內下層二次風量不足，造成爐渣可燃物偏高，這些都最終導致鍋爐效率降低。

4 結束語

天津某熱電廠#6爐經過低氮燃燒技術改造達到了國家排放標準，煙氣NOx含量由先前的650～700mg/Nm³以上，達到了單制粉系統啟動工況400 mg/Nm³以下，雙制粉系統啟動工況500 mg/Nm³以下的明顯成果。然而在保證燃燒穩定和安全的基礎上降低NOx值，仍是操作調整過程中的難點，需要通過實驗和調整中總結經驗、分析現象、剖析原因，使鍋爐經濟效率不斷提高。另外，可通過引進煙氣脫硝技術進一步降低NOx值，以達到《火電廠大氣污染物排放標準》中的要求。