#5鍋爐NOx排放濃度調(diào)整分析

張清

摘要：為響應(yīng)國(guó)家“節(jié)能減排”的號(hào)召，深圳媽灣電力有限公司對(duì)#5機(jī)組320MW鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了改造，改造效果顯著。文章通過對(duì)NOx產(chǎn)生的機(jī)理、#5爐的鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)、鍋爐燃燒工況變化對(duì)NOx生成的影響等方面的研究，有針對(duì)性地提出了控制NOx排放濃度的措施。

關(guān)鍵詞：鍋爐排放；NOx；排放濃度；噴燃器擺角；爐膛氧量

中圖分類號(hào)：TK227 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）15-0041-03

根據(jù)廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《大氣污染物排放限值》（DB44/612-2009）中關(guān)于NOx排放濃度排放標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，公司于2011年對(duì)#5鍋爐進(jìn)行低NOx燃燒技術(shù)改造。要求改造后鍋爐出力維持不變的前提下，使NOx排放濃度低于300mg/Nm3。

#5爐采取的相關(guān)措施主要為采用低NOx燃燒系統(tǒng)控制燃料型及熱力型NOx的生成。

1 低NOx燃燒器結(jié)構(gòu)

1.1 縱向三區(qū)分布

降低NOx排放量的主要手段是把高位SOFA燃盡風(fēng)布置在主燃燒器區(qū)的上部，使其風(fēng)量占總風(fēng)量的約20%～26%，燃盡風(fēng)的噴口的擺動(dòng)方向可為左右上下。在主燃燒器區(qū)域內(nèi)對(duì)一二次風(fēng)噴口進(jìn)行重新組合及濃淡分布措施。降低NOx及維持高效運(yùn)行的關(guān)鍵是通過對(duì)縱向過量空氣系數(shù)分布控制，從下到上分別為氧化燃燒區(qū)、集中還原區(qū)、燃盡區(qū)。

1.2 橫向雙區(qū)分布

在調(diào)整爐內(nèi)的一次、二次風(fēng)切圓后，可將貼壁風(fēng)噴口布置在適當(dāng)?shù)奈恢茫@樣，在爐膛截面，可得到的中心區(qū)數(shù)量為三，且特性差異明顯。想要將氧氣留置在避免，貼壁風(fēng)便可實(shí)現(xiàn)。可避免高溫腐蝕與結(jié)渣，注射流方向也不會(huì)變動(dòng)。#5鍋爐燃燒器多應(yīng)用一次風(fēng)反切小切圓，小切圓由二次風(fēng)一、三角布置，二次風(fēng)二四角正切大切圓布置；一三角對(duì)沖在燃盡風(fēng)運(yùn)用，大切圓由二四角布置。一次風(fēng)反切使一次風(fēng)氣流逆向沖進(jìn)上游來(lái)的高溫空氣，使煤粉在此區(qū)域內(nèi)遲滯濃縮，提早析出揮發(fā)分著火燃燒，對(duì)穩(wěn)燃及燃盡相當(dāng)有利。

1.3 一次風(fēng)采用空間濃淡分布技術(shù)

在組合布置一次風(fēng)空間濃淡時(shí)，燃燒器多為濃淡型，濃淡的分離多用擋塊以及彎頭實(shí)現(xiàn)。根據(jù)高度方向不同，組別有上三層以及下三層，各組有不同的功能。上濃下淡是第二次、最下層的方式，下濃上淡在第三層使用。這樣，空間分布組合的濃淡高穩(wěn)燃特點(diǎn)在最下層實(shí)現(xiàn)，在該區(qū)域，燃燒的基本需要可通過過量空氣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)鍋爐爐膛的溫度水平也被確定。上濃下淡適用于第四層，而下濃上淡則適用于剩下的兩側(cè)。所以，新式濃淡分布便在第三層實(shí)現(xiàn)，在以上兩層的新的濃淡模式，確保下部集中了煤粉，有利于著火以及盡燃。在作業(yè)時(shí)，可對(duì)空氣過量系數(shù)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，將溫度逐步的提升。

1.4 高位燃盡風(fēng)布置

在現(xiàn)實(shí)中，因通常在高位安設(shè)燃盡風(fēng)，最少存在超過5m的層間距離。在設(shè)計(jì)燃風(fēng)時(shí)，以三層為妙，但現(xiàn)實(shí)中通常是四層，在組合搭配各層次后，實(shí)現(xiàn)燃盡位置的最優(yōu)組合。可設(shè)置為左右上下?lián)u擺的燃盡風(fēng)，運(yùn)行時(shí)通過噴口擺動(dòng)來(lái)調(diào)整區(qū)域內(nèi)的過量空氣系數(shù)，確保實(shí)現(xiàn)最好的燃盡效果。

1.5 確保有足夠的還原及燃盡高度

一次風(fēng)整組下移，增加了還原區(qū)及燃盡高度。在實(shí)際應(yīng)用中燃盡高度得以保持，要盡量避免燃燒器拉開而燃盡高度不夠而引起飛灰升高效率下降。

2 #5爐NOx排放濃度的狀況及運(yùn)行調(diào)整

#5鍋爐NOx排放濃度雖然不高，但是遇到煤種比較差或者不當(dāng)調(diào)整時(shí)，NOx排放濃度也有可能超過300mg/Nm3，這就需要我們及時(shí)準(zhǔn)確地作出調(diào)整。

下面就鍋爐負(fù)荷、噴燃器擺角、輔助風(fēng)門開度以及煤種與NOx排放濃度之間的變化趨勢(shì)等七個(gè)方面來(lái)探討。

2.1 機(jī)組負(fù)荷與NOx排放濃度的變化趨勢(shì)

由表1可以看出，在不斷升高鍋爐負(fù)荷后，NOx的濃度會(huì)下降。因?yàn)椋岣咤仩t的負(fù)荷，將出現(xiàn)氧量逐漸降低，導(dǎo)致了無(wú)法生成熱力型以及燃料型NOx；另外，在鍋爐內(nèi)部燃量溫度提升基礎(chǔ)上，那么熱力型、燃料型的NOx將會(huì)產(chǎn)生。由于氧量減少引起的NOx的減少量大于溫度提高引起的NOx增加量，所以總體趨勢(shì)NOx排放濃度還是呈下降趨勢(shì)。因此，在實(shí)際工作中要盡量保證鍋爐的負(fù)荷率，這樣才能使NOx排放量處于一個(gè)較低水平。

2.2 噴燃器擺角與NOx排放濃度的變化趨勢(shì)

由上表可以看出，NOx的排放濃度是隨著燃燒器擺角向上擺動(dòng)而不斷上升，主要是因?yàn)槿急M風(fēng)剛性減弱，使它與燃燒產(chǎn)物的混合效果變差，使得NOx排放量上升了。由于燃燒器向下擺動(dòng)對(duì)NOx排放量影響不大，所以盡可能保證擺角在較低位置運(yùn)行。

2.3 爐膛氧量與NOx排放濃度的變化趨勢(shì)

爐膛內(nèi)的含氧量對(duì)燃料型NOx和熱力型NOx都有影響。燃料型NOx隨爐膛氧量呈單調(diào)上升趨勢(shì)，而熱力型NOx隨過量空氣系數(shù)呈拋物線變化趨勢(shì)。氧量的降低最直接的效果是燃燒區(qū)的富燃料燃燒，也就是缺氧燃燒，造成燃料型NOx的生成降低。實(shí)際表明爐膛氧量越低NOx排放就越少。因此，為了降低總NOx的排放量，采取降低過量空氣系數(shù)的方法來(lái)組織燃燒。

2.4 輔助風(fēng)門與NOx排放濃度的關(guān)系

目前，公司運(yùn)行部對(duì)#5爐輔助風(fēng)風(fēng)門及燃盡風(fēng)風(fēng)門配風(fēng)方式有要求，如表4所示。

OFK和OFL風(fēng)門是可以調(diào)整的，當(dāng)NOx排放濃度高時(shí)，可以開大OFK和OFL風(fēng)門來(lái)降低NOx。改變?nèi)紵魃喜咳紶a風(fēng)開度，對(duì)NOx排放量影響很大。打開燃燒器上部OFH燃盡風(fēng)和OFI燃盡風(fēng)實(shí)際上起到了分級(jí)燃燒的作用，使得底部風(fēng)量減少，頂部風(fēng)量增多，中心燃燒區(qū)域缺氧燃燒，造成還原性氛圍，NOx的排放顯著降低。改變二次風(fēng)的配比，特別是底部AA輔助風(fēng)開度減少，對(duì)NOx排放也有顯著降低作用。運(yùn)行中保證頂部燃盡風(fēng)的開度和底部AA輔助風(fēng)的開度，能有效降低NOx的排放。

2.5 煤種與NOx排放濃度的關(guān)系

#5鍋爐常用煤種有平混煤、伊泰煤、神華煤，進(jìn)口澳煤、俄羅斯煤、印尼煤等，含氮量揮發(fā)分變化很大，因此，NOx排放量的變化在很大程度上是由煤質(zhì)變化引起的。實(shí)際應(yīng)用中表明印尼煤和俄羅斯煤能得到較好的NOx排放效果。對(duì)于#5爐的入爐煤種要嚴(yán)格控制，才能使NOx排放較低。揮發(fā)分比較低的煤種有：大友煤、平3煤，特別是平3煤會(huì)使NOx排放濃度升高，如果一定要燒此煤種，建議配在下層制粉系統(tǒng)。

2.6 制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式對(duì)NOx排放的影響

#5爐采用六套制粉系統(tǒng)，正常時(shí)5臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用的方式，底部5臺(tái)制粉系統(tǒng)運(yùn)行能降低火焰中心高度，延長(zhǎng)煤粉氣流在爐內(nèi)的燃燒時(shí)間，可以抑制NOx的生成，對(duì)NOx排放有積極作用，由于下層磨煤機(jī)組合運(yùn)行時(shí)所引起的高溫區(qū)域延爐膛高度方向比上層磨煤機(jī)組合運(yùn)行時(shí)較短，所以其熱力型NOx的生成量要比上層磨煤機(jī)組合運(yùn)行方式的少。因此，第一，盡量保證連續(xù)磨運(yùn)行，不要隔層運(yùn)行，保證火焰的集中度；第二，盡量保證下層磨運(yùn)行，使煤粉有一個(gè)足夠的燃燒高度，而且下層煤粉量相對(duì)于上層分配上要合理運(yùn)用。

2.7 磨煤機(jī)進(jìn)口風(fēng)量的影響

實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，增加運(yùn)行磨煤機(jī)一次風(fēng)量，二次風(fēng)速相應(yīng)比較低，剛性也比較弱，二次風(fēng)很快就與一次風(fēng)混合，在煤燃燒初始階段，大部分的揮發(fā)分氮隨煤中其他揮發(fā)物一起釋放出來(lái)，形成中間產(chǎn)物，而中間產(chǎn)物會(huì)進(jìn)一步氧化成NOx，使NOx排放量增大，排放濃度也會(huì)增加。為此，在作業(yè)時(shí)，磨煤機(jī)的進(jìn)口風(fēng)量要參考磨煤機(jī)符合做設(shè)計(jì)，對(duì)風(fēng)煤比做調(diào)整后，考慮燃料性質(zhì)，在保證燃燒安全經(jīng)濟(jì)的同時(shí)降低NOx的排放水平。

3 結(jié)語(yǔ)

#5鍋爐NOx排放濃度主要從機(jī)組負(fù)荷、噴燃器擺角、爐膛氧量、輔助風(fēng)門、煤種、制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式以及制粉系統(tǒng)的運(yùn)行方式幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行調(diào)整，使排放濃度負(fù)荷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)踐證明，只要按照上述方法進(jìn)行調(diào)整，#5爐的NOx排放濃度完全可以控制在300mg/Nm3

以下。

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