低氮燃燒器在670T鍋爐上的運用探討

李巖波+孫軍峰+郭文江+陳學軍

摘要： 低氮燃燒器是一種新型環保燃燒器，可降低鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化物。本文針對漳澤發電分公司670T鍋爐進行低氮燃燒器改造后的運行情況、燃燒調整方法和出現的問題進行全面分析比較，并提出針對性運行調整措施，使鍋爐運行更加經濟與安全，達到環保排放要求。

Abstract： Low-NOX burner is a new kind of green burner， and it can reduce the nitrogen oxides produced during combustion of boiler. This paper analyzed the operating conditions， combustion adjustment methods and emerging problems of boiler 670T of Zhangze Power Generation Branch Company after transformation of low-NOX burner， and proposed targeted adjustment measures to achieve more economical and safe operation of boiler and meet environmental emissions requirements.

關鍵詞： 低氮燃燒器；一次風速；火焰中心

Key words： low-NOX burner；once wind speed；flame center

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0057-02

1 設備概況

漳澤發電分公司#3鍋爐為單汽包、自然循環、雙爐膛、超高壓中間再熱、固態排渣煤粉鍋爐。在爐膛左右兩側墻上13600mm和18100mm標高處分上下兩層布置16支旋流式煤粉噴燃器，每側8支，每層4支。在上層噴燃器以上的左右兩側墻20600mm標高處還對稱布置三次風噴燃器8支，每側墻各4支。燃燒器為雙蝸殼旋流式燃燒器，其一次風蝸殼內部加裝有特殊的內螺紋均流線，二次風結構為可調的軸向葉片，一、二次風旋轉方向相同，相鄰兩燃燒器旋轉方向相反。為適應環保排放要求，降低鍋爐煙氣中的NOX含量，達到環保排放標準，漳澤發電分公司#3爐于2013年12月至2014年1月利用B級檢修機會對該爐進行了燃燒設備的改造。

2 NOX生成機理與低氮燃燒技術

2.1 NOX生成機理 燃料燃燒所生成的NO主要來自兩方面：一是燃燒所用空氣中氮的氧化，即“熱力型NO”；二是燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解再氧化，即“燃料型NO”。另外還有“瞬發型NO”。

2.2 降低NOX的燃燒技術 ①降低主燃燒區域的氧氣濃度，當過量空氣系數а<1時，燃燒區處于富燃料燃燒狀態，這對減少NOX生成有明顯的效果。②在爐墻附近及爐膛上部增大氧氣濃度，進行過化學當量的富氧燃燒，避免水冷壁及過熱器的高溫腐蝕，同時促進煤粉的完全燃燒。

3 低氮燃燒器改造方案

3.1 燃燒器部分 為增加主燃燒區燃料濃度，實現分級燃燒，將標高為18100mm處的8只燃燒器整體下移1000mm，在豎直方向上與原燃燒器位置一一對應，下層燃燒器標高位置不變。將16只原燃燒器整體改造為LYSC-3型（非偏置型）低NOX燃燒器，一次風氣流通道內布置旋流葉片（弱旋）。二次風分為外二次風和內二次風兩部分送入爐膛，同時將三次風噴口下移，布置在上下噴燃器中間，將三次風流量的2/3送入爐膛，增加了主燃區的燃料濃度，使主燃區在富燃料狀態下燃燒，從而抑制NOX的生成。

3.2 燃盡風部分 為達到深化爐膛內空氣分級燃燒的目的，在兩側墻水冷壁標高為20700mm的位置處各布置4個內徑為722mm的燃盡風噴口，保證燃盡風噴口的通流面積不變。原三次風風量的1/3作為新布置的燃盡風噴口的中心部分，新增燃盡風的風率為20%，這樣，總的燃盡風風率達到27%。

3.3 三次風部分 在兩側墻水冷壁標高為16100mm的位置處增設8個內徑為506mm的三次風噴口，風量為原三次風風量的2/3。為了避免三次風氣流對主燃燒器的氣流造成影響，下移后的三次風噴口布置位置需考慮氣流相互影響。原三次風風量的1/3作為燃盡風（標高為20700mm）的中心風使用。

4 低氮燃燒器改造后出現的問題、原因分析及措施

4.1 運行中出現的問題 ①低負荷時再熱汽溫偏低，平均低于530℃。②鍋爐在加負荷時容易發生超溫現象，減溫水用量較大；③飛灰含碳量略有升高，由之前的平均4.5%升高至5.1%；④鍋爐效率有所降低，由之前的平均91.3%降至90.6%。

4.2 原因分析 ①低氮空氣分級燃燒技術改造之后，主燃區的溫度下降較多，爐內溫度分布更加均勻。水冷壁的沾污結渣情況會有很大改善，爐內水冷壁吸熱增強，爐膛出口煙溫下降，鍋爐的過熱汽溫、再熱汽溫下降，特別是在低負荷時更為明顯。②鍋爐在加負荷時，如果主燃燒區的風量不能及時送入，在燃料投自動的情況下，給粉機轉速會大幅升高，使主燃區的煤粉濃度升高很快，雖然一定程度上抑制了NOX的生成，但使得煤粉燃燒推遲，火焰中心明顯上移，致使爐膛出口煙溫升高，從而引起過熱汽溫升高甚至出現超溫現象。

4.3 運行措施 ①根據燃用煤種調整燃燒器各擋板位置：下層燃燒器：內二次風旋流葉片開度60度，內二次風蓋板開度100%，外二次風旋流葉片開度45度。上層燃燒器：內二次風旋流葉片開度60度，內二次風蓋板開度50%，外二次風旋流葉片開度45度。燃盡風：旋流葉片開度0度（直流），三次風冷卻風門開度20%。三次風全部切換至下層三次風火嘴。②高負荷時：氧量控制在3.5%-4.0%；下層燃燒器二次風門開度40～50%，上層二次風門開度25～35%，燃盡風門開度60%-100%。一次風調整：應根據風粉濃度變化情況，及時提高一次風速和一次風總風壓，確保一次風風粉濃度顯示均勻穩定。③低負荷時：燃燒調整以穩定燃燒為主，下層二次風門開度20-25%，上層二次風風門開度20%，燃盡風根據氧量情況適當關小，最小可關至15%，爐膛出口氧量維持在4～5%，最大不超5%。

5 結論

通過一段時間運行后，#3爐于2014年3月1日至3月15日進行了改造后的性能試驗，試驗要求在燃用實際煤種，機組660t/h、570t/h、500t/h負荷三個工況進行測試；測量NOX排放濃度、改造后的鍋爐效率、飛灰含碳量、CO排放濃度，并檢查爐膛以及燃燒器噴口附近的結焦情況。

通過表1、2可以看出：

5.1 鍋爐660t/h出力工況熱效率與設計值（91.831%、670 t/h）相比，提高約0.239個百分點。

5.2 鍋爐飛灰含碳量達到了本次燃燒器改造后“飛灰含碳量小于5%”的目標。

5.3 在鍋爐660t/h、570t/h、500t/h出力工況下，爐膛煙氣NOX含量（O2=6%，標基干態）分別為537mg/m3、541mg/m3、541mg/m3，達到保證值（省煤器出口鍋爐NOX排放值為不高于550mg/Nm3）；爐膛煙氣CO含量分別為37ppm、26ppm、34ppm，達到保證值（不大于100ppm）。

表1 不同負荷下鍋爐效率及主要參數表

■

表2 不同負荷下鍋爐排放值

■

6 結束語

通過此次改造，雖然鍋爐在剛運行初期出現一系列問題，但通過運行人員對改造設備的熟悉和燃燒方式及配風的合理調整后，使鍋爐運行更加安全、經濟、穩定，達到了改造初期要求，最重要的是大幅度降低了NOX排放，取得了明顯的環境效益，值得在分公司其它鍋爐上運用和推廣。

參考文獻：

[1]任建興，瞿曉敏，傅堅剛，等.火電廠氮氧化物的生成與控制[J].上海電力學院學報，2002，18（3）：19-23.

[2]張成恩.分級燃燒技術的應用[J].鍋爐技術，1998（6）.

[3]漳澤發電分公司#3爐性能試驗報告[R].endprint

摘要： 低氮燃燒器是一種新型環保燃燒器，可降低鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化物。本文針對漳澤發電分公司670T鍋爐進行低氮燃燒器改造后的運行情況、燃燒調整方法和出現的問題進行全面分析比較，并提出針對性運行調整措施，使鍋爐運行更加經濟與安全，達到環保排放要求。

Abstract： Low-NOX burner is a new kind of green burner， and it can reduce the nitrogen oxides produced during combustion of boiler. This paper analyzed the operating conditions， combustion adjustment methods and emerging problems of boiler 670T of Zhangze Power Generation Branch Company after transformation of low-NOX burner， and proposed targeted adjustment measures to achieve more economical and safe operation of boiler and meet environmental emissions requirements.

關鍵詞： 低氮燃燒器；一次風速；火焰中心

Key words： low-NOX burner；once wind speed；flame center

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0057-02

1 設備概況

漳澤發電分公司#3鍋爐為單汽包、自然循環、雙爐膛、超高壓中間再熱、固態排渣煤粉鍋爐。在爐膛左右兩側墻上13600mm和18100mm標高處分上下兩層布置16支旋流式煤粉噴燃器，每側8支，每層4支。在上層噴燃器以上的左右兩側墻20600mm標高處還對稱布置三次風噴燃器8支，每側墻各4支。燃燒器為雙蝸殼旋流式燃燒器，其一次風蝸殼內部加裝有特殊的內螺紋均流線，二次風結構為可調的軸向葉片，一、二次風旋轉方向相同，相鄰兩燃燒器旋轉方向相反。為適應環保排放要求，降低鍋爐煙氣中的NOX含量，達到環保排放標準，漳澤發電分公司#3爐于2013年12月至2014年1月利用B級檢修機會對該爐進行了燃燒設備的改造。

2 NOX生成機理與低氮燃燒技術

2.1 NOX生成機理 燃料燃燒所生成的NO主要來自兩方面：一是燃燒所用空氣中氮的氧化，即“熱力型NO”；二是燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解再氧化，即“燃料型NO”。另外還有“瞬發型NO”。

2.2 降低NOX的燃燒技術 ①降低主燃燒區域的氧氣濃度，當過量空氣系數а<1時，燃燒區處于富燃料燃燒狀態，這對減少NOX生成有明顯的效果。②在爐墻附近及爐膛上部增大氧氣濃度，進行過化學當量的富氧燃燒，避免水冷壁及過熱器的高溫腐蝕，同時促進煤粉的完全燃燒。

3 低氮燃燒器改造方案

3.1 燃燒器部分 為增加主燃燒區燃料濃度，實現分級燃燒，將標高為18100mm處的8只燃燒器整體下移1000mm，在豎直方向上與原燃燒器位置一一對應，下層燃燒器標高位置不變。將16只原燃燒器整體改造為LYSC-3型（非偏置型）低NOX燃燒器，一次風氣流通道內布置旋流葉片（弱旋）。二次風分為外二次風和內二次風兩部分送入爐膛，同時將三次風噴口下移，布置在上下噴燃器中間，將三次風流量的2/3送入爐膛，增加了主燃區的燃料濃度，使主燃區在富燃料狀態下燃燒，從而抑制NOX的生成。

3.2 燃盡風部分 為達到深化爐膛內空氣分級燃燒的目的，在兩側墻水冷壁標高為20700mm的位置處各布置4個內徑為722mm的燃盡風噴口，保證燃盡風噴口的通流面積不變。原三次風風量的1/3作為新布置的燃盡風噴口的中心部分，新增燃盡風的風率為20%，這樣，總的燃盡風風率達到27%。

3.3 三次風部分 在兩側墻水冷壁標高為16100mm的位置處增設8個內徑為506mm的三次風噴口，風量為原三次風風量的2/3。為了避免三次風氣流對主燃燒器的氣流造成影響，下移后的三次風噴口布置位置需考慮氣流相互影響。原三次風風量的1/3作為燃盡風（標高為20700mm）的中心風使用。

4 低氮燃燒器改造后出現的問題、原因分析及措施

4.1 運行中出現的問題 ①低負荷時再熱汽溫偏低，平均低于530℃。②鍋爐在加負荷時容易發生超溫現象，減溫水用量較大；③飛灰含碳量略有升高，由之前的平均4.5%升高至5.1%；④鍋爐效率有所降低，由之前的平均91.3%降至90.6%。

4.2 原因分析 ①低氮空氣分級燃燒技術改造之后，主燃區的溫度下降較多，爐內溫度分布更加均勻。水冷壁的沾污結渣情況會有很大改善，爐內水冷壁吸熱增強，爐膛出口煙溫下降，鍋爐的過熱汽溫、再熱汽溫下降，特別是在低負荷時更為明顯。②鍋爐在加負荷時，如果主燃燒區的風量不能及時送入，在燃料投自動的情況下，給粉機轉速會大幅升高，使主燃區的煤粉濃度升高很快，雖然一定程度上抑制了NOX的生成，但使得煤粉燃燒推遲，火焰中心明顯上移，致使爐膛出口煙溫升高，從而引起過熱汽溫升高甚至出現超溫現象。

4.3 運行措施 ①根據燃用煤種調整燃燒器各擋板位置：下層燃燒器：內二次風旋流葉片開度60度，內二次風蓋板開度100%，外二次風旋流葉片開度45度。上層燃燒器：內二次風旋流葉片開度60度，內二次風蓋板開度50%，外二次風旋流葉片開度45度。燃盡風：旋流葉片開度0度（直流），三次風冷卻風門開度20%。三次風全部切換至下層三次風火嘴。②高負荷時：氧量控制在3.5%-4.0%；下層燃燒器二次風門開度40～50%，上層二次風門開度25～35%，燃盡風門開度60%-100%。一次風調整：應根據風粉濃度變化情況，及時提高一次風速和一次風總風壓，確保一次風風粉濃度顯示均勻穩定。③低負荷時：燃燒調整以穩定燃燒為主，下層二次風門開度20-25%，上層二次風風門開度20%，燃盡風根據氧量情況適當關小，最小可關至15%，爐膛出口氧量維持在4～5%，最大不超5%。

5 結論

通過一段時間運行后，#3爐于2014年3月1日至3月15日進行了改造后的性能試驗，試驗要求在燃用實際煤種，機組660t/h、570t/h、500t/h負荷三個工況進行測試；測量NOX排放濃度、改造后的鍋爐效率、飛灰含碳量、CO排放濃度，并檢查爐膛以及燃燒器噴口附近的結焦情況。

通過表1、2可以看出：

5.1 鍋爐660t/h出力工況熱效率與設計值（91.831%、670 t/h）相比，提高約0.239個百分點。

5.2 鍋爐飛灰含碳量達到了本次燃燒器改造后“飛灰含碳量小于5%”的目標。

5.3 在鍋爐660t/h、570t/h、500t/h出力工況下，爐膛煙氣NOX含量（O2=6%，標基干態）分別為537mg/m3、541mg/m3、541mg/m3，達到保證值（省煤器出口鍋爐NOX排放值為不高于550mg/Nm3）；爐膛煙氣CO含量分別為37ppm、26ppm、34ppm，達到保證值（不大于100ppm）。

表1 不同負荷下鍋爐效率及主要參數表

■

表2 不同負荷下鍋爐排放值

■

6 結束語

通過此次改造，雖然鍋爐在剛運行初期出現一系列問題，但通過運行人員對改造設備的熟悉和燃燒方式及配風的合理調整后，使鍋爐運行更加安全、經濟、穩定，達到了改造初期要求，最重要的是大幅度降低了NOX排放，取得了明顯的環境效益，值得在分公司其它鍋爐上運用和推廣。

參考文獻：

[1]任建興，瞿曉敏，傅堅剛，等.火電廠氮氧化物的生成與控制[J].上海電力學院學報，2002，18（3）：19-23.

[2]張成恩.分級燃燒技術的應用[J].鍋爐技術，1998（6）.

[3]漳澤發電分公司#3爐性能試驗報告[R].endprint

摘要： 低氮燃燒器是一種新型環保燃燒器，可降低鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化物。本文針對漳澤發電分公司670T鍋爐進行低氮燃燒器改造后的運行情況、燃燒調整方法和出現的問題進行全面分析比較，并提出針對性運行調整措施，使鍋爐運行更加經濟與安全，達到環保排放要求。

Abstract： Low-NOX burner is a new kind of green burner， and it can reduce the nitrogen oxides produced during combustion of boiler. This paper analyzed the operating conditions， combustion adjustment methods and emerging problems of boiler 670T of Zhangze Power Generation Branch Company after transformation of low-NOX burner， and proposed targeted adjustment measures to achieve more economical and safe operation of boiler and meet environmental emissions requirements.

關鍵詞： 低氮燃燒器；一次風速；火焰中心

Key words： low-NOX burner；once wind speed；flame center

中圖分類號：TK227.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）25-0057-02

1 設備概況

漳澤發電分公司#3鍋爐為單汽包、自然循環、雙爐膛、超高壓中間再熱、固態排渣煤粉鍋爐。在爐膛左右兩側墻上13600mm和18100mm標高處分上下兩層布置16支旋流式煤粉噴燃器，每側8支，每層4支。在上層噴燃器以上的左右兩側墻20600mm標高處還對稱布置三次風噴燃器8支，每側墻各4支。燃燒器為雙蝸殼旋流式燃燒器，其一次風蝸殼內部加裝有特殊的內螺紋均流線，二次風結構為可調的軸向葉片，一、二次風旋轉方向相同，相鄰兩燃燒器旋轉方向相反。為適應環保排放要求，降低鍋爐煙氣中的NOX含量，達到環保排放標準，漳澤發電分公司#3爐于2013年12月至2014年1月利用B級檢修機會對該爐進行了燃燒設備的改造。

2 NOX生成機理與低氮燃燒技術

2.1 NOX生成機理 燃料燃燒所生成的NO主要來自兩方面：一是燃燒所用空氣中氮的氧化，即“熱力型NO”；二是燃料中所含氮化物在燃燒過程中熱分解再氧化，即“燃料型NO”。另外還有“瞬發型NO”。

2.2 降低NOX的燃燒技術 ①降低主燃燒區域的氧氣濃度，當過量空氣系數а<1時，燃燒區處于富燃料燃燒狀態，這對減少NOX生成有明顯的效果。②在爐墻附近及爐膛上部增大氧氣濃度，進行過化學當量的富氧燃燒，避免水冷壁及過熱器的高溫腐蝕，同時促進煤粉的完全燃燒。

3 低氮燃燒器改造方案

3.1 燃燒器部分 為增加主燃燒區燃料濃度，實現分級燃燒，將標高為18100mm處的8只燃燒器整體下移1000mm，在豎直方向上與原燃燒器位置一一對應，下層燃燒器標高位置不變。將16只原燃燒器整體改造為LYSC-3型（非偏置型）低NOX燃燒器，一次風氣流通道內布置旋流葉片（弱旋）。二次風分為外二次風和內二次風兩部分送入爐膛，同時將三次風噴口下移，布置在上下噴燃器中間，將三次風流量的2/3送入爐膛，增加了主燃區的燃料濃度，使主燃區在富燃料狀態下燃燒，從而抑制NOX的生成。

3.2 燃盡風部分 為達到深化爐膛內空氣分級燃燒的目的，在兩側墻水冷壁標高為20700mm的位置處各布置4個內徑為722mm的燃盡風噴口，保證燃盡風噴口的通流面積不變。原三次風風量的1/3作為新布置的燃盡風噴口的中心部分，新增燃盡風的風率為20%，這樣，總的燃盡風風率達到27%。

3.3 三次風部分 在兩側墻水冷壁標高為16100mm的位置處增設8個內徑為506mm的三次風噴口，風量為原三次風風量的2/3。為了避免三次風氣流對主燃燒器的氣流造成影響，下移后的三次風噴口布置位置需考慮氣流相互影響。原三次風風量的1/3作為燃盡風（標高為20700mm）的中心風使用。

4 低氮燃燒器改造后出現的問題、原因分析及措施

4.1 運行中出現的問題 ①低負荷時再熱汽溫偏低，平均低于530℃。②鍋爐在加負荷時容易發生超溫現象，減溫水用量較大；③飛灰含碳量略有升高，由之前的平均4.5%升高至5.1%；④鍋爐效率有所降低，由之前的平均91.3%降至90.6%。

4.2 原因分析 ①低氮空氣分級燃燒技術改造之后，主燃區的溫度下降較多，爐內溫度分布更加均勻。水冷壁的沾污結渣情況會有很大改善，爐內水冷壁吸熱增強，爐膛出口煙溫下降，鍋爐的過熱汽溫、再熱汽溫下降，特別是在低負荷時更為明顯。②鍋爐在加負荷時，如果主燃燒區的風量不能及時送入，在燃料投自動的情況下，給粉機轉速會大幅升高，使主燃區的煤粉濃度升高很快，雖然一定程度上抑制了NOX的生成，但使得煤粉燃燒推遲，火焰中心明顯上移，致使爐膛出口煙溫升高，從而引起過熱汽溫升高甚至出現超溫現象。

4.3 運行措施 ①根據燃用煤種調整燃燒器各擋板位置：下層燃燒器：內二次風旋流葉片開度60度，內二次風蓋板開度100%，外二次風旋流葉片開度45度。上層燃燒器：內二次風旋流葉片開度60度，內二次風蓋板開度50%，外二次風旋流葉片開度45度。燃盡風：旋流葉片開度0度（直流），三次風冷卻風門開度20%。三次風全部切換至下層三次風火嘴。②高負荷時：氧量控制在3.5%-4.0%；下層燃燒器二次風門開度40～50%，上層二次風門開度25～35%，燃盡風門開度60%-100%。一次風調整：應根據風粉濃度變化情況，及時提高一次風速和一次風總風壓，確保一次風風粉濃度顯示均勻穩定。③低負荷時：燃燒調整以穩定燃燒為主，下層二次風門開度20-25%，上層二次風風門開度20%，燃盡風根據氧量情況適當關小，最小可關至15%，爐膛出口氧量維持在4～5%，最大不超5%。

5 結論

通過一段時間運行后，#3爐于2014年3月1日至3月15日進行了改造后的性能試驗，試驗要求在燃用實際煤種，機組660t/h、570t/h、500t/h負荷三個工況進行測試；測量NOX排放濃度、改造后的鍋爐效率、飛灰含碳量、CO排放濃度，并檢查爐膛以及燃燒器噴口附近的結焦情況。

通過表1、2可以看出：

5.1 鍋爐660t/h出力工況熱效率與設計值（91.831%、670 t/h）相比，提高約0.239個百分點。

5.2 鍋爐飛灰含碳量達到了本次燃燒器改造后“飛灰含碳量小于5%”的目標。

5.3 在鍋爐660t/h、570t/h、500t/h出力工況下，爐膛煙氣NOX含量（O2=6%，標基干態）分別為537mg/m3、541mg/m3、541mg/m3，達到保證值（省煤器出口鍋爐NOX排放值為不高于550mg/Nm3）；爐膛煙氣CO含量分別為37ppm、26ppm、34ppm，達到保證值（不大于100ppm）。

表1 不同負荷下鍋爐效率及主要參數表

■

表2 不同負荷下鍋爐排放值

■

6 結束語

通過此次改造，雖然鍋爐在剛運行初期出現一系列問題，但通過運行人員對改造設備的熟悉和燃燒方式及配風的合理調整后，使鍋爐運行更加安全、經濟、穩定，達到了改造初期要求，最重要的是大幅度降低了NOX排放，取得了明顯的環境效益，值得在分公司其它鍋爐上運用和推廣。

參考文獻：

[1]任建興，瞿曉敏，傅堅剛，等.火電廠氮氧化物的生成與控制[J].上海電力學院學報，2002，18（3）：19-23.

[2]張成恩.分級燃燒技術的應用[J].鍋爐技術，1998（6）.

[3]漳澤發電分公司#3爐性能試驗報告[R].endprint