低氮燃燒技術在300MW發電機組的應用

張寶國， 李明尚， 馮仁海

（十里泉電廠，山東棗莊2771 03）

0 引言

隨著現代工業生產的發展以及生活水平的提高，全球環境污染日趨被重視，尤其是氮氧化物的大氣污染問題，人們發現：人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度NOX有關系，而且其危害性比人們原先設想的要大得多。因此，伴隨著脫硫技術的日趨成熟，針對降低排放煙氣中氮氧化物濃度人們也開始了防治技術的研究和開發。中國華電國際十里泉發電廠對#6鍋爐燃燒系統進行了垂直空間大尺度分級燃燒布置改造，實現低氮燃燒，以達到降低氮氧化物排放的標準。

1 機組概況

十里泉發電廠2×330 MW機組四期工程6號鍋爐為哈爾濱鍋爐廠制造[1]，采用了美國C E燃燒工程公司的引進技術，型號HG-1021/18.2-YM 9型。鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、自然循環鍋爐，燃料為煙煤。該鍋爐為單爐膛、平衡通風、四角切圓燃燒方式，過熱汽采用兩級噴水調溫、再熱汽采用擺動噴燃器調溫，異常情況采用事故噴水減溫。

該爐寬14048 mm、深度1185 8 mm。頂棚標高6074 0 mm，A層（最下一層）一次風煤粉燃燒器中心線距離冷灰斗拐角4753 mm，F層（最上一層）一次風煤粉燃燒器中心線距離分隔屏屏底2091 8 mm。爐膛由Φ63.5×7.2膜式水冷壁組成。

該爐采用鋼球磨中儲倉乏氣送粉系統，原煤由煤倉下來進入球磨機，由空氣預熱器來的熱風做為干燥劑與原煤一起進入磨煤機，磨煤機磨制成的煤粉經過粗粉分離器。絕大多數在旋風分離器中被分離出來，并進入煤粉倉，乏氣由通過排粉機把煤粉送入爐膛，不合格的煤粉在重返回磨煤機再次碾碎。配有4臺型號為DTM 350/600的筒式鋼球磨煤機，磨煤機最大出力為45.88 t/h，磨煤機最大出力儲備系數1.275，煤粉細度R 90≤23%，設計燃煤為煙煤，點火、助燃用油為#0輕柴油。

1.1 鍋爐主要技術參數

見表1。

1.2 鍋爐燃煤情況

鍋爐燃用棗莊當地煤種為主。2011年1～8月的實際入爐煤分析結果匯總見表2。從表中可以看出，煤成分較為穩定。

表1300 MW機組鍋爐設計參數

在燃用該煤種的條件下，鍋爐效率為90%～92%，均低于鍋爐B M C R工況設計值92.16%；NO x排放濃度為530～690 mg/m3，遠高于次煙煤的NO x排放濃度400 mg/m3。

表2 入爐煤種成分匯總

1.3 改造前燃燒器布置

采用正四角布置的切向擺動式燃燒器，在爐膛四角布置了煤粉燃燒器（垂直濃淡分離WR燃燒器結構）共24只，每角6只；布置油燃燒器12只，每角3只；其中每角布置2個燃燼風室，一個上端風室、一個下端風室、兩個中間空氣風室，一次風噴嘴可以上下擺動各27°，二次風及油噴嘴可作上下各30°的擺動，頂部燃燼風室可以作向上25°、向下5°的擺動，以此來改變燃燒中心區的位置，調節爐膛內各輻射受熱面的吸熱量，從而調節再熱氣溫。由于燃燒器擺動機構可靠性差，目前已經停用，各燃燒器、風嘴及油噴嘴全部水平固定。在2010年大修中，將原設計燃燒器兩個假想切圓直徑（＃2、＃4角為Φ1041.2，＃1、＃3角為Φ1047）分別調小到Φ850和Φ900，同時安裝了一套側邊風系統防止水冷壁高溫腐蝕。

圖1 爐膛區域分布及水平截面示意圖

圖2 改造前、后燃燒器結構對比圖a）改造前 b）改造后

2 燃燒系統改造

（1）在距離最上層一次風燃燒器中心線約5.5 m位置處布置4層剛性預置反切10°的SOFA分離式燃盡風，增加大空間垂直分離的SOFA燃燒裝置（噴嘴、燃盡風角風箱、風門、大風箱、風道及擺動機構），占燃燒總風量的30%左右，以強化未燃盡煤粉的富氧燃燒，提高煤粉燃盡率以及降低CO含量，同時極大地減少進入爐膛上部及水平煙道的煙溫偏差，消除鍋爐兩側汽溫偏差。這樣在爐膛的縱向空間尺度上，將燃燒系統改造為主燃燒區和上部燃盡區，中間為大空間的NO x還原區。改造工作會涉及到標高3197 0位置處的腰箍梁的改造，及以此標高線為中心，總高為4.6 m左右的水冷壁的更換。引燃盡風風道過程中，原有的樓梯平臺需要根據現場情況進行改造。如圖2所示。

（2）將原設計的一次風煤粉燃燒器全部改為帶對置丘體高效濃淡分離裝置的水平濃淡煤粉燃燒器（濃淡比為8∶2，如圖3所示。），同時濃一次風煤粉射流大反切逆向進入，爐膛向火面，在強化爐膛下部主燃燒區域煤粉的著火穩燃能力的基礎上，極大地降低NO x的生成，同時防止煤粉噴嘴鈍體的磨損。最下層更換最新技術的小油槍煤粉燃燒器。

（3）在主燃燒器區域，采用水平濃淡分離一次風的“風包粉”技術和淡側大周界風技術，使得在靠近水冷壁區域形成具有較低溫度、較低CO濃度、低粉、高氧的水冷壁壁面防結渣及高溫腐蝕區。

圖3 水平濃淡煤粉燃燒器結構圖

（4）采用不增加熱風道阻力的燃盡風風道設計，在熱風道末端合適的位置開孔引出燃盡風風道，將二次風未進入主燃燒器大風箱之前直接引至燃盡風大風箱（如圖4所示），并且加裝導流板，這樣可不增加二次風的阻力，從而不增加廠用電，且保證了足夠的SOFA配風及主燃燒器配風要求。

圖4 二次風系統示意圖

3 低氮燃燒運行調節[3]

進行低氮燃燒調整、降低煙氣NOX濃度時，應在確保機組安全、穩定和經濟運行的條件下進行，確保各運行參數不得發生越限現象。

（1）盡量減少鍋爐主燃區的運行氧量值，實現合理配風。關小運行燃燒器周界風控制擋板開度，開度一般保持在20%～15%左右，如給粉機轉速增加時，應適當開大對應周界風風擋板開度。

（2）及時關閉停運燃燒器對應的一次風擋板門；維持排粉機出口風壓在4.0～4.5 kPa。

（3）機組負荷在190 MW以下時，應開大上部兩層SOFA擋板開度在80%～90%左右，下部兩層SOFA擋板開度維持在40%～50%左右；同時維持原有兩層OFA燃盡風擋板開度在40%以上（隨機組負降低而逐漸開大）。機組負荷在190 MW以上時，維持四層SOFA擋板開度在80%～90%左右，也可以保持上部兩層開度稍大于下部兩層擋板的開度；同時維持原有兩層OFA燃盡風擋板開度在20%以下或全部關閉（隨機組負荷增加而逐漸關小），調整時還應參照屏過出口兩側煙溫偏差不大50℃。正常調整過程應緩慢進行，注意對主、再熱蒸汽溫度影響。

（4）正常運行中全開最下層A A層二次風擋板開度。

（5）機組在高負荷運行期間（一般大于200 MW），應盡可能降低爐膛送風量，維持較低氧量值運行（一般不得低于2.5%），但一定要確保鍋爐燃燒穩定。若因機組快速增帶負荷使給粉機轉速大幅增加時，應適當開大對應二次風擋板開度，防止主燃區因煤粉過多、嚴重缺風造成鍋爐滅火。只有在給粉機轉速相對穩定時，再適當關小二次風擋板開度。

（6）通過3月份試驗發現，二次風配風方式采取“收腰”型時，對降低煙氣NOX濃度效果最佳。所以在對二次風進行調整時，應可能按照該方式進行，即保持最上部和最下部二次風擋板開度大于中間部位的二次風擋板開度。

（7）降低煙氣NOX濃度必然會導致鍋爐效率下降，日常調整中，只要控制NOX濃度在要求范圍內即可，不要將NOX濃度控制的太低，此時可以適當關小SOFA風，開大二次風，提高鍋爐燃燒效率。

（8）在主、再熱汽溫等條件允許的情況下，盡可能投入下層燃燒器運行，使火焰中心下移，爐膛中心溫度降低，有助于減少NOX生成；同時使燃燒區與SOFA之間的還原區域延長，有助于NOX被還原。

4 改造結果

（1）鍋爐空預器后煙氣中氮氧化物濃度如圖5所示。改造后氮氧化物排放濃度均低于300 mg/m3，較修前明顯降低。

圖5 干燥前、后氮氧化物濃度對比圖

（2）鍋爐效率如圖6所示。效率提高了1.44%，鍋爐效率明顯提高，且均高于鍋爐B M C R工況設計值92.16%。

5 結語

圖6 改造前、后鍋爐效率對比圖

對比修前修后效率可知：320 MW工況鍋爐效率提高了1.54%，300 MW工況鍋爐效率提高了2.17%，270 MW工況鍋爐效率提高了1.85%，240 MW工況鍋爐

綜上所述，此次技術改造使機組煙氣中的氮氧化物濃度得到了大幅度降低，達到了國家環保排放標準的要求。同時，鍋爐效率也得到了較好的提升，大大提高了機組運行的經濟性，實現了節能減排的目的。

[1]Q W/04.17.00.0101-2013.330 MW機組集控運行規程[S].

[2]鄭體寬.熱力發電廠[M].2版.北京：中國電力出版社，2008.

[3]容鑾恩，袁鎮福.電站鍋爐原理[M].北京：中國電力出版社，1997.

[4]林萬超.火電廠熱經濟系統節能理論[M].西安：西安交通大學出版社，1994.