300MW鍋爐低NOx改造后的燃燒調整試驗研究

田文俊，楊　揚，李　煒

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.浙江浙能技術研究院有限公司，浙江杭州310003；3.杭州華電能源工程有限公司，浙江杭州310030）

300MW鍋爐低NOx改造后的燃燒調整試驗研究

田文俊1，楊揚2，李煒3

（1.華電電力科學研究院，浙江杭州310030；2.浙江浙能技術研究院有限公司，浙江杭州310003；3.杭州華電能源工程有限公司，浙江杭州310030）

某300MW燃煤鍋爐低NOx燃燒改造后，對其進行燃燒優化調整試驗。通過研究爐膛氧量、OFA風門開度和磨煤機組合方式對省煤器出口NOx排放濃度和鍋爐效率的影響，得到較為合理的運行方案：鍋爐在300MW負荷運行時，爐膛氧量控制在3.0%左右；OFA風門開度應在90%左右；建議采用BCDE磨煤機組合方式。

300MW燃煤鍋爐；燃燒調整；NOx；鍋爐效率

0　引言

燃煤會產生大量的污染物，氮氧化物是其中的主要污染物之一。NOx排入大氣會形成酸雨，生成光化學煙霧，危害人類健康［1］。國家環保部發布的《火電廠大氣污染物排放標準》［2］中規定，燃煤鍋爐的NOx排放限值是100 mg/m3。為了達到環保指標，某電廠300MW燃煤鍋爐對燃燒系統進行低氮改造，更換原有的燃燒器，同時增加燃盡風噴口。燃燒優化調整試驗作為提高鍋爐機組運行安全性和經濟性的手段之一，對實際的鍋爐運行起到了重要的指導作用［3］。本文基于燃燒調整試驗，研究爐膛氧量、OFA風門開度和磨煤機組合方式對NOx排放濃度和鍋爐效率的影響，得到較為合理的運行方案，以保證改造后的鍋爐具有良好的經濟性、安全性和較低的NOx排放指標。

1　設備概況

某電廠300MW鍋爐型號為B&WB-1025/17.5-M，亞臨界，單爐膛，一次中間再熱，采用前后墻對沖燃燒方式，平衡通風，露天布置，全鋼架懸吊結構，固態排渣∏型爐。鍋爐設計煤種為淮南煙煤，校核煤種為大同優混煤。鍋爐BMCR蒸發量1025t/h，額定蒸汽壓力17.5MPa，額定蒸汽溫度541℃，再熱蒸汽溫度541℃，額定工況下鍋爐效率為93.244%。鍋爐配5臺MPS-ZGM95N型磨煤機，共有20只DRB-XCL型雙調風旋流燃燒器。

為了降低NOx排放濃度，電廠于2013年10～12月份A修期間對燃燒系統進行低氮改造。改造更換原有20只雙調風燃燒器，采用DRB-4ZTM（A/B層）和AIREJETTM（C/D/E層）新型低NOx旋流燃燒器，在前后墻燃燒器上方各增加4個燃盡風（OFA）噴口，以實現分級燃燒。改造后的前后墻燃燒器布置如圖1和圖2所示。

圖1　前墻燃燒器布置示意圖

圖2　后墻燃燒器布置示意圖

2　燃燒調整試驗結果及分析

鍋爐低氮改造后，需要對燃燒系統進行優化調整。本次燃燒調整試驗選取電廠的常用煤種優混煤作為研究對象，研究爐膛氧量、OFA風門開度和磨煤機組合方式對鍋爐省煤器出口的NOx排放濃度、鍋爐效率和飛灰含碳量的影響。

2.1爐膛氧量的影響

試驗在機組負荷300MW時，投運電廠常用的磨煤機組合方式ABCD四臺磨，維持其他參數不變，調整省煤器出口氧量分別為2.0%、2.5%、3.0%和3.5%，爐膛氧量變化對省煤器出口NOx排放濃度（折算到6%O2）的影響如圖3所示。隨著氧量的增加，NOx濃度逐漸增大，氧量2.0%時，NOx濃度只有249.5mg/m3，當氧量增大到3.5%時，NOx達到288 mg/m3，可見氧量對NOx濃度影響較明顯，這是由于氧量增加促進了燃料型NOx的生成［4］。

爐膛氧量對鍋爐效率和飛灰含碳量的影響如圖4所示。圖中飛灰含碳量隨著氧量的增大總體上呈下降趨勢，特別是當氧量在2.0%～2.5%區間，下降趨勢較明顯，氧量為2.0%時，飛灰含碳量為4.02%，當氧量增大到2.5%時，飛灰含碳量降低到2.89%。鍋爐效率隨著氧量的增加先增大后減小，在氧量為3.0%時達到最大值。其原因可能是氧量增加促進未燃盡碳的燃燒，降低了不完全燃燒熱損失，從而提高了鍋爐效率；但是氧量的進一步增加又會增加排煙損失，導致鍋爐效率降低，在3.0%氧量時達到最大值。實際運行中，為了滿足環保要求，爐側應控制NOx排放濃度小于300mg/m3。在環保達標的前提下，鍋爐效率增加可以提高整個電廠的經濟性，因而建議鍋爐在300MW負荷運行時，氧量控制在3.0%左右。

2.2OFA風門開度的影響

空氣分級燃燒技術是目前降低爐內NOx生成濃度的有效措施之一，而燃盡風占總風量的份額影響空氣分級的效果［5］。燃盡風份額大，可以有效降低NOx的生成濃度［6］。試驗在300MW負荷下，投運ABCD四臺磨，維持爐膛氧量3.0%，通過調整OFA風門開度分別為30%、60%和90%，研究OFA風門開度改變對鍋爐省煤器出口NOx排放濃度、飛灰含碳量和鍋爐效率的影響，影響結果如圖5和圖6所示。

圖3　300MW負荷下氧量調整對NOx濃度的影響

圖4　300MW負荷下氧量調整對鍋爐效率和飛灰含碳量的影響

圖5　燃盡風風門開度對NOx濃度的影響

圖6　燃盡風風門開度對鍋爐效率和飛灰含碳量的影響

圖5表明，隨著OFA風門開度的增加，NOx濃度逐漸下降，OFA風門開度從30%增加到90%，鍋爐NOx排放濃度降低了85mg/m3，說明OFA風門開度的大小對NOx有較顯著的影響。從圖6可知，OFA風門開度增加，飛灰含碳量呈上升趨勢，這是由于在總風量不變的前提下，增大燃盡風量會使爐膛下部的燃燒器區域缺氧而導致燃燒不充分［7］，因而鍋爐效率有所降低，OFA風門開度從30%增加到90%，鍋爐效率下降了0.6%。雖然增加OFA風門開度會使鍋爐效率略有所降低，但為了滿足環保要求，建議OFA風開度為90%。

2.3磨煤機組合方式的影響

試驗在300MW負荷、氧量3.0%、OFA風門開度為90%時調整磨煤機組合方式分別為ABCD、ABDE和BCDE，通過調整磨煤機組合方式改變燃燒器投運組合，從而改變煤粉噴入爐膛的位置，每臺磨對應的燃燒器層如圖1和圖2所示。

圖7　磨煤機組合方式對NOx濃度的影響

圖8　磨煤機組合方式對鍋爐效率和飛灰含碳量的影響

圖7為磨煤機組合方式對鍋爐NOx排放濃度的影響，從圖中可以看出，投運ABDE四臺磨時的NOx排放濃度最低，由于ABDE四臺磨對應最下面四層燃燒器，相當于增加了燃盡風與燃燒器之間的距離，煤粉在爐膛內要經歷較長一段距離的欠氧區域，因而降低了NOx的生成［8］。圖8為磨煤機組合方式對鍋爐效率和飛灰含碳量的影響，從圖中可知，投運BCDE四臺磨時的鍋爐效率最高，而投運ABDE四臺磨時的鍋爐效率最低，這是由于欠氧燃燒區域增加造成的煤粉燃燒不完全，導致飛灰含碳量增大，從而降低了鍋爐效率。在滿足環保要求的前提下，主要考慮鍋爐效率，BCDE對應的鍋爐效率最高，同時NOx排放濃度較低，因而建議運行中采用BCDE磨的運行方式。

3　結語

通過對低氮改造后的鍋爐進行燃燒優化調整試驗，得到較合理的運行方式，使鍋爐省煤器NOx排放濃度、飛灰含碳量、鍋爐效率等參數均在較理想的范圍內，具體結果如下：

（1）選取2.0%、2.5%、3.0%和3.5%四個爐膛氧量作為研究，結果表明隨著爐膛氧量的增加，NOx濃度逐漸增大，鍋爐效率隨著氧量的增加先增大后減小，在氧量為3.0%時達到最大值。建議鍋爐在300MW負荷運行時，氧量控制在3.0%左右。

（2）調整OFA風門開度分別為30%、60%和90%，隨著OFA風門開度的增加，NOx濃度下降較明顯，鍋爐效率略有所降低。為了滿足環保要求，建議OFA風開度為90%。

（3）改變磨煤機組合方式分別為ABCD、ABDE和BCDE，研究磨組變化對NOx排放濃度和鍋爐效率的影響。結果表明投運BCDE四臺磨時的鍋爐效率最高，同時NOx排放濃度較低，綜合考慮，建議采用BCDE磨的運行方式。

［1］黃詩堅.NOx的危害及其排放控制［J］.電力環境保護，2004，20（1）：24，25.

［2］GB 13223-2011，火電廠大氣污染物排放標準［S］.

［3］孫云.300MW燃煤鍋爐優化燃燒調整試驗研究［J］.電站系統工程，2012，28（3）：38～40.

［4］岑可法，姚強，駱仲泱，等.高等燃燒學［M］.杭州：浙江大學出版社，2002.571～589.

［5］鄭海紅，王冉陽，任建興.空氣分級燃燒降低燃煤電站鍋爐NOx生成的技術分析［J］.上海電力學院學報，2006，22（1）：29～32.

［6］高正陽，崔偉春，楊毅櫟，等.燃盡風率變化對電站鍋爐NOx排放特性影響的數值模擬［J］.華北電力大學學報，2009，36（1）：64～68.

［7］肖海平，張千，王磊，等.燃燒調整對NOx排放及鍋爐效率的影響［J］.中國電機工程學報，2011，31（8）：1～6.

［8］張惠娟，宋洪鵬，惠世恩.四角切圓空氣分級燃燒技術及應用［J］.熱能動力工程，2003，18（3）：224～228.

Experimental Study on Combustion Adjustment of a 300MW Boiler after Low-NOx Retrofit

TIAN Wen-jun1，YANG Yang2，LI Wei3
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Zhejiang Energy Group Research and Development Co.，Ltd，Hangzhou 310003，China；3.Hangzhou Huadian Energy Engineering Co.，Ltd，Hangzhou 310030，China）

The combustion optimization adjustment experiments were performed on a 300MW coal-fired boiler after low-NOx combustion retrofit.By studying on the effects of furnace oxygen amount，OFA damper opening degree and mill combination on NOx emissions of economizer outlet and boiler efficiency，the reasonable running modes are found：furnace oxygen amount should be controlled in about 3.0%when the boiler load is 300MW；OFA throttle opening degree is preferably in about 90%；BCDE mill combination mode is suggested.

300MW coal-fired boiler；combustion adjustment；NOx；boiler efficiency

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.006

TK227

B

2095-3429（2015）04-0021-04

2015-07-10

修回日期：2015-08-13

田文俊（1988-），男，山東人，本科，助理工程師，從事火電廠汽輪機及熱力系統工作；

楊揚（1988-），女，山西大同人，研究生，助理工程師，從事鍋爐燃燒調整工作；

李煒（1988-），男，河南人，本科，助理工程師，從事火電廠汽輪機及熱力系統工作。