淺談600 MW亞臨界燃煤機組鍋爐低氮燃燒器的改造

白學云

摘 ?要：為降低脫硝SCR的運行費用，某公司對6號機組鍋爐燃燒器進行改造，目前某公司6號爐的NOX排放濃度通常在580 mg/Nm3左右，改造后的燃燒器將會降低燃煤在爐膛爐膛燃燒過程中的NOX的生成量。文章重點介紹鍋爐低氮燃燒器改造方案，淺談燃煤機組鍋爐NOX生成機理和燃燒器對NOX生成的控制。

關鍵詞：燃煤鍋爐低氮燃燒器氮氧化物（NOX）選擇性催化還原

中圖分類號：TK226+.1 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0008-03

1 ?概 ?述

?隨著中國燃煤電廠的不斷發(fā)展以及環(huán)保形勢的不斷嚴峻，近年來，中國針對燃煤電廠大氣污染物排放的控制出臺了多項法規(guī)、政策、標準，對于近年來國內多個城市頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣，國家越發(fā)關注和重視大氣污染物的排放，作為火力發(fā)電廠，大氣污染物排放的有效控制更是迫在眉睫。

從發(fā)達國家角度來說，存在比較高的控制污染物排放標準，一般情況下火電廠都應用低氮燃燒技術以及脫硝、脫硫設備。但是國內火電廠具備比較落后的鍋爐低氮燃燒早起投運技術，普遍比較高的存在NOX排放質量濃度，火電廠早期投運鍋爐控制NOX排放質量濃度的時候，會受現(xiàn)場條件的影響，改造以及增設鍋爐尾部煙氣脫硝設備工作量和難度相對比較大，而且還擁有比較高減排成本，一種有效、經濟的減排方式就是低氮燃燒器改造。因此，為降低脫硝SCR的運行費用，某公司對6號機組鍋爐燃燒器進行改造，改造后的燃燒器將降低燃煤在爐膛爐膛燃燒過程中的NOX的生成量。

2 ?設備簡介

2.1 ?鍋爐原設計情況

?某公司依據臨界壓力自然循環(huán)汽包、Π型方式布置2×600 MW鍋爐。合理應用一次中間再熱、平衡通風、尾部雙煙道以及前后墻對沖燃燒，再熱汽溫的時候需要應用煙氣擋板進行適當調節(jié)，依據固態(tài)方式實施排渣，屬于全鋼構架和全懸吊結構。燃燒器采用東鍋自行開發(fā)設計的外濃內淡型低NOx旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC型），組織對沖燃燒，滿足燃燒穩(wěn)定、高效、可靠、低NOx的要求。鍋爐主要設計參數，見表1。

2.2 ?原燃燒器的布置情況

?原燃燒器采用東鍋自行開發(fā)設計的外濃內淡型低NOX旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC 型），組織對沖燃燒，存在低NOX旋流式煤粉燃燒器30個，燃燒器30個，分三層方式來對鍋爐前后墻水冷壁進行布置，每層都需要具備燃燒器5個。

布置燃燒器的過程中，需要分析燃燒器的相互影響作用：燃燒器有3 680 mm的列間距，4 400 mm的層間距，距屏底19 947 mm距離的是上層燃燒器中心線，距冷灰斗拐點3 250 mm距離的是下層燃燒器中心線;側墻2 990 mm距離的是最外側燃燒器中心線，可以在一定程度上阻止側墻高溫腐蝕和結渣。在燃燒器上方適當安置相應的燃盡風調風器，前后墻各安裝5只。原低NOx旋流式燃燒器示意圖，如圖1所示。

2.2.1 ?燃燒器

燃燒器主要包括以下幾種配風：中心風、一次風、二次風以及三次風，都需要經過一次風管，在不同的燃燒階段分別把燃燒器內中心風以及同心三次風、二次風環(huán)形通道送入爐膛。其中布置二次風通道的時候存在固定軸向旋流器，布置三次風的時候合理應用切向旋流型式，擁有可調節(jié)旋流強度。

2.2.2 ?燃盡風調風器

燃盡風調風器的配風由內外兩部分組成。中心部分為直流風，外部為旋流風，其結構，如圖2所示。

2.2.3 ?中心風管

中心風母管自大風箱兩端引入中心風，通過各支管與燃燒器內的中心風管相連，提供油槍運行時所需要的風量，并起到停運時冷卻和防止灰渣集聚的作用。

2.2.4 ?風門用電動執(zhí)行器

大風箱（其中包括燃盡風箱和二次風箱）入口處風門都需要安裝一定執(zhí)行器，能夠進行連續(xù)調節(jié)，全爐總共存在16只。中心風母管入口位置需要安置一定的風門執(zhí)行器。

2.2.5 ?大風箱

一般來說大風箱都具備燃燒需要的二次風。大風箱主要包括兩個燃盡風風箱和六個二次風箱。經鍋爐兩側風道把空預器二次風送入前后墻風箱中。每只風箱僅僅只可以為一層5只燃盡風調風器或燃燒器提供需要的風。

2.2.6 ?燃油裝置

一般來說都是通過兩級點火方式布置鍋爐，也就是高能點火器可以把輕油油槍點燃，輕油油槍可以把煤粉點燃。每個燃燒器都需要一個油槍，組合式高能點火器以及油槍需要具備一定的氣動推動器，在燃燒器中心風管中進行合理布置。

B-MCR鍋爐熱輸入量的30%就是油槍總容量，需要滿足低負荷助燃、點火以及暖爐的設計要求。一般單支油槍存在 ? ? ? 1 350 kg/hr的出力，機械霧化形式的油槍。

3 ?低氮燃燒器改造的原因

3.1 ?生成類型

熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx，經過大量實踐可以發(fā)現(xiàn)，燃料型NOx是煤粉爐主要成分，占總量大約75%～80%，剩下的基本上都是熱力型NOx，極少的存在快速型NOx，揮發(fā)生成燃料型NOx大約占據60%～80%，焦炭中燃料N經過多次反應形成燃料型NOx。

3.2 ?生成機理

燃燒雙區(qū)--濃相富燃料的時候，迅速析出揮發(fā)分氣相反應也就是HCN、Hi+O2→NOx，形成形成缺氧現(xiàn)象，促使NOx可以與NHi進行一定反應形成N2，并且相互反應的NHi會降低NOx的形成;燃燒淡相富氧的時候，相對低的燃燒溫度會影響和抑制NOx的形成。

兩段--第一燃燒區(qū)段進行缺氧揮發(fā)份燃燒，具備越高的煤粉濃度就會越少形成NOx，第二燃燒區(qū)段燃燒大量可燃物（焦炭），經過相反應焦炭燃料N會更少形成成NOx，且有一部分不被CO和碳表面還原，實際生成NOx含量不能符合可能生成NOx。

基于此，可以適當提高燃料中釋放揮發(fā)份的速率，從而達到增加發(fā)份燃燒率的目的;在剛開始燃燒的的時候，不僅需要適當氧來為燃燒提供一定能量，還應該盡可能具備比較低鋼梁水平區(qū)域，以便于可以盡可能能降低NOx的生成;對燃料富集區(qū)域燃料和溫度進行控制和優(yōu)化，確保駐留時間，以便于盡可能降低NOx的生成;在燃料富集區(qū)域適當提高煤焦粒子的駐留時間，從而可以降低燃燒煤焦粒子的時候，釋放氮氧化物形成NOx的可能概率;必要的時候應該及時補充燃，確保可以充分燃盡。

4 ?改造設計

4.1 ?改造設計概述

在不改變原有燃燒器的整體布置形式及燃燒方式條件下，在原燃燒器中心標高和開孔中心位置對30只旋流煤粉燃燒器進行改造，更換為北京哈宜節(jié)能環(huán)保科技有限公司的LNASB燃燒器，如圖3和圖4所示。

4.2 ?改造燃料設計特性

?低氮燃燒器改造設計煤種：低位發(fā)熱值17.56 MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分36%，收到基灰分30%，收到基水分11.6%，以此煤種作為將來驗收考核煤種。

校核煤種1：低位發(fā)熱值18.5 MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分35%，收到基灰分28%，收到基水分10%;

校核煤種2：低位發(fā)熱值16.8 MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分36%，收到基灰分31.2%，收到基水分12.3%。

4.3 ?燃燒器改造方案

4.3.1 ?整體布置情況

①按照設計慣例，鍋爐前后墻需要分別布置煤粉燃燒器三層，每層都需要合理安置煤粉燃燒器五個，在前后水冷壁上燃燒器成水平形式布置，交替布置單個燃燒器左旋以及右旋。燃燒器擴椎角度減小10 °，由原來的45 °減小至35 °。并且燃燒器內二次風角度改成可調式。典型的棋盤式旋流布置圖，如圖5所示。

②取消原有的燃盡風，并將原燃盡風處水冷壁管段用直管連接，在原燃盡風標高向上提高4 m，即改造后的燃盡風中心線距最上層燃燒器中心線7.5 m。并在前后墻各增加5只燃盡風，即前后墻各10只燃盡風。

③取消標高為38 204 mm前后墻各6支吹灰器。

?④在鍋爐前后墻對稱布置兩個大燃盡風箱，沿風箱寬度方向，風箱中部利用隔板可以適當把燃盡風箱相等的分為左右獨立風室，調節(jié)的時候合理應用左右側風門擋板，以便于可以滿足實際均勻分配規(guī)范。

4.3.2 ?低氮燃燒器改造后整體布置

低氮燃燒器改造后整體布置圖，如圖6所示。

5 ?低氮燃燒器改造的目標

改造完成燃燒器以后，需要能夠同時符合以下目標：符合原有鍋爐性能設計參數，例如，再熱蒸汽溫度、出力、主蒸汽溫度、鍋爐效率、減溫水量等需要符合原設計保證值;在600 MW負荷，省煤器出口氧量3.5%的前提下，NOx排放<280 mg/Nm3（O2=6%）、飛灰含碳量不大于3%。項目實施后要求不能降低鍋爐原有的燃煤適應性。

?改造后一個大修周期（6年）內燃燒器不可以由于高溫、磨損等因素造成更換部件，并且也不會出現(xiàn)由于磨損等導致煤粉泄漏。

6 ?結 ?語

?由于當下發(fā)電企業(yè)的各種實際因素，低氮燃燒器改造并不能夠完全達到當前環(huán)保的要求，但是可以通過增加鍋爐尾部煙氣脫硝技術，使發(fā)電廠NOx的排放降低至更低的水平，這使得發(fā)電企業(yè)不僅能夠最大化的提供清潔能源，同時也避免了環(huán)境污染，而且，這也是發(fā)電企業(yè)適應當下清潔發(fā)展、節(jié)約發(fā)展的一項重要舉措。

參考文獻：

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