330MW機組鍋爐低氮燃燒改造及效果分析

樊愛兵

(江蘇華電揚州發(fā)電有限公司，江蘇揚州　225007)

?

330MW機組鍋爐低氮燃燒改造及效果分析

樊愛兵

(江蘇華電揚州發(fā)電有限公司，江蘇揚州225007)

摘要:某電廠#6機組空氣預(yù)熱器出口NOx排放質(zhì)量濃度達655.7 mg/m3，為滿足新標準排放要求，采用多空氣分級、水平濃淡分離的煤粉燃燒技術(shù)對鍋爐燃燒器進行了低氮燃燒改造，在爐膛內(nèi)沿垂直方向和水平方向進行多次空氣分級。改造后的鍋爐性能試驗表明，空氣預(yù)熱器出口NOx排放質(zhì)量濃度可長期保持在300 mg/m3以下，鍋爐效率、飛灰中可燃物含量符合要求，改造效果顯著。

關(guān)鍵詞:燃燒器;低氮燃燒; NOx;空氣分級;水平濃淡分離

0　引言

近年來，為改善環(huán)境質(zhì)量，防治火電廠大氣污染物排放造成的污染，我國對火電廠污染物的排放提出了嚴格的要求。環(huán)保部發(fā)布的GB13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》［1］規(guī)定，自2014年7 月1日起，劃分為重點地區(qū)的投運火電機組NOx排放質(zhì)量濃度限值為100 mg/m3。某電廠330 MW機組的NOx排放質(zhì)量濃度處于較高水平，電力科學(xué)研究院出具的性能試驗報告顯示，該電廠#6鍋爐在300 MW負荷時，空氣預(yù)熱器出口處NOx質(zhì)量濃度為655.7 mg/m3，不符合國家環(huán)保要求，必須進行脫硝改造。針對#6鍋爐的NOx排放情況和煤種特點，可先進行低氮燃燒改造，降低爐膛出口NOx排放質(zhì)量濃度，再結(jié)合選擇性催化還原(SCR)技術(shù)進一步降低NOx的排放值，從而達到重點地區(qū)NOx排放質(zhì)量濃度為100 mg/m3的限值要求。

1　鍋爐概況

某電廠330 MW機組于2005年5月投產(chǎn)，配套的#6鍋爐為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的DG1036/18.2－Ⅱ4型亞臨界參數(shù)、四角切圓燃燒方式、自然循環(huán)汽包爐，單爐膛，Π型露天布置，設(shè)計煤種為燃用煙煤，制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式，配備5 臺HP843型中速磨煤機，4用1備。#6鍋爐燃燒器采用四角切圓方式布置，分上、下2組，在爐膛中心形成681 mm和772 mm的2個假想切圓，共5層一次風(fēng)噴口和8層二次風(fēng)噴口，一次風(fēng)噴口周圍有周界風(fēng)。

2　燃燒器改造方案及技術(shù)特點

2.1改造方案

低氮燃燒器主要通過特殊設(shè)計的燃燒器調(diào)整風(fēng)煤比例，盡可能降低參與燃燒的氧氣的質(zhì)量濃度，適當降低著火區(qū)的溫度，縮短氣體在高溫區(qū)域的滯留時間，達到最大限度抑制NOx生成的目的［2］。該電廠在2012年10月至12月期間對#6鍋爐進行了低氮燃燒改造。

根據(jù)鍋爐原燃燒器特點、運行現(xiàn)狀及燃用煤質(zhì)特點，確定采用多空氣分級、水平濃淡分離的煤粉燃燒技術(shù)對燃燒器進行改造，具體方案如下。

(1)在爐膛高度方向的不同位置進行3次空氣分級［3］(如圖1所示) :在主燃燒器區(qū)送入一部分煤粉完全燃燒所需要的一、二次風(fēng)，在緊鄰主燃燒區(qū)的上方燃盡風(fēng)(OFA)噴嘴送入一定量的燃盡風(fēng)(即垂直方向第1次空氣分級) ;最上方布置低位分離燃盡風(fēng)(SOFA)燃燒器(即垂直方向第2次空氣分級)和高位SOFA燃燒器(即垂直方向第3次空氣分級)。SOFA燃燒器參數(shù)見表1。

表1　SOFA燃燒器參數(shù)

2層SOFA燃燒器噴嘴設(shè)計為水平、垂直方向均可擺動，上下擺動角度為±30°(分散控制系統(tǒng)控制)，水平擺動角度為±15°(手動) ;每個噴嘴均配置有調(diào)節(jié)風(fēng)門擋板對風(fēng)量進行調(diào)節(jié)(分散控制系統(tǒng)控制)。

圖1　燃燒器布置圖

(2)一次風(fēng)噴嘴采用水平濃淡分離技術(shù)，通過在燃燒器內(nèi)加裝垂直布置的折向擋板，使煤粉噴出時在水平方向形成兩股煤粉氣流，實現(xiàn)爐膛水平方向的分級燃燒(即水平方向的第1次空氣分級)。各層一次風(fēng)(5層)標高維持不變，除最下層微油燃燒器結(jié)構(gòu)不改動外，其他4層的16只一次風(fēng)噴嘴均進行優(yōu)化設(shè)計，以提高燃燒效率。

(3)主燃燒器的部分二次風(fēng)噴嘴采用正向偏置布置方式，形成部分貼壁風(fēng)(在DD，BC，DE層增加了與主氣流方向一致的貼壁二次風(fēng))，在一定程度上推遲了這部分二次風(fēng)與煤粉氣流的混合，從而在爐膛水平方向形成了水平方向的第2次空氣分級燃燒。

燃燒器改造后，可保證在揮發(fā)性氮析出后的早期燃燒階段主燃燒器過量空氣系數(shù)較低，爐膛內(nèi)沿垂直方向和水平方向進行多次空氣分級燃燒，揮發(fā)氮轉(zhuǎn)化成氮氣，大幅減少了總的NOx生成量;另外，燃燒時主燃燒區(qū)欠氧，爐膛的溫度相對降低，熱力型NOx的生成量也會有所減少。

2.2主要技術(shù)特點

(1)燃燒器上部設(shè)置OFA +兩層SOFA(低位SOFA和高位SOFA)，沿爐膛高度方向形成3次空氣分級;一次風(fēng)噴嘴采用水平濃淡，濃相煤粉主要集中在爐膛中心，空氣含量高的淡相煤粉分布在爐膛四周，在水平方向形成空氣分級;主燃燒器區(qū)域布置了貼壁風(fēng)，推遲部分二次風(fēng)與主氣流在水平方向的混合，一定程度上也形成了空氣分級，大大減少了NOx的生成。

(2)一次風(fēng)采用優(yōu)化設(shè)計的百葉窗濃縮器，在保證高濃縮比的條件下，使?jié)狻⒌瓋蓚?cè)的風(fēng)量分配基本均勻，真正實現(xiàn)接近設(shè)計預(yù)期的濃淡燃燒;另外，一次風(fēng)噴口中間設(shè)有鈍體，使?jié)狻⒌淮物L(fēng)之間形成約6°的夾角，起到卷吸煙氣和推遲一次風(fēng)混合的作用［2］。濃側(cè)噴嘴內(nèi)設(shè)有穩(wěn)燃齒，可提高燃燒器的低負荷穩(wěn)燃能力和燃燒效率;淡煤粉處于背火側(cè)，提高了該區(qū)域的風(fēng)煤比，使水冷壁附近處于氧化性氣氛，可有效防止水冷壁的結(jié)焦和高溫腐蝕。

(3)一次風(fēng)煤粉噴管前端采用螺栓進行支撐和固定，在噴口位置、角度和標高確定后，將螺栓調(diào)整好并頂緊，可避免噴口和噴管移動，既保證了煤粉氣流的射入角度，也有利于擺動機構(gòu)的靈活擺動。SOFA燃燒器噴嘴之間的連桿均置于箱殼外，鍋爐熱態(tài)運行時，擺動機構(gòu)及其所有連桿不存在受熱膨脹，減少了卡澀的可能。

(4)一次風(fēng)噴口與噴管連接處取消了薄且容易變形的不銹鋼密封罩，可有效避免擺動卡澀和密封罩磨穿漏粉。

(5) SOFA風(fēng)道上采用大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)，可以使SOFA四角風(fēng)量均勻。噴嘴上下擺動可在運行過程中調(diào)整高、低位SOFA的送入位置，從而可在一定范圍內(nèi)調(diào)整NOx排放值、飛灰含碳量以及過熱器和再熱器的汽溫。噴嘴左右擺動則可在一定程度上減小爐膛出口的煙溫偏差。

3　改造效果

3.1技術(shù)效果

對低氮燃燒器改造后的#6鍋爐進行330 MW負荷下的鍋爐性能試驗，試驗結(jié)果如下。

(1) 330 MW負荷下，實測空預(yù)器進口氧量為3.18 ％左右，1～5層一次風(fēng)擋板開度分別為25％，25％，25％，25％，0，1～8層二次風(fēng)擋板開度分別為70％，55％，55％，40％，40％，75％，0，45％，9～12 層SOFA擋板開度分別為80％，80％，80％，0，主燃燒器和燃盡風(fēng)擺角均處于水平位置，對應(yīng)主、再熱蒸汽溫度分別為544.3，543.5℃，飛灰中碳的質(zhì)量分數(shù)為2.13 ％，爐渣中碳的質(zhì)量分數(shù)為4.66 ％，空氣預(yù)熱器出口CO體積分數(shù)為0.001％，NOx排放質(zhì)量濃度(標態(tài)，折算至6％ O2)為288.6mg/m3，修正后的鍋爐熱效率為93.01 ％。

(2)鍋爐在330 MW負荷下運行穩(wěn)定，主蒸汽溫度和再熱蒸汽溫度可達設(shè)計值，NOx排放質(zhì)量濃度、飛灰含碳量以及減溫水量等指標滿足低氮燃燒器改造性能保證要求。

另外，鍋爐運行一段時間以來，參數(shù)調(diào)節(jié)良好，運行可靠，無水冷壁嚴重結(jié)焦、空氣預(yù)熱器堵塞等情況，NOx排放質(zhì)量濃度可長期保持在300 mg/m3(標態(tài))以下。

3.2經(jīng)濟性分析

#6鍋爐低氮燃燒改造工程總投資620萬元，每年可減少NOx排放約2150 t(年利用小時數(shù)按5500 計)。低氮燃燒改造后再采用SCR技術(shù)脫硝與單獨采用SCR脫硝技術(shù)相比，經(jīng)濟效益顯著，不考慮增加的SCR初始建設(shè)投資費用、催化劑折舊費用和SCR維護費用，每年僅節(jié)約的脫硝系統(tǒng)液氨運行成本即可達240萬元左右，約31個月就能收回改造成本。

4　結(jié)束語

采用低氮燃燒技術(shù)對#6鍋爐進行改造后，爐膛出口NOx質(zhì)量濃度由650mg/m3左右降至290mg/m3左右，可以減少SCR系統(tǒng)的催化劑層數(shù)，大大降低SCR系統(tǒng)的建設(shè)費用，并將減少液氨的消耗量，降低脫硝運行費用;另外，SCR系統(tǒng)催化劑層數(shù)減少后，系統(tǒng)阻力也將減小，風(fēng)機電耗也將有所降低，實現(xiàn)了企業(yè)效益最大化并達到了環(huán)保要求。

參考文獻:

［1］火電廠大氣污染物排放標準: GB 13223—2011［S］.

［2］閆曉燕.300 MW機組鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造與性能評價［J］.冶金動力，2015 (1) : 37－39.

［3］李衍平.300 MW機組燃煤機組空氣分級低NOx燃燒系統(tǒng)改造技術(shù)［J］.黑龍江電力，2013 (3) : 272－274.

［4］徐炳文.煤粉鍋爐低NOx燃燒器系統(tǒng)改造［J］.中國設(shè)備工程，2014(8) : 64－66.

(本文責(zé)編:劉芳)

樊愛兵(1973—)，男，江蘇揚州人，工程師，從事企業(yè)管理方面的工作(E－mail: 2427419434@ qq.com)。

作者簡介:

收稿日期:2016－01－20;修回日期:2015－12－05

中圖分類號:X 701

文獻標志碼:B

文章編號:1647－1951(2016)01－0059－03