天山鋁業有限公司#2鍋爐燃燒器改造

張連生

(天津軍糧城發電有限公司，天津　300300)

天山鋁業有限公司#2鍋爐燃燒器改造

張連生

(天津軍糧城發電有限公司，天津300300)

摘要：天山鋁業有限公司自備電廠#2鍋爐NOx排放質量濃度高達500 mg/m3(標態，干基，折算到6% O2)左右，為降低脫硝成本及防止空氣預熱器堵灰影響鍋爐整體出力，進行寬煤種適應性及深度低氮、防渣燃燒改造。改造后的燃燒器未出現結焦情況，NOx質量濃度有效降低且波動趨于穩定。

關鍵詞：燃燒器； 煤種；制粉系統； 低氮；防渣

0引言

為了貫徹執行《中華人民共和國大氣污染防治法》，積極響應新國標GB 13223—2011《火電廠大氣污染物排放標準》[1]，防治火電廠NOx排放造成的污染，改善大氣環境質量，降低機組脫硝成本，天山鋁業有限公司于2014年10月對自備電廠#2鍋爐進行了低NOx、防渣燃燒改造。

改造后，在鍋爐出力不變的前提下，提升對準東煤的摻燒能力，控制NOx排放質量濃度在200～250 mg/m3(標態，干基，折算到6% O2)，同時鍋爐效率不降低。

1工程概況

天山鋁業有限公司自備電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責任公司生產的HG-1235/17.5-YM2型亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐，平衡通風、直流式燃燒器、四角切圓燃燒方式，燃用煙煤，采用緊身封閉布置。

鍋爐的燃燒器布置在爐膛水冷壁四角，水冷壁四角處燃燒器的中心線分別與爐膛中心的2個假想圓相切，2個假想切圓的直徑分別為?548 mm和? 1 032 mm。水冷壁每個角的燃燒器共有15層噴口：其中一次風噴口5層、二次風噴口6層(其中3層二次風噴口內設有油槍)，還有用于降低NOx生成量的頂二次風噴口1層、燃盡風(SOFA)3層。一次風噴口四周有周界風，每個角的燃燒器分上、下2組，上組燃燒器有6層噴口，下組燃燒器有7層噴口。

燃燒器為水平濃淡燃燒器，在一次風風管中采用“百葉窗”式的煤粉濃縮器。

鍋爐采用正壓直吹式制粉系統，配置5臺ZGM95G-Ⅱ型中速輥式磨煤機，每臺磨煤機出口由4根煤粉管道接至對應層燃燒器(從下往上依次為A，B，C，D，E)。

該電廠設計煤種、校核煤種揮發分較高，屬著火穩定易燃盡煤種，但煤灰熔點較低，結渣傾向明顯。燃燒系統對煤種適應性較差，尤其是燃用新疆準東地區具有極強的沾污性和高溫腐蝕性的高堿金屬煤種時，不可避免地會發生鍋爐結焦的傾向，因此，較適合采用空氣分級低NOx技術，同時，防止結渣也是改造重點。

2改造方案

2.1燃燒系統改造范圍

(1)主燃燒器一次風標高不變[2-3]。

(2)更換4層(B，C，D，E)一次風噴口(第1層A等離子點火裝置不做改動)，調整周界風率；將一次風噴口改為異型鈍體結構，保證煤粉氣流及時、穩定著火；一次風噴口水平方向上的周界風與一次風呈夾角設計，改善一次風兩側補氣條件；更換4層一次風噴嘴體，改為垂直濃淡形式。

(3)調整一次風切圓直徑，一次風與二次風呈大小切圓布置。加強還原性燃燒區域內的煤粉濃度以及一、二次風的湍動混合，保證低氮、防渣的同時，提高燃燒效率[4-5]。

(4)減少2層輔助風，調整CD層二次風標高，更換6層二次風輔助風噴口(最下層輔助風除外)，對各層二次風率重新進行分配，為增加高位燃盡風率創造條件。

(5)更換四角二次風擋板風箱，調整二次風風道隔板，與各層二次風率調整后相適應。

(6)主燃燒器區噴口可以上下擺動25°，調節再熱器汽溫[6-7]。

(7)更換全部SOFA風箱、噴口、SOFA水冷壁管屏。

2.2燃燒器改造說明

采用寬煤種適應性、防渣、低氮潔凈煤燃燒技術(AESL)[8]對鍋爐進行低NOx改造，具體措施如下。

2.2.1爐膛垂直高度上的功能分布

根據煤粉在爐內的燃燒過程以及爐型結構，對燃燒器進行合理的分組布置，并在垂直方向上設置多個功能燃燒區域，即穩燃區、還原區、氧化區和燃盡區，如圖1所示。

圖1　燃燒器改造立面布置

穩燃功能區主要是通過采取改善煤粉氣流的補氣條件、著火初期燃料富集、異型一次風噴口形狀設計以及合理的一次風速控制等措施，保證煤粉氣流及時、穩定著火。還原功能區是將該區域內的過剩空氣系數控制在合理的范圍內，在火焰中心區域形成強烈的還原性氣氛，抑制燃料型NOx的生成，同時，該區域的燃燒溫度也得到有效控制，熱力型NOx的生成量也大幅度減少。氧化功能區的過量空氣系數控制較還原功能區明顯升高，保證焦炭顆粒在該區域燃燒所必需的空氣量。火焰緩沖功能區內沒有一、二次風進入，下部燃燒火焰上升到該區域以后進行緩沖：一方面可延緩火焰的旋轉上升速度，給焦炭顆粒的燃盡創造時間條件；另一方面，為火焰有效瘦身，防止燃燒過于集中而導致水冷壁結焦。在火焰上升過程中，還原功能區和氧化功能區交替出現，目的在于將整個主燃燒區域內的過剩空氣系數控制成類正弦曲線態勢(爐內過剩空氣系數分布曲線如圖2所示)，既能保證深度低氮燃燒，又能保證爐膛水冷壁不結渣，還能保證焦炭顆粒在主燃燒區域具有較高的燃盡率。燃盡功能區內的過剩空氣系數進一步提高，補充焦炭顆粒燃燒所必需的空氣量。第2個燃盡功能區布置在較高的位置，剩余設計空氣量將從該區域送入，以保證焦炭顆粒的充分燃盡，AESL潔凈煤燃燒技術的爐內過剩空氣系數整體偏小0.10～0.15。

圖2　沿爐膛高度方向爐內過剩空氣系數分布曲線

一、二次風切圓重新調整，一次風與二次風呈大小切圓布置。在爐膛截面上一、二次風形成“風包粉”態勢，中心區形成還原性氣氛，近壁區形成氧化性氣氛，防止結渣及高溫腐蝕；同時，頂部的燃盡風采用對沖布置，加強后期高溫煙氣的湍動混合，對燃盡以及爐膛出口煙溫調節十分有利。

2.2.2一次風采用垂直濃淡分布技術

采用濃淡型燃燒器，一次風用百葉擋塊方法實現濃淡分離。最下層不作改動，第2層為上濃下淡，第3層為下濃上淡，第2，3層組成了高穩燃特性的組合濃淡分布，此區域過剩空氣系數在1.0左右，滿足基本燃燒需要，保證鍋爐爐膛足夠高的溫度水平。第4層為上濃下淡，第5層為下濃上淡，第4，5層組成了新的濃淡分布，運行時可適當降低此區域的過量空氣系數，在缺氧的狀態下，NOx還原物大量析出，還原已生成的NOx。

燃盡風采用較高位布置，距最上層一次風7 m以上。燃盡風設計采用3層，運行時調整手段靈活，以尋求不同負荷段的最優燃盡風位置。燃燒器改造設計參數見表1，改造前、后燃燒器名稱對比見表2。

表1　燃燒器改造設計參數

3低氮運行要求

3.1制粉系統

(1)燃用煤種磨煤機出口溫度在85～95 ℃之間比較合理：首先，能夠有效提升磨煤機的干燥出力；其次，在同等條件下，使一次風氣流著火提前，燃燒穩定性提高的同時，為降低飛灰可燃物含碳量創造了有利條件；最后，磨煤機出口溫度的提高，為合理降低磨煤機通風量提供了速度保障。另外，提高一次風溫還能在低負荷時穩定燃燒。停磨時應將磨煤機內余粉吹掃干凈，防止自燃[9]。

表2　改造前、后燃燒器名稱對比

(2)磨煤機的最低出力要保證額定值的40%以上，否則磨盤上的煤層過薄會造成磨輥的強烈磨損和振動。磨煤機最小通風量應維持額定值的70%，過低的通風量會造成一次粉管內煤粉的沉積和磨煤機風環風速的降低，從而導致石子煤排放量的驟增。準確的風煤比曲線如圖3所示，供參考使用。

圖3　準確的風煤比曲線

3.2風煙系統

(1)一次風、二次輔助風門及周界風各層風門開度盡量維持在30%～50%，二次風箱與爐膛的差壓跟負荷的匹配如圖4所示。

圖4　二次風箱與爐膛的差壓跟負荷的匹配

(2)運行過程中保持合理的風煤比，在二次風的調整上要重點參考風箱與爐膛的差壓以及表盤氧量等參數。

(3)建議盡量保持氧量下限運行。

(4)調整再熱器汽溫時優先采用燃燒器擺動，不提倡關閉上層二次風抬高火焰中心的辦法。

4改造后效果分析

改造后，拉長了燃盡區，實現了垂直方向的煤粉濃淡分離，在燃燒組垂直方向由火球變為火柱，實現了煤粉分層燃燒，進而降低了NOx。改造前、后#2鍋爐出口NOx質量濃度對比見表3。

表3　改造前、后 #2鍋爐出口NOx質量濃度對比

改造后，在低于80%額定負荷的情況下，NOx質量濃度降低了50～100 mg/m3；在高于80%額定負荷的情況下，NOx質量濃度降低了180～270 mg/m3，且波動趨于穩定。

5結束語

改造后，燃燒器未出現結焦情況，NOx質量濃度較改造前有大幅降低且波動趨于穩定，利于脫硝系統的跟蹤調整，但距離技術協議的要求確實還有一定的距離，尚未達到技術要求。但是，改造后降低了脫硝氨的使用量，相對延長了脫硝系統的使用壽命；同時，降低了空氣預熱器上銨鹽的附著，對防止堵灰有明顯效果，空氣預熱器前、后差壓明顯降低。

鍋爐廠家生產設計鍋爐時應進行整體設計，充分考慮采用低氮燃燒器及防結焦結渣技術，防治火電廠NOx排放造成的污染；中速磨煤機廠家應重視提升單臺磨煤機的出力；已投產的機組可參考這個具體實例進行升級改造。

參考文獻：

[1]火電廠大氣污染物排放標準：GB 13223—2011[S].

[2]火力發電廠設計技術規程：DL 5000—2000[S].

[3]火力發電廠汽水管道設計技術規定：DL/T 5054—1996[S].

[4]電站煤粉鍋爐爐膛防爆規程：DL/T 435—2004[S].

[5]火力發電廠煙風煤粉管道設計技術規程：DL/T 5121—2000[S].

[6]火力發電廠熱工控制系統設計技術規定：DL/T 5175—2003[S].

[7]火力發電廠熱工自動化就地設備安裝、管路及電纜設計技術規定：DL/T 5182—2004[S].

[8]鍋爐性能試驗規程：ASME PTC4.1—1998[S].

[9]電力建設施工及驗收技術規范(鍋爐機組篇)：DL/T 5047—1995[S].

(本文責編：劉芳)

收稿日期:2015-11-03；修回日期:2016-04-06

中圖分類號：TM 621.2

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)04-0040-03

作者簡介：

張連生(1975—)，男，天津人，助理工程師，從事電廠運行方面的工作(E-mail:249208260@qq.com)。