某300MW電站機(jī)組低氮燃燒器改造研究

幸雙喜， 鄭海國，張 健， 劉亮亮

發(fā)電技術(shù)

某300MW電站機(jī)組低氮燃燒器改造研究

幸雙喜1， 鄭海國2，張 健2， 劉亮亮2

（1.國電科學(xué)技術(shù)研究院太原電力技術(shù)分院，山西太原030000；2.西安格瑞電力科技有限公司，陜西西安719400；3.西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院，陜西西安710094）

太原某300MW機(jī)組采用SCR后，NOx排放還是不能滿足國家要求。使用新型燃燒器和分級(jí)燃燒等技術(shù)對(duì)機(jī)組進(jìn)行了低氮改造，在上游降低了NOx的生成量，在下游脫硝裝置和之前相同的情況下，NOx排放量降低了約70%。改造后，通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，機(jī)組的排煙溫度較改造前降低了6℃左右，飛灰含碳量變化不大，鍋爐效率略有提高。

低氮燃燒器； NOx； 分級(jí)燃燒技術(shù)

0 引言

電站機(jī)組通過煙囪排到大氣中的污染物主要有氮氧化物、硫氧化物、粉塵顆粒，為處理這些污染物，電站設(shè)有相應(yīng)的設(shè)備SCR或SNCR、脫硫塔、除塵器。但有些電廠單靠這些設(shè)備并不足以達(dá)到國家規(guī)定的污染物排放濃度[1～5]，本文探討了太原某300MW電廠通過低氮燃燒器改造在上游減少氮氧化物生成量的可行性。

1 鍋爐概況

太原某電廠#12鍋爐由波蘭拉法克公司制造，型號(hào)BP-1025，總體型式為：亞臨界壓力、中間再熱、低倍率全負(fù)荷再循環(huán)、全懸吊、平衡通風(fēng)、單爐膛、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、燃煤鍋爐。該爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，噴燃器為直流，四角切圓布置，假想切圓直徑1514mm。爐膛每個(gè)角上有五組燃燒器，每組燃燒器由上、下兩層二次風(fēng)、周界風(fēng)及一層煤粉燃燒器組成。每

層煤粉燃燒器配一臺(tái)RP-1043XS中速碗式磨煤機(jī)，滿負(fù)荷時(shí)四臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用。鍋爐為半塔式布置，本體呈立方體，標(biāo)高87.6 m，前后墻分別布置了6只油槍，分三層布置，第一層標(biāo)高10.5m，第二層標(biāo)高23m，第三層標(biāo)高27.7m，每層沿爐墻寬度均勻布置2只，每只油槍配一只電弧點(diǎn)火器，油系統(tǒng)設(shè)計(jì)出力為20%MCC。

機(jī)組原采用SCR進(jìn)行脫銷，改造前進(jìn)行了鍋爐性能試驗(yàn)，各負(fù)荷下NOx排放濃度均較高，不能滿足目前的環(huán)保要求。各負(fù)荷NOx排放折算濃度具體為：300MW負(fù)荷下，為990.8mg/m3；270MW負(fù)荷下，為963.5mg/m3；225MW負(fù)荷下，為766.5mg/m3。

鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 鍋爐主要設(shè)計(jì)參數(shù)

2 改造方案

針對(duì)該電廠鍋爐及其他系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，采用新型燃燒器和分級(jí)燃燒技術(shù)對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了低氮改造。

改造后各燃燒器的變化為：A層一次風(fēng)點(diǎn)火燃燒器“下淡上濃”；B層一次風(fēng)點(diǎn)火燃燒器“下濃上淡”；C層一次風(fēng)燃燒器“下濃上淡”；D層一次風(fēng)燃燒器“下淡上濃”；E層一次風(fēng)燃燒器“下濃上淡”。A、B一次風(fēng)燃燒器相臨同項(xiàng)親和，C、D、E一次風(fēng)燃燒器相臨同項(xiàng)親和，總體保持基本均等布置，熱容量單元相對(duì)獨(dú)立，相互支持燃燒，高效穩(wěn)定燃燒，能夠起到優(yōu)化燃燒、降低NOx排放的目的。改造示意圖如圖1所示。改造過程中使用的措施有：

（1）采用高位燃盡風(fēng)技術(shù)。

高位燃盡風(fēng)技術(shù)可以使得燃燒風(fēng)量沿爐膛垂直方向分級(jí)供入，主燃區(qū)空氣量與理論空氣量的比值由原來的λp=1.25變?yōu)棣藀=0.84～0.92。在距主燃燒器上層一次風(fēng)噴口中心線約7669mm處布置3層12只燃盡風(fēng)噴口，采用角部布置方式，燃盡風(fēng)量約占總空氣量的21%，燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速較高，約為40～50m/s，所有燃盡風(fēng)噴口均可以垂直、水平方向上擺動(dòng)。根據(jù)鍋爐運(yùn)行狀況（燃盡、NOx排放、過熱器汽溫偏差等）進(jìn)行噴口角度的適當(dāng)調(diào)整，有效調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫偏差，并保證過熱器管壁不出現(xiàn)超溫問題。

（2）主燃燒器區(qū)二次風(fēng)噴口的設(shè)計(jì)。

重新設(shè)計(jì)、更換全部主燃燒器區(qū)二次風(fēng)噴口。主燃燒器區(qū)二次風(fēng)噴口面積根據(jù)主燃燒器區(qū)有組織二次風(fēng)減少的設(shè)計(jì)思想進(jìn)行相應(yīng)縮小，保證出口的二次風(fēng)達(dá)到較高風(fēng)速。保證最下層較大二次風(fēng)的噴口面積，使其具有較大的出口動(dòng)量，起到在最下層托粉的作用，減少爐膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。

（3）采用高效燃燒的新一代垂直濃淡煤粉燃燒技術(shù)對(duì)主燃燒器進(jìn)行改造。

新一代高濃縮比濃淡一次風(fēng)煤粉燃燒器主要在高效煤粉濃縮技術(shù)上有了大幅度的改進(jìn)。改造的噴口周圍保留適當(dāng)大小的周界風(fēng)風(fēng)量，同時(shí)設(shè)置偏置周界風(fēng)。一次風(fēng)濃淡噴口之間采用水平V型隔板，推遲濃淡一次風(fēng)的混合速度。采用這樣的措施，可以有效地推遲濃淡煤粉氣流的混合，減少燃燒過程中含N基團(tuán)與O2反應(yīng)機(jī)會(huì)，有效降低NOx生成量。高濃度的濃一次風(fēng)煤粉氣流，強(qiáng)化一次風(fēng)的著火和穩(wěn)燃性能，利用早期快速析出揮發(fā)分有效降低NOx生成量，可保持高的煤粉顆粒的燃盡度。主燃燒器平面布置如圖2所示。

（4）高濃縮比、低阻力煤粉濃縮技術(shù)。

新一代煤粉濃縮器具有非常優(yōu)異的氣固流動(dòng)和煤粉濃縮特性濃縮器具有優(yōu)異的低流動(dòng)阻力特性，局部阻力系數(shù)小于2，并具有較高的煤粉濃縮比，濃縮率可達(dá)1.4～1.8以上；在保證高濃縮比的條件下，濃淡噴口出口氣流流量分配更為均勻，濃淡一次風(fēng)風(fēng)量比在0.8～1.2以內(nèi)；濃縮器葉片相互搭配結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的優(yōu)化，使?jié)饪s器內(nèi)氣固流動(dòng)特性和出口氣流速度分布更為合理，有效減輕對(duì)易磨損部位的沖刷強(qiáng)度和葉間局部阻力損失。

（5）采用延遲混合型一、二次風(fēng)布置以及側(cè)二次風(fēng)的周界風(fēng)噴口偏置設(shè)計(jì)。

燃燒器二次風(fēng)噴口采用收縮型結(jié)構(gòu)，推遲一二次風(fēng)的混合，減少燃燒過程中含N基團(tuán)與O2反應(yīng)機(jī)會(huì)，有效降低NOx生成量。一次風(fēng)噴口出口四周設(shè)計(jì)有偏置型周界風(fēng)噴口，對(duì)運(yùn)行或停運(yùn)的一次風(fēng)噴口起到冷卻保護(hù)作用，一次風(fēng)在向火側(cè)和上下兩側(cè)設(shè)有小扳邊，推遲周界風(fēng)與一次風(fēng)的混合，在一次風(fēng)噴口背火側(cè)設(shè)計(jì)較大出口動(dòng)量的側(cè)二次風(fēng)，對(duì)爐膛水冷壁面起到防止結(jié)渣、防止高溫腐蝕的保護(hù)作用。

3 低氮改造效果

機(jī)組采用新型燃燒器和分級(jí)燃燒技術(shù)改造后，通過燃燒調(diào)整，在燃煤未發(fā)生變化的基礎(chǔ)下，使得鍋爐出力和運(yùn)行參數(shù)達(dá)到基準(zhǔn)值。對(duì)300MW、270MW、225MW負(fù)荷工況下的鍋爐效率、飛灰含碳量、排煙溫度和空預(yù)器入口NOx進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果見表2。

表2 改造前后鍋爐運(yùn)行參數(shù)變化

從表2可以看出，低氮改造后，鍋爐的NOx排放濃度大幅減少：300MW負(fù)荷下，改造前NOx濃度為990.8mg/m3，改造后為273.72mg/m3，下降了72.4%；270MW負(fù)荷下，改造前NOx濃度為963.5mg/m3，改造后為204.78mg/m3，下降了78.7%；225MW負(fù)荷下，改造前NOx濃度766.5mg/m3，改造后為250.79mg/m3，下降了67.3%。

改造后，燃燒風(fēng)量分級(jí)送入爐膛，爐膛頂部增加燃盡風(fēng)噴口，主燃燒區(qū)的空氣量變少，氮氧化物生成量降低，在后部脫銷裝置不變的情況下，NOx排放濃度平均降低了70%以上。新型燃燒器和二次風(fēng)噴口的設(shè)置也使?fàn)t膛內(nèi)的燃燒工況得到了優(yōu)化。燃燒調(diào)整后，機(jī)組的排煙溫度平均降低6℃左右，飛灰含碳量總體變化不大，鍋爐效率平均提高了1%左右。低氮改造達(dá)到了預(yù)期的節(jié)能減排效果。

由此可見，通過上游的低氮改造降低NOx生成濃度，可以有效減輕脫硝裝置的減排壓力，適應(yīng)國家的環(huán)保要求。

4 結(jié)語

（1）機(jī)組采用新型燃燒器和分級(jí)燃燒技術(shù)進(jìn)行低氮改造后，爐膛內(nèi)生成的NOx大幅減少，有效減輕了脫硝裝置的減排壓力，NOx排放濃度下降了70%以上。

（2）新設(shè)計(jì)的燃燒器和二次風(fēng)噴口優(yōu)化了爐膛內(nèi)的燃燒工況，進(jìn)行燃燒調(diào)整后，鍋爐排煙溫度平均下降了6℃左右，飛灰含碳量變化不大，效率提高了1%左右。但燃燒調(diào)整試驗(yàn)也表明，NOx生成濃度、飛灰含碳量、鍋爐效率相互制約，如果想續(xù)降低NOx生成濃度，將造成飛灰含碳量提高、鍋爐效率降低。

（3）在低氮改造過程中，能夠針對(duì)性地解決燃煤鍋爐在運(yùn)行中存在的各種問題。通過采取不同的燃燒器和二次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)，在降低NOx的同時(shí)，保證鍋爐燃盡、燃燒穩(wěn)定性好、爐內(nèi)避免、減緩結(jié)渣和高溫腐蝕，提高鍋爐效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和減排。

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Study on Low NOx Burner Retrofit for a 300MW Unit Boiler

XING Shuang-xi1， ZHENG Hai-guo2， ZHANG Jian2， LIU Liang-liang2
（1.China Electric Power Research Institute of Science and Technology of Taiyuan Electric Power Technology Branch，Shanxi 030000，China
2.Xi'an Green Power Technology Co.，Ltd，Xi'an 710094，China）

TheNOxemissionconcentrationofa300MW unitBoilerinTaiyuanexceednational standardsthoughSCR wasused.Thus，weusedthenewtypeburnerandthewholefurnacestagedcombustiontechnologytoconducetedthelowNOx combustionsystem.IntheupstreamdecreasedtheproductionofNOx，theNOxemissionsdecreasedby about70%.Afterthe transformation，theexhaustgastemperatureoftheunitwasreducedbyabout6℃comparedwiththatbeforethetransformation，thecarboncontentofflyashwasnotchangedmuch，andtheboilerefficiencyisincreasedslightly.

lowNOxburner； NOx； stagedcombustiontechnology

TK227.1

B

2095-3429（2016）03-0040-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.009

2016-03-01

修回日期：2016-05-09

幸雙喜（1984-），男，江西高安人，本科，工程師，從事火電廠鍋爐燃燒優(yōu)化方面的試驗(yàn)、研究工作。