1 000 MW燃煤機組超低排放低氮燃燒調整優化研究

曹勤峰，李清毅

(浙江浙能嘉華發電有限公司，浙江 嘉興 314201)

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1 000 MW燃煤機組超低排放低氮燃燒調整優化研究

曹勤峰，李清毅

(浙江浙能嘉華發電有限公司，浙江 嘉興 314201)

為實現燃煤機組NOx的超低排放，評估某1 000 MW現有燃燒器的NOx排放水平，需要進一步挖掘低NOx燃燒系統潛力，對該機組進行低氮燃燒調整試驗研究。通過制粉及燃燒系統優化調整試驗，實現了鍋爐在50%BMCR負荷以上運行時，鍋爐熱效率均不低于93.65%的前提下，脫硝入口NOx濃度均低于250 mg/Nm3的調整目標；同時對鍋爐制粉系統及燃燒系統各主要運行參數進行了優化調整，提出了鍋爐各主要運行參數在不同負荷下的運行推薦值，為機組實現更加安全、經濟、環保運行提供了參考。

鍋爐熱效率；NOx排放；排煙溫度；燃燒優化調整

浙江某電廠其百萬千瓦燃煤機組鍋爐型號為HG-3101/27.46-YM3，由哈爾濱鍋爐廠有限責任公司制造，是超超臨界參數變壓運行直流爐，采用單爐膛、一次中間再熱、改進型低NOxPM主燃燒器和MACT型低NOx分級送風燃燒系統、反向雙切圓燃燒方式、平衡通風、П型露天布置燃煤鍋爐。鍋爐燃燒系統按HP-1203/Dyn型中速磨煤機冷一次風機正壓直吹式制粉系統設計，共A、B、C、D、E和F 6臺磨煤機。

為了評估現有燃燒器的NOx排放量水平、進一步挖掘低NOx燃燒系統潛力，進行低氮燃燒調整及測試試驗，目標是在鍋爐熱效率變化不大的前提下，通過燃燒調整進一步降低NOx排放濃度。本文介紹了制粉系統的優化情況，分析了運行氧量、附加風開度和磨煤機組合方對鍋爐效率和NOx濃度的影響，并重點研究500 MW工況下的NOx排放濃度。

1 燃燒系統簡介

圖1和圖2 分別為燃燒器布置和雙切圓示意圖。本機組鍋爐爐膛為長方形結構，同層8只擺動式燃燒器采用前后墻布置，在爐膛內部形成反向雙切圓，反向雙切圓的燃燒方式保證了燃燒室良好的空氣動力場，并使出口溫度場比較均勻，爐膛出口轉向室兩側對稱點間的煙溫偏差小于50℃。同時，由于反向雙切圓的燃燒，使煤粉燃燒器只數增加，降低了單只噴嘴熱功率，有效的防止了爐膛結焦。燃燒器上端附加風的布置，控制NOx的排放量，另外PM煤粉分離器的使用和主燃燒器上方A-A風的設置更進一步減小了NOx的排放量。采用燃燒器分組拉開式布置及合理配風形式，可有效控制NOx排放量。燃燒器采用PM煤粉燃燒技術，煤粉經過PM煤粉分離器分離后，分成濃淡兩相，這兩相煤粉分別進入濃煤粉燃燒器和淡煤粉燃燒器。在這兩種煤粉燃燒器煤粉噴嘴體內設置了導向板用以分隔PM煤粉分離器分離后形成的濃相煤粉氣流和淡相煤粉氣流，在燃燒器噴口內設置有波形鈍體，該鈍體與噴嘴體內導向板一起使濃、淡相煤粉氣流一直保持到燃燒器出口。在出口處針對濃淡煤粉燃燒器配置不同的助燃風，使濃淡兩相煤粉及時合理的配風燃燒，有效的控制了NOx排放量。同時，在波形鈍體出口處，形成一個穩定的回流區，回流區中的煙氣使得每個煤粉燃燒器初燃段濃淡兩相得到相對分離，并使火焰穩定在一個較寬的負荷變化范圍內，有利于保證及時著火及燃燒穩定，確保及時燃盡，能有效抑制NOx排放，保證鍋爐效率。波紋鈍體使得在煤粉氣流下游產生一個負壓高溫回流區，在此負壓區中存在著高溫煙氣的回流與煤粉/空氣混合物間劇烈的擾動和混合，滿足了鍋爐負荷在較寬范圍變化時對煤粉點火和穩定燃燒的要求。二次風燃燒器采用傳統的大風箱結構。BRL工況下燃燒器設計參數：一次風率：21.43%；一次風速：25 m/s；一次風溫：77℃；二次風率：72.57%；二次風速：45 m/s；二次風溫：346.7℃；一次風噴嘴間距11 586 mm。

表2 燃煤煤樣分析

圖1 燃燒器布置示意圖

圖2 雙切圓示意圖

2 試驗簡介

2.1 試驗依據與測試方法

試驗主要依據國家標準《電站鍋爐性能試驗規程》(GB 10184—1988)和電力行業標準《電站磨煤機及制粉系統性能試驗》(DL/T 467—2004)進行。所有的測量、測試數據均以算術平均值引入相關計算。主要測試儀器如表1所示。

表1 主要測試儀器

2.2 試驗和測試參數

試驗期間采用煤種為混煤(HM)，根據我國煤種分類方法，原煤屬于煙煤，其燃煤煤質分析列于表2中。在BRL工況下，鍋爐計算和保證熱效率分別為94.22%和93.65%。

表3 磨煤機運行優化調整試驗結果

對于試驗參數，按以下方法進行處理：

在空氣預熱器進/出口煙道上進行氧量測試，采用網格法布置煙氣取樣測點，四個截面的煙氣通過取樣管抽出后，分別進入煙氣混合器進行混合和除灰處理，再通過煙氣前處理器處理后進入氧量計，測量各截面平均氧量，每個工況對測量的數據進行算術平均。

試驗所用德國M&C PMA10機械順磁式氧量計在每天使用前均使用標準氣體進行標定，以保證測量的準確性。

在空氣預熱器出口煙道進行排煙溫度測試，采用網格法布置K型熱電偶，通過熱電偶測量煙氣溫度。測量該截面各點溫度，并與表盤顯示相比較，以對表盤排煙溫度進行標定。

鍋爐熱效率計算采用《電站鍋爐性能試驗規程》(GB 10184—1988)規定的反平衡法。

3 試驗結果與分析討論

3.1 制粉系統優化調整試驗結果

表3所示為該機組6臺磨煤機的運行優化調整試驗結果。從表3可以看出，A磨煤機出力70 t/h，分離器轉速800 r/min時，煤粉細度R90為19.64%，已基本滿足最佳煤粉細度要求，此時煤粉均勻性指數為1.20。B磨煤機出力65 t/h時，分離器轉速800 r/min時，煤粉細度R90為26.2%，煤粉細度偏粗，建議對B磨煤機本體及旋轉分離器進行系統性檢查維修。C磨煤機出力65 t/h，分離器轉速700 r/min時，此時煤粉細度R90為25.68%，煤粉偏粗，但由于現場發現C磨煤機旋轉分離器轉速一旦超過700 r/min后非常容易造成堵磨現象，建議對C磨煤機本體及旋轉分離器進行系統性檢查維修。D磨煤機出力65 t/h，分離器轉速750 r/min時，煤粉細度R90為20.78%，煤粉細度已達到最佳煤粉細度要求，此時煤粉均勻性指數為1.12。E磨煤機出力75 t/h，分離器轉速750 r/min時，煤粉細度R90為20.84%，煤粉細度已達到最佳煤粉細度要求，此時煤粉均勻性指數為1.17。F磨煤機出力72.3 t/h，分離器轉速750 r/min時，煤粉細度R90為21.68%，煤粉細度已達到最佳煤粉細度要求，此時煤粉均勻性指數為1.22。

綜上所述，A、D、E、F磨煤機的煤粉細度均可達到最佳要求。B和C磨煤機需要進行優化。

3.2 運行氧量的調整試驗結果

表4、表5和表6分別所示為1 000 MW、750 MW及500 MW負荷運行氧量的調試試驗結果。

從表3可以看出，鍋爐運行氧量在2.5%左右時，各層輔助風均等配風，各磨煤機煤量采用平均分配的運行方式，鍋爐熱效率為94.35%，A、B側脫硝入口NOx濃度分別為228 mg/Nm3與240 mg/Nm3。當鍋爐運行氧量分別為2.2%與2.9%左右時，鍋爐熱效率分別為94.25%與94.23%。運行氧量為2.2%時，A、B側脫硝入口NOx濃度分別為215 mg/Nm3與231 mg/Nm3，運行氧量為2.9%時，A、B側脫硝入口NOx濃度分別為248 mg/Nm3與242 mg/Nm3。綜合分析后得出機組負荷1 000 MW時，運行氧量建議控制在2.5%左右為宜，此時鍋爐熱效率較高且脫硝入口NOx平均濃度低于250 mg/Nm3。

從表4可以看出，隨著鍋爐運行氧量的增加，鍋爐熱效率呈逐漸降低趨勢。當表盤氧量從3.0%升高至3.2%時，鍋爐熱效率由94.31%降低至94.21%，當表盤氧量繼續升高至3.5%時，鍋爐效率繼續降低至94.10%。隨著運行氧量的增加，A、B側脫硝入口NOx濃度也隨之增加，運行氧量3.0%時，A、B側脫硝入口NOx濃度最低，分別為243 mg/Nm3與265 mg/Nm3。綜合分析建議機組負荷在750 MW左右時，表盤氧量建議維持在3.0%左右，此時鍋爐效率最高，脫硝入口NOx平均濃度最低。

從表5可以看出，鍋爐運行氧量為4.89%時，鍋爐熱效率為93.99%，A、B側脫硝入口NOx濃度最低，分別為324 mg/Nm3與336mg/Nm3。由于該機組增壓風機在鍋爐低負荷時容易出現搶風現象，當鍋爐總風量低于1 800 t/h后，A增壓風機容易出現失速現象，所以在當前運行條件下進行氧量調整試驗只能將鍋爐運行氧量調整降低至4.68%，此時鍋爐熱效率升高至94.13%，但脫硝入口NOx濃度變化不大。運行氧量的降低對鍋爐過熱、再熱蒸汽減溫水量，主、再熱蒸汽溫度等影響不大。綜合分析后建議在日常運行過程中機組500 MW負荷左右，在保證機組安全穩定運行情況下，適當的降低鍋爐運行氧量。

表4 1 000 MW氧量調整試驗結果

表5 750 MW氧量調整試驗結果

表6 500 MW氧量調整試驗結果

3.3 附加風開度調整試驗分析

表7和表8所示為1 000 MW和750 MW下附加風開度調整試驗結果。由表6可以看出，1 000 MW負荷下，附加風開度增加過程對鍋爐熱效率影響較小。當附加風開度維持在20%左右時，A、B側脫硝入口NOx濃度分別為233 mg/Nm3與242 mg/Nm3；當附加風開度增加至40%左右時，A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低至217 mg/Nm3與229 mg/Nm3；當附加風開度繼續降低至60%左右時，A、B側脫硝入口NOx濃度基本不再降低。從表8可以看出，750 MW負荷下，附加風開度從20%增加至30%，鍋爐熱效率變化不大，而A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低了14 mg/Nm3和13 mg/Nm3左右；當繼續增加附加風開度至40%，鍋爐熱效率降低10%左右，A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低了11 mg/Nm3和7 mg/Nm3左右。

表7 1 000 MW附加風開度調整試驗結果

表8 750 MW附加風開度調整試驗結果

3.4 磨煤機組合方式優化調整

表9和表10分別所示為500 MW和750 MW下的磨煤機組合方式試驗結果。由表9可以看出， A、B、C、D磨煤機投用、E、F磨煤機停用時，鍋爐熱效率為94.00%，而此時A、B側脫硝入口NOx濃度可以實現大幅度降低，在保持U層附加風開度30%，L層附加風開度17%工況下，A、B側脫硝入口NOx濃度分別達到216 mg/Nm3與228 mg/Nm3，達到了脫硝入口NOx濃度低于250 mg/Nm3的控制目標。由表10可以看出，750 MW負荷時，F磨煤機停運，A、B、C、D和E磨煤機投用相對于A、F磨煤機停運，B、C、D、和E磨煤機投用，鍋爐熱效率提高了0.2%，鍋爐A側脫硝入口NOx濃度降低了64 mg/Nm3左右，B側脫硝入口NOx濃度降低了42 mg/Nm3左右。當A、B、C、D和E磨煤機投用時，可以大幅度降低鍋爐NOx生成濃度，可以實現脫硝入口NOx濃度低于250 mg/Nm3的控制目標。

表9 500 MW磨煤機組合方式測試結果

表10 750 MW磨組合方式測試結果

3.5 500 MW NOx排放濃度研究

鍋爐在500 MW負荷左右，經常出現A、B側脫硝入口NOx濃度超過320 mg/Nm3的現象，針對此現象，通過調整鍋爐附加風開度、各投用磨煤機分離器轉速、及燃燒器擺角的方法考察其對氮氧化物生成量的影響規律，測試結果見表11。表11中在鍋爐負荷500 MW工況下，鍋爐運行氧量為4.68%，各其他主要運行參數投自動狀態下，僅通過調整鍋爐附加風開度來考察其對鍋爐熱效率及鍋爐A、B側脫硝入口NOx濃度的影響規律。通過測試得到，附加風開度從25%增加至45%過程中，鍋爐效率會降低0.05%左右，但A、B側脫硝入口NOx濃度逐漸降低，當附加風開度增加至45%時，A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低至277 mg/Nm3與314 mg/Nm3，對比附加風開度25%時，平均值降低了32 mg/Nm3左右。

表11中附加風開度為45(優化后)，將各投用磨煤機分離器轉速分別提高50 r/min左右，同時將各燃燒器及輔助風擺角設置-10%的偏置，測試結果表明，此時鍋爐效率有所回升，A、B側脫硝入口NOx濃度繼續降低至247 mg/Nm3與277 mg/Nm3。

表11 500 MW NOx濃度試驗結果

4 結語

(1)經優化調整，A、D、E、F磨煤機內煤粉均勻性指數分別為1.20、1.12、1.17和1.22，煤粉細度均可達到最佳要求。B磨煤機出力65 t/h，分離器轉速800 r/min時，煤粉細度R90為26.2%，煤粉細度偏粗。C磨煤機出力65 t/h，分離器轉速700 r/min時，此時煤粉細度R90為25.68%，煤粉偏粗，建議對B和C磨煤機進行維修。

(2)機組負荷1 000 MW時，建議運行氧保持在2.5%左右，脫硝入口NOx濃度低于250 mg/Nm3的控制目標；機組負荷在750 MW左右時，表盤氧量建議維持在3.0%左右，此時鍋爐效率達到94.31%，A、B側脫硝入口NOx濃度分別為243 mg/Nm3與265 mg/Nm3。

(3)機組負荷1 000 MW時，附加風開度增加對鍋爐熱效率影響較小。附加風開度在40%左右時，A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低至217 mg/Nm3與229 mg/Nm3。750 MW負荷下，附加風開度從20%增加至30%，鍋爐熱效率變化不大，而A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低了14 mg/Nm3與13 mg/Nm3左右；當繼續增加附加風開度至40%，鍋爐熱效率降低10%左右，A、B側脫硝入口NOx濃度分別降低了11 mg/Nm3與7 mg/Nm3左右。

(4)A、B、C、D磨煤機投用、E、F磨煤機停用時，鍋爐熱效率為94.00%，而此時A、B側脫硝入口NOx濃度可以實現大幅度降低，在保持U層附加風開度30%，L層附加風開度17%工況下，A、B側脫硝入口NOx濃度分別達到216 mg/Nm3與228 mg/Nm3，達到了脫硝入口NOx濃度低于250 mg/Nm3的控制目標。750 MW負荷時，當A、B、C、D和E磨煤機投用時，可以大幅度降低鍋爐NOx生成濃度，A、B側脫硝入口NOx濃度分別達到224 mg/Nm3與243 mg/Nm3，可以實現脫硝入口NOx濃度低于250 mg/Nm3的控制目標。

(5)附加風開度為45%，將各投用磨煤機分離器轉速分別提高50 r/min左右，同時將各燃燒器及輔助風擺角設置-10%的偏置，鍋爐效率有所回升，A、B側脫硝入口NOx濃度降低至247 mg/Nm3與277 mg/Nm3。

(本文編輯：嚴 加)

Optimized Adjustment of 1 000 MW Coal-Fired Unit Combustion with Ultra-Low NOxEmission

CAO Qin-feng， LI Qing-yi

(Zhejiang Zheneng Jiahua Power Generation Co., Ltd., Jiaxing 314201, China)

In order to achieve ultra-low NOx emission of coal-fired units, this research evaluated the NOx emission level of an existing 1000MW burner, and conducted the adjustment experiment to develop its low-emission potential. The optimized adjustment test of milling and combustion system realized the target where the denitration NOx inlet concentrations were below 250mg/Nm3under the premise when the boiler is operating at 50% BMCR load or more, and the boiler thermal efficiency is not less than 93.65%. Meanwhile, the main operating parameters of each boiler milling system and combustion system have been optimized for the recommended values under different loads, providing a reference to achieving a more secure, economical and environment-friendly uint operation.

boiler thermal efficiency; NOx emission；exhaust gas temperature；combustion optimized adjustment

10.11973/dlyny201605016

曹勤峰(1982)，男，工程師，從事燃煤電廠鍋爐運行檢修和改造工作。

TK227.1

B

2095-1256(2016)05-0600-05

2016-07-13