煤粉鍋爐低氮燃燒系統優化燃燒探討

潘鑫鑫，張廣科

(1.蘭州石化職業技術學院，甘肅 蘭州 730060；2.中石油蘭州石化公司化肥廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引 言

蘭州石化公司C鍋爐裝置采用上海鍋爐廠設計的單鍋筒高壓自然循環鍋爐，鍋爐額定蒸發量220 t/h，額定蒸汽壓力9.80 MPa(G)、額定蒸汽溫度為540℃，鍋爐配一臺直吹式中速磨煤機。2014年鍋爐燃燒器、脫硝改造，為控制氮氧化物排放，燃燒器改為濃淡分離低氮燃燒器，鍋爐增加旋轉對沖燃盡風系統(以下稱ROFA風系統)。ROFA風系統分為上、下兩層8個噴射器，從燃燒器上方5 m處的側墻噴入爐膛，下層ROFA風從二次風道引出，直接噴入爐膛，上層ROFA風從二次風道引出，經增壓風機增壓后噴入爐膛，ROFA風占二次風總風量的30%左右，從而達到鍋爐分級配風，低氮燃燒目的。

1 鍋爐燃燒器介紹

C鍋爐燃燒器為濃淡分離低氮燃燒器，四角布置，切圓燃燒。燃燒器噴口共分10層，從上至下分別為二次風層(代碼：CC2)、燃氣層(代碼：G2)、二次風層(代碼：CC1)、煤粉層(代碼：C)、二次風層(代碼：BC)、煤粉層(代碼：B)、二次風層(代碼：AB層)、煤粉層(代碼：A層)、二次風層(代碼：AA層)、燃氣層(代碼：G1層)，燃氣層即有燃氣槍也有點火槍，見圖1。

圖1 燃燒器結構圖

2 鍋爐低氮燃燒存在的問題及原因分析

低氮燃燒器和ROFA風系統投用后，鍋爐燃燒穩定，氮氧化物排放達標，達到了改造目的，但是也出現了新問題，一是煤粉不完全燃燒增加，灰中殘炭含量高，鍋爐熱效率降低，二是燃燒器上部結焦嚴重。

2.1 煤粉不完全燃燒增加

低氮燃燒技術核心就是低溫燃燒、低氧燃燒、分級燃燒，低氧燃燒不僅煙氣氧含量低，燃料層的氧含量也要低，一次風量要低，磨煤機出來一次風率為25%。爐膛主燃燒區過量空氣系數為0.9，造成主燃燒區煤粉不完全燃燒增加。

2.2 燃燒器上部結焦嚴重

低氮燃燒系統投用后，爐膛結焦呈粘結性，不易打掉，主要集中在燃燒器的上方。結焦嚴重時，燃燒器上方像戴個大“帽子”，影響上層二次風及燃氣正常噴入爐膛。結焦后，爐膛出口溫度升高，影響鍋爐的正常生產。

2.3 燃燒區域呈還原性氣氛，易結焦

低氮燃燒是降低燃燒區域氧含量，減少氮氧化物生成，一般燃燒區域氧含量控制在0.9%以下，處于缺氧富燃料狀態。低氮燃燒的投用分3步，第一投用ROFA風系統，抽出30%的二次風噴入燃燒器上方的燃盡區，降低燃燒器區域的氧含量。第二控制各二次風門擋板開度在10%左右，降低二次風的輸送量。第三降低一次風量，進一步降低燃燒區域氧含量，致使燃燒區域處于缺氧狀態，呈還原性氣氛。低氮燃燒能有效控制氮氧化物的生成，但是，為鍋爐結焦提供了條件。在還原性氣氛下，粉煤灰中氧化鐵很容易被還原成氧化亞鐵，而氧化亞鐵的變形溫度低，只有1 000℃。所以，在還原性氣氛下，爐膛內很容易結焦。

2.4 點火槍燃氣量偏大，加劇燃燒器上方結焦

點火槍燃氣流量偏大，點火槍燃氣壓力50 kPa以上，大于設計要求10～40 kPa，點火槍火焰長度達到1 m多。由于燃氣易著火，熱值高，燃氣著火快，搶走相鄰煤粉層空氣，加劇燃燒器C層煤粉上部還原性氣氛，而且燃氣熱值高，著火周圍溫度較高，很容易達到灰分的變形溫度，所以，造成燃燒器的上方嚴重結焦。

3 優化鍋爐分級配風措施

3.1 定期測量一次煤粉細度，確保煤粉細度R90通過率達到85%以上，為完全燃燒提供必要條件

煤粉細度測量時間以磨煤機檢修周期為依據，分別為磨煤機檢修后初期、中期和后期，分三次取樣測量煤粉細度。2015年1月份測量煤粉細度，R90通過率為79.8%，低于85%通過率。1月5日磨煤機更換磨輥套及磨碗襯板，3月份測量煤粉細度，R90通過率為91%，達到了R90通過率85%以上要求。11月3日磨煤機檢修初期煤粉取樣，R90通過率88.4%，煤粉細度R90通過率達到85%以上。通過測量煤粉細度，為了磨煤機檢修提供依據，確保了煤粉充分完全燃燒。

3.2 調整燃氣自力式穩壓閥，控制燃氣點火壓力在20～40 kPa，火焰距離控制在20 cm左右

點火槍燃氣流量偏大，點火槍燃氣壓力50 kPa以上，大于設計要求10～40 kPa，點火槍火焰長度達到1 m多。調節燃氣管線上自立穩壓器，正常運行情況下，點火燃氣壓力控制在30 kPa左右。關小上層點火槍槍前球閥，控制點火槍火焰長度在20 cm左右，從而達到避免出現點火槍“搶風”和降低C層煤粉區域溫度的目的。

3.3 調整鍋爐配風，確保煤粉燃燒充分

在保證氮氧化物達標排放的前提下，優化鍋爐配風，使鍋爐燃燒達到最佳平衡狀態。首先，將AB層二次風門開度從10%開至30%，BC層二次風門開度從10%開至20%，增加煤粉層的送風量，為煤粉燃燒提供適量氧氣，使其充分燃燒。同時，BC層開大起到壓制G1層燃氣上移燃燒的作用，降低爐膛中心溫度。其次，將AA層二次從30%開至60%，增加底部“托浮力”，第三、優化上、下層ROFA風配比，其中上層增壓ROFA風占40%，下層ROFA風占60%，使燃盡區處于富氧狀態。

3.4 提高燃氣氧含量

煙氣氧含量是鍋爐燃燒重要指標，氧含量過低，鍋爐缺氧燃燒，增加化學未完全燃燒損失和物理未完全燃燒損失。為減少煤粉不完全燃燒損失，在確保氮氧化物達標排放的前提下，將煙氣氧含量從3%～4%提高至4%～5%，確保煤粉充分燃燒。

4 結 語

通過采取措施，灰渣中殘炭明顯降低，煙氣中一氧化碳含量控制50 mg/m3，以下。鍋爐結焦得到控制，9月份鍋爐產汽130 t/h左右，屏過后煙溫在830℃～850℃。11月份調整后，鍋爐產汽155 t/h左右，屏過后煙溫在760℃～800℃。