對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造技術探析

簡越，陳超

（國家電投集團東北電力有限公司本溪熱電分公司，遼寧 本溪 117020）

對沖燃燒鍋爐是火力發電常用鍋爐，在鍋爐實際運行時，隨著國家對活力發電安全環保生產提出更高要求，針對鍋爐的NOx排放濃度控制也越來越嚴格。原本的鍋爐運行方式已經不再適用，因此，要對鍋爐加強低氮燃燒改造技術的研究分析，在降低NOx污染物濃度的同時，提高鍋爐的運行效率，推動火力發電生產實現更好發展。

1 對沖燃燒鍋爐運行問題分析

現有某330MW對沖燃燒鍋爐，爐膛寬14815.4mm，深135625.1mm，爐膛四周為全焊膜式水冷壁。水冷壁前后墻下集箱至頂棚之間的距離為57100mm。鍋爐燃料為煙煤，燃燒方式為四角切圓燃燒方式。在鍋爐爐膛水冷壁四角位置，布置有鍋爐燃燒器，該鍋爐的燃燒器上一次風噴口到大屏過熱器底部距離為19230mm，下一次風噴口到水冷壁冷灰斗拐角之間的距離為4354mm。在水冷壁四角處，燃燒器中心線分別與爐膛中心的兩個假想圓相切，兩個假想切圓的直徑分別為Φ546mm與Φ1031mm。而在鍋爐的整組燃燒器中，采用了一、二次風間隔布置，在四角位置處，配風處于均等狀態。盡管鍋爐在實際運行時，額外加裝了兩層OFA燃盡風，起到了降低NOx排放的目的。但在鍋爐滿負荷狀態下，通過在鍋爐出口延期進行NOx污染物濃度試驗，具體結果如表1所示。從中我們能夠認識到，相較國家規定標準，鍋爐實際氮氧化物排放依然存在整體偏高問題。

表1 對沖燃燒鍋爐NOx濃度排放試驗結果

通過結合實際生產情況進行問題原因分析，發現是因為OFA分級風量不足。且在主燃燒區中，缺乏有效的氧量控制，最終致使NOx污染物濃度排放居高不下。盡管可以選擇借助尾部脫硝系統，降低污染物排放濃度。但脫硝系統在實際運行時，消耗的能源較高，很容易增大鍋爐運行成本。同時，針對當前采用的對沖燃燒鍋爐而言，燃燒器配置為均等配風燃燒器，且整體布置較為分散。而在實際進行運行時，由于二次風混入過早，從而增大了爐內燃燒的控制難度，這對后續鍋爐結渣防治也會造成不利影響。考慮到該鍋爐現有的爐膛空間較大，因此，在實際進行鍋爐低氮燃燒改造時，可拆除鍋爐當下的燃燒器OFA，再更換燃燒器所有噴口，科學合理地進行爐內射流布局，有效擴大鍋爐燃盡空間與還原空間。最終通過充分利用爐膛空間優勢，提高鍋爐的防渣、防腐蝕效果，同時，還能夠顯著提高鍋爐的燃燒效率，降低NOx的排放濃度。以下是對對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造技術的具體分析。

2 對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造技術應用原則

基于上述沖燃燒鍋爐運行存在的問題分析，在實際進行改造時，除了要注重降低NOx的排放濃度，還應提高對爐膛邊部條件限制，確保還原高度足夠高，燃盡較為充分，才能既能夠達到降低NOx的排放濃度的目的，還能夠確保鍋爐效率不受影響，反而能夠起到提升的作用。在該鍋爐中，采用的煤質有著較好的揮發性，因此，比較適合采用空氣分級降NOx技術。但若采用該技術，在鍋爐內，還需要重新分布過量空氣系數，并防止在局部區域，發生鍋爐結渣及高溫腐蝕的現象，不利于鍋爐的安全運行。基于此，在本次改造中，結合鍋爐當前運行實際，可遵循以下改造原則：針對燃盡風部分，進行全面改造。針對主燃燒器部分，則選擇更換二次風噴口、貼壁風噴口與一次風組件，從而能夠在達到改造目的的基礎上，降低設備量和施工量。具體改造技術應用如下。

3 對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造技術應用分析

（1）縱向三區分布改造。NOx在實際生成時，一般分為三種類型，一是燃料型，二是熱力型，三是快速型。其中對燃料型而言，約占總NOx的90%左右，因此是降低NOx排放濃度主要控制對象。而熱力型NOx次之，主要受爐內局部高溫影響所產生，也需要采用針對性措施，加強控制。快速型NOx生成量最少，可以忽略不計。在本次燃燒器改造后，縱向可分為三個區域。按照從上至下的順序，分為氧化燃燒區、還原區與燃盡區。在改造時，通過對現有的主燃燒器各噴口進行更換，重新分配各層二次風風率。其中在主燃燒器區域中，布置四層高位OFA燃盡風，約占20%總風量。因此，在降低燃料型及熱力型NOx排放濃度方面，能夠起到更好的效果。在主燃燒器區域內，重新組合分配一二次風噴口。而在一次風噴口中，采用空間濃淡燃燒技術，做好組合分布，通過對縱向過量空氣系數分布控制，能夠在有效降低NOx排放濃度的同時，確保鍋爐運行高效穩定。針對燃盡風，從原有大風箱上引出，然后再與風道進行連接。風道由于承受較大壓力，因此，需要采用A3鋼進行制造。最終通過風道向上引進新布置的燃盡風箱內。

（2）橫向雙區分布改造。在橫向雙區分布改造中，需要調整爐內一、二次風切圓。并選擇在合理位置處，布置有貼壁風噴口。在爐膛截面上，能夠形成中心區與近壁區分布。其中在中心區，煤粉濃度、氧濃度以及溫度一般比較高。而在近壁區，溫度以及煤粉濃度相對較低。氧氣濃度比較適宜。通過進行貼壁風噴口，可以確保壁面有著充足的氧氣供應，能有效避免在該位置處，發生結渣與高溫腐蝕問題，同時，也不會對主射流方向造成影響。因此，在本次改造中，采用一次風和SOFA燃盡風反切切圓布置方式，而針對二次風，則采用了正切布置方式，能夠有效提高鍋爐的燃燒安全穩定性，促進鍋爐燃燒更加充分。

（3）燃盡風布置改造方案。在燃盡風改造布置中，采用了高位燃盡風布置方式，確保還原高度充足。與此同時，本次改造分四層布置燃盡風。確保在實際運行時，能夠至少有一層備用，從而更加有利于后續通過不同層進行靈活組合，從中獲得最優燃盡風位置。在下兩層燃盡風改造設計中，采用的噴口能夠左右擺動。如此一來，能夠提高燃盡效果，并對爐膛出口兩側煙溫偏差進行有效調整。而針對上層燃盡風噴口改造，則選擇采用能夠上下擺動地噴口，從而更加便于燃盡高度的調整，既能夠保障鍋爐燃燒充分，又能夠提高燃燒效率，還能夠結合實際，調整爐膛出口煙溫度。此外，在燃盡風噴口出口改造方面，還采用了橢圓噴口出口，從而能夠有效提高燃盡風氣流的穿透性。通常而言，做好燃盡風布置，對鍋爐低氮燃燒改造效果有著非常重要的影響。在實際改造時，通過打開鍋爐兩側墻大風箱上蓋，然后向上延接燃盡風道，一直接至燃盡風噴口處。對燃盡風道而言，改造要求流通面積較大，且與原大風箱相連通，形成統一的等壓大風箱。爐內采用切圓燃燒時，煤粉及空氣均從四角射入爐內，如此一來，能夠形成一個切向燃燒火球。因為在后期，火球旋轉以及二次風射流剛性較弱。在火球中心位置處，通常會非常缺氧，若后期沒有進行充分混合，尤其是僅僅采用空氣分級技術，很容易增加飛灰可燃物，提高CO排放濃度，最終對鍋爐效率造成不利影響。

基于此，為有效解決這一問題，本次改造選擇在主燃燒器上方，布置類橢圓形穿透性強的燃盡風噴口。該SOFA噴口能夠水平、垂直擺動。且隨著角度的變化，能夠覆蓋后期爐膛的所有燃盡風。除此之外，SOFA還能夠通過調整爐膛火焰中心的有效方法，通過布置的四層SOFA噴口，可結合實際，靈活組合不同擺動角度的射流，能夠有效為爐膛中心進行氧氣的補充，讓后期混合更加充分，更有利于煤粉后期能夠充分燃盡。在兩側墻的爐膛中心位置處，布置SOFA上方的高位燃盡風，還能夠有效擴大還原區，提高射流對火焰氣流穿透性，從而促使NOx能夠充分燃盡的同時，提高鍋爐的運行效率。

4 結語

總而言之，當前在對沖鍋爐運行過程中，依然存在諸多問題，比如，鍋爐配風依然采用傳統的等風配置方案，導致NOx排放濃度居高不下，已經不再適合當前安全環保生產標準。基于此，需要加強對這些鍋爐問題的分析，并加強對沖燃燒鍋爐低氮燃燒改造技術的應用分析，從而在降低NOx排放濃度的同時，還能夠提高鍋爐的運行效率，促使鍋爐生產運行發揮更大作用。