630 MW火電機組低氮燃燒改造及運行優化策略探析

摘要：隨著全球能源需求不斷增長和環境污染問題日益嚴重，低氮燃燒技術作為有效降低氮氧化物排放的方法，在火力發電領域中得到有效應用，不僅可實現對氮氧化物生成的有效抑制，亦可對大氣環境影響的降低。如何借助低氮燃燒技術來促進火電機組的節能化、綠色化運行，已然成為火電廠關注重點。從630MW火電機組低氮燃燒改造要點的分析入手，在此基礎上闡明運行優化策略的具體實施。

關鍵詞：低氮燃燒火電機組運行優化參數

中圖分類號：TM621

AnalysisoftheLow-NitrogenCombustionTransformationandOperationOptimizationStrategyof630MWThermalPowerUnits

ZHANGYang

GuonengTaicangPowerGenerationCo.，Ltd.，Suzhou，JiangsuProvince，215433China

Abstract：Withthegrowingglobalenergydemandandtheincreasinglyseriousenvironmentalpollutionproblem，low-nitrogencombustiontechnologyhasbeeneffectivelyappliedinthefieldofthermalpowergenerationasaneffectivemethodtoreducenitrogenoxideemissions，whichcannotonlyeffectivelyinhibittheformationofnitrogenoxide，butalsoreducetheimpactontheatmosphericenvironment.Howtopromotetheenergy-savingandgreenoperationofthermalpowerunitswiththehelpoflow-nitrogencombustiontechnologyhasbecomethefocusofthermalpowerplants.Thispaperstartswiththeanalysisofthekeypointsofthelow-nitrogencombustiontransformationofthe630MWthermalpowerunit，andthenclarifiesthespecificimplementationofoperationoptimizationstrategies.

KeyWords：Low-nitrogencombustion;Thermalpowerunit;Operationoptimization;Parameter

縱觀當前我國火力發電行業的發展，作為主要燃煤發電設施的一種，630MW火電機組運行普遍存在氮氧化物排放量過大的問題，不僅影響周圍生態環境的平衡發展，亦對火電領域生態、社會效益的創造產生不利影響。為實現對氮氧化物排放的有效控制，需加大對火電機組低氮燃燒的改造力度，并借助運行優化策略的實施來提升燃燒效率，為火電廠運行成本的優化控制提供助力。

1630MW火電機組低氮燃燒改造要點

1.1燃燒器結構調整

作為630MW機組中的關鍵組成，燃燒器結構與氮氧排放控制之間存在密切關聯。鑒于此，要想進一步提升機組低氮改造效果，需提高對燃燒器結構調整的重視度，具體措施敘述如下。

（1）燃燒器噴嘴優化。依據低氮燃燒要求對燃燒器噴嘴進行優化設計，以促進燃料與空氣混合效果的改善。對此，可結合對630MW火電機組特點的分析，借助多級噴嘴，或調整噴嘴的形狀和尺寸，以提高燃燒效率和降低氮氧化物的生成。以某機組為例，為進一步提升燃燒效果，選擇將分離燃盡風噴嘴設置于原燃燒器上方，在運行期間噴嘴可支持上下、左右擺動。（2）燃燒器燃燒區域調整。即對燃燒器燃燒區域加以調整，實現燃燒過程的優化。如以分層燃燒為基準，將燃料和空氣分為多個層次，以提高燃燒效率和降低氮氧化物排放[1]。（3）燃燒器進風口和出口優化。依據實際運行情況，對燃燒器進風口和出口加以改造設計，改善燃燒過程中的流場分布和氣流動態特性。如通過增加進風口面積、調整進風角度、設計合理出口擴散器，有效抑制氮氧化物的生成。（4）改造期間適當對底部一次風、端部風切圓進行縮減，但旋轉方向仍以逆時針為主；并按照順時針方向切入其余二次風，以期在運行期間讓一次風與二次風生成角度相對偏小的偏置，以實現對橫向空氣分級的形成。以自上而下為基準，燃燒器依次包括SOFA燃盡風、OFA貼壁風、F層一次風、E層一次風、CD層一次風等。

1.2省煤器出口氧量優化

機組運行期間鍋爐熱效率受到未燃碳熱損失、排煙熱損失、CO熱損失的直接影響，且未完全燃燒熱損失則與鍋爐總風量變化存在密切關聯。通常情況下，總風量過大極易導致排煙熱損失增加，而過小則出現CO熱損失增加情況。鑒于此，可對總風量利用省煤器出口氧量值進行表征，通過對出口氧量優化將CO熱損失、排煙熱損失控制在預期范圍內。以630MW負荷為基準，鍋爐燃燒過程隨著運行氧量的下降呈現出推遲狀態，過熱器與再熱器受到火焰中心向上偏移的影響，其敷設受熱面吸熱量明顯增加。但若保持低氧量運行狀態，送引風機處理會隨著鍋爐總風量的減少而下降，以實現對風機電流的有效控制[2]。鑒于此，可基于對風機能耗、降溫水流量等因素的分析，確定運行氧量與機組負荷的最佳關系，具體如表1所示。

1.2.1配風方式優化

運行期間鍋爐主氣溫、CO排放濃度、排煙溫度、NOx排放濃度均受到配風方式應用的直接影響。鑒于此，為實現對鍋爐NOx排放濃度的優化控制，可結合對機組實際條件、特點的分析，對SOFA1、SOFA2、SOFA?GesO4HeSGgX+PIpmn1/gOw==;3下層燃盡風風門進行合理關小，以實現對NOx還原區域的合理擴大，通過充分化學反應來提升NOx的吸收效果。在實際改造優化過程中，對于二次風門在不同負荷下的開度控制，其中BC、DE輔助風開度需控制在90%；FF輔助風開度控制在40%；SOFA1、SOFA2、SOFA3、SOFA4分別控制在30%、40%、50%、100%。

1.2.2SOFA擺角優化

即結合NOx低排放要求的分析，在改造期間涉及對燃盡風噴嘴的優化。同時，噴嘴擺動角度的合理控制，與火焰中心高度控制存在密切關聯，可通過對擺角位置的合理確定，進一步提升燃盡區的空氣分布效果，以期將NOx含量控制在預期范圍內。通過實驗得知，以10°為基準來控制SOFA水平擺角右擺，其NOx排放濃度可下降超過28mg/m3，且CO排放濃度可控制在80ul/L范圍內[3]。

1.2.3燃燒調控系統改進

630MW火電機組運行期間氮氧化物的排放控制受到燃燒調控系統應用的直接影響。鑒于此，要想降低火電機組運行對周圍生態環境的影響，需通過改造調控系統來實現低氮燃燒，具體調整要點敘述如下。

（1）燃燒過程監測與分析。即在機組運行期間，借助調控系統對燃燒過程中關鍵參數實時監測，具體包括燃燒溫度、壓力、氧濃度等，以科學、準確地分析燃燒過程的運行狀態和特性，并為燃燒調控策略的優化制定提供參考。（2）智能化控制系統應用。火電廠可加大對智能化控制系統的引進力度，實現對燃燒過程的精確和自動化控制。鑒于此，可依據自身條件與能力的分析，借助控制算法和模型預測技術，結合機器學習和人工智能的方法，實現燃燒調控系統的智能化優化和自適應控制。（3）燃燒調控與其他系統集成。即以低氮燃燒為目標，將燃燒調控系統與其他關鍵系統進行集成，實現燃燒過程的協同控制和優化。如在運行期間保持與燃燒器噴嘴、進風系統、排煙系統等關鍵部件的協同工作，通過提升提高燃燒效率來實現低氮控制。此外，需在改造期間開展實驗驗證和數據分析，以評估燃燒調控系統改進的效果，并根據實際情況進行進一步優化和調整[4]。

2630MW火電機組低氮燃燒運行優化策略

2.1排放控制技術應用

要想進一步提升630MW火電機組的低碳燃燒效果，需以排放控制技術的有效應用為關鍵。鑒于此，需在機組運行優化過程中，提高對排放控制技術的應用力度，具體包括：（1）返料煙氣再循環技術。該技術可將一部分煙氣回收并再循環到燃燒器中參與燃燒過程。以降低燃燒溫度和氧濃度，減少氮氧化物的生成。需注意的是，返料煙氣再循環技術通常需配備再循環系統和控制裝置。（2）氮氧化物減排裝置的應用。即根據機組運行情況合理配備氮氧化物減排裝置，可在燃燒過程中捕捉和轉化氮氧化物。在實際運行過程中，可視情況選用SCR裝置、SNCR裝置，并通過對催化劑和再循環系統的配備，以獲取更為理想的氮氧化物減排效果。（3）運行和維護管理。要求人員在機組運行期間加大對維護管理的實施力度，以確保排放控制符合預期要求，如定期開展設備檢查和維護，及時進行故障診斷和修復，以促進氮氧化物減排效果持續優化

2.2氮氧化物排放監測

為避免氮氧化物排放過多影響到周圍生態環境發展，并對人體健康造成威脅，火電廠需重視對氮氧化物排放的全面監測?；诖耍枰罁?30MW火電機組特點的分析，結合以下幾點來實現有效監測。

一是排放監測設備安裝。在明確機組運行現狀的前提下，在燃燒系統中安裝氮氧化物排放監測設備，如氮氧化物分析儀和連續排放監測系統，以實時監測和記錄燃燒過程中氮氧化物的濃度和排放量。二是排放監測參數的選擇。基于對燃燒過程中氮氧化物特性和排放要求的分析，選擇合適的監測參數，如通過氧化物總量、分子式、濃度、排放速率等的監測，了解氮氧化物的生成和排放情況[5-6]。三是排放監測數據分析與報告。即在運行期間重視對氮氧化物排放監測數據的分析，評估低氮燃燒效果的達成。根據監測數據的變化趨勢和統計信息，判斷燃燒過程中氮氧化物的生成和排放情況。同時，需按照相關要求，規范編制排放監測報告，記錄和匯總監測結果，以便后續的評估和改進。

3運行效果分析

3.1低氮燃燒改造后的排放數據分析

低氮燃燒改造是火電廠實現氮氧化物排放控制的有效舉措，通過對某火電廠進行低氮燃燒改造，對低氮燃燒效果進行評估，具體的數據分析表現在以下幾方面。

（1）改造后鍋爐NOx排放濃度呈明顯下降態勢，其降幅控制在40%左右，其最高排放濃度不超過50mg/m3。

（2）改造后CO濃度降低至58UL/L，且再熱器減溫水用量降低約10t/h，鍋爐熱效率修正后提升至93.67%，風機電流合計降低約40A，進一步凸顯出低氮燃燒改造的有效性。

（3）以典型工況為前提，鍋爐排煙溫度實測約為138.6℃，修正后控制在132.5℃左右。

依據對排放數據分析，改造后該火電廠排放數據顯示明顯下降，達到了預期的減排目標。且低氮燃燒改造方案在降低氮氧化物排放方面取得顯著的成果，有效提升燃燒系統的環保性能。

3.2經濟性分析

該火電廠通過實施一系列改造與優化策略，包括設備更新、工藝改進和能源管理等。在實現效能和經濟性顯著提升的同時，將運營成本控制在預期范圍內。首先，對改造與優化的成本進行詳細分析，該火電廠設備更新的投資成本為500萬，每年的運營成本為100萬，維護成本為50萬。改造與優化策略實施后，火電廠每年的節約成本為200萬元人民幣。根據成本和效益的分析結果，計算改造與優化策略的投資回收期，其中該火電廠改造與優化的投資回收期約為3年，且改造與優化策略實施后，火電廠的年均投資回報率為約為20%。

4結語

綜上所述，630MW火電機組的低氮燃燒改造與優化，可在增大火電廠生態效益創造的同時，為火電廠運行成本與氮氧化物排放量控制提供保障。鑒于此，需在科學制定機組改造方案的基礎上，借助科學對策來促進火電機組運行優化，繼而為火電廠可持續發展保駕護航。

參考文獻

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[3]楊佰清.300MW火電機組鍋爐低氮及脫硝改造后存在的問題分析[J].科學技術創新，2019（14）：195-196.

[4] 蒙濤，康志忠，梁雙榮.330MW火電機組鍋爐旋流低氮燃燒技術改造及模擬分析[J].潔凈煤技術，2021，27（6）：108-114.

[5] 高午印.淺談火電廠鍋爐低氮燃燒改造與運行優化調整[J].電力設備管理，2023（7）：228-230.

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