480 t/h 鍋爐低氮燃燒器改造與運行優(yōu)化調(diào)整

單錦宏

(鹽城發(fā)電有限公司，江蘇鹽城 224003)

隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保壓力的與日俱增,燃煤電廠的NOx排放越來越受到重視，在降低NOx的排放方面，使用低氮燃燒器是一個重要的選擇，且具有應(yīng)用廣泛、結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點，是燃煤電廠NOx控制的首選技術(shù)[1，2]。

1 改造前鍋爐概況

鹽城發(fā)電有限公司10 號鍋爐為上海鍋爐廠2004年制造，2005年7 月投產(chǎn)，鍋爐型號為SG-480/13.7-M775 型，480 t/h 鍋爐超高壓自然循環(huán)鍋爐，鍋爐本體呈Π 型露天布置，采用全鋼雙排柱構(gòu)架懸掛結(jié)構(gòu)方式。燃燒器采用四角布置切向燃燒方式，在爐膛中心形成D700 mm的假想切圓，逆時針旋轉(zhuǎn)，燃燒器的箱體固定于水冷壁上，隨水冷壁一起向下膨脹；爐膛截面深×寬=9.6 m×9.6 m，寬深比為1:1，爐膛容積為2761 m3；燃燒器共設(shè)置四層一次風(fēng)噴嘴，“下下”、“下上”一次風(fēng)集中布置，采用水平濃淡分離燃燒技術(shù)；一次風(fēng)設(shè)計風(fēng)速為24 m/s，二次風(fēng)設(shè)計風(fēng)速為45 m/s，每組燃燒器各有二次風(fēng)擋板四組，均由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)單獨操作，燃燒器一次風(fēng)噴嘴除下一次風(fēng)不擺動，其余噴嘴均可手動上下擺動。制粉系統(tǒng)采用鋼球磨中間儲倉式乏氣送粉系統(tǒng)，每臺鍋爐共配置2 臺TDM350/600 型磨煤機(jī)。燃煤設(shè)計煤種為煙煤，目前正常為摻配煤入爐。

2 低氮燃燒器改造技術(shù)方案

更換現(xiàn)有燃燒器組件，包括四角風(fēng)箱、風(fēng)門擋板、燃燒器噴嘴體、角區(qū)水冷壁彎管等。對燃燒器進(jìn)行重新布置，主燃燒器整體下移，改變假想切圓直徑，調(diào)整各層煤粉噴嘴的標(biāo)高和間距，增加新的燃盡風(fēng)組件以增加高位燃盡風(fēng)量。更換A 層微油燃燒器和其他3 層一次風(fēng)噴口、噴嘴體及彎頭，一次風(fēng)全部采用上下濃淡中間帶穩(wěn)燃鈍體的燃燒器；采用新的二次風(fēng)室，適當(dāng)減小端部風(fēng)室、油風(fēng)室及中間空氣風(fēng)室的面積；主燃燒器區(qū)域下端部AA 及燃盡風(fēng)（OFA）、高位燃盡風(fēng)（SOFA）二次風(fēng)及一次風(fēng)為逆時針方向旋轉(zhuǎn),切圓直徑D831 mm，其他的二次風(fēng)改為與一次風(fēng)形成5°角偏置，順時針反向切入，形成橫向空氣分級；在燃盡風(fēng)室兩側(cè)和BC 兩層一次風(fēng)噴口之間加裝貼壁風(fēng)，風(fēng)量重新合理分配，并調(diào)整主燃燒器區(qū)一二次風(fēng)噴口面積，使一次風(fēng)速滿足入爐煤種的燃燒特性要求，主燃燒器區(qū)的二次風(fēng)量適當(dāng)減小，形成縱向空氣分級，改造后燃燒器主要設(shè)計參數(shù)如表1 所示。

表1 改造后燃燒器主要設(shè)計參數(shù)

在原主燃燒器上方增加3 層SOFA 分離燃盡風(fēng)噴口，在主燃燒器上部兩側(cè)墻大風(fēng)箱上蓋開孔,向上延接SOFA 燃盡風(fēng)道,與原大風(fēng)箱結(jié)構(gòu)相似,保持較大的流通面積，形成統(tǒng)一的等壓大風(fēng)箱，阻力小，供風(fēng)量能得到滿足，分配足量的SOFA 燃盡風(fēng)量，SOFA 噴口可同時做上下左右擺動。改造后燃燒器由下至上依次為：AA 二次風(fēng)、A 一次風(fēng)（微油燃燒器）、AB 二次風(fēng)、B 一次風(fēng)、BC 二次風(fēng)（帶貼壁風(fēng)）、C 一次風(fēng)、CD 二次風(fēng)（油）、D 一次風(fēng)、OFA 二次風(fēng)（帶貼壁風(fēng)）、SOFA1、SOFA2、SOFA3，改造后燃燒器分布方式如圖1 所示。

圖1 改造后燃燒器分布方式

3 改造后運行調(diào)試

（1）試驗中選取OFA，CD，BC，AB 二次風(fēng)門，在130 MW 左右負(fù)荷下保持不同的開度燃燒所得到的飛灰含碳量，以檢驗主燃區(qū)二次風(fēng)量大小對飛灰含碳量的影響。試驗過程中二次風(fēng)門開度從30%到100%，飛灰含碳量從3.6%降至1.6%，氮氧化物排放從250 mg/m3左右升至340 mg/m3左右。試驗結(jié)果表明二次風(fēng)門開度越大，飛灰含碳量越小，說明燃燒越充分，但是氮氧化物排放也隨之升高，而且主燃區(qū)局部熱負(fù)荷也增大，增加了主燃區(qū)結(jié)焦的可能性，因此運行中保持合適的二次風(fēng)門開度。

（2）在130 MW 負(fù)荷下測定，不同氧量對應(yīng)不同的NOx排放及CO 排放水平，試驗結(jié)果表明，當(dāng)實測氧量降低至2.0%以下時，會使CO 排放顯著激增，達(dá)到25 μL/L，尤其是尾部煙道的兩側(cè)達(dá)到35 μL/L 左右；增加氧量至3.0%時，CO 就會明顯降低，降至10 μL/L以下，但是NOx的排放也相應(yīng)會升高，因此在運行中應(yīng)盡量控制氧量在合理范圍內(nèi)。

（3）本次改造新增加了三層SOFA 燃盡風(fēng)，試驗為了檢驗SOFA 風(fēng)門開關(guān)對汽溫和氮氧化物的影響，為以后運行確定最佳開度，試驗選取SOFA3 進(jìn)行開關(guān)試驗。試驗結(jié)果表明，當(dāng)SOFA 高位燃盡風(fēng)開啟后，主汽溫有小幅上升3℃左右，再熱汽溫則變化不明顯，而氮氧化物從270 mg/m3左右降至240 mg/m3左右，下降30 mg/m3左右，降氮效果明顯。

（4）SOFA 燃盡風(fēng)擺角試驗在130 MW 負(fù)荷下進(jìn)行，投入主、再熱汽溫調(diào)節(jié)自動，將擺角由水平位（50%）逐漸向下擺動至20%后，觀察主蒸汽溫度出現(xiàn)小幅降低，而再熱汽溫則變化不明顯，同時隨著擺角向下，還原空間相對減小，氮氧化物會略有升高，而后將擺角逐漸向上擺動，由20%逐漸擺至70%，主、再熱汽溫隨之升高5℃，減溫水量也隨之逐漸增大，而氮氧化物從約270 mg/m3降至約230 mg/m3，下降40 mg/m3。

4 改造后運行優(yōu)化調(diào)整

10 號爐調(diào)試期間，按廠家提供的配風(fēng)方式進(jìn)行配風(fēng)，即加減負(fù)荷時，調(diào)整燃盡風(fēng)門開度，二次風(fēng)門基本不作調(diào)整，加減負(fù)荷過程中，主、再熱汽溫波動幅度較大，在運行人員有準(zhǔn)備的超前調(diào)節(jié)、提前干預(yù)情況下，在120 MW 加至135 MW 負(fù)荷時，主汽溫度最高升至577℃；在110 MW 減至90 MW 負(fù)荷時，主汽溫度最低降至497℃。加、減20 MW 負(fù)荷時汽溫變化幅度達(dá)34℃，機(jī)組負(fù)荷自動控制（AGC）達(dá)不到調(diào)度要求，不能投入運行，廠家初期提供配風(fēng)方式如表2 所示。

表2 廠家初期提供配風(fēng)指導(dǎo) %

經(jīng)廠家和公司專業(yè)技術(shù)人員多次試驗分析，認(rèn)為主燃燒器區(qū)的二次風(fēng)量減小過大，阻力較大，送風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓較改造前增加，二次風(fēng)和燃盡風(fēng)配比與設(shè)計存在偏差是汽溫波動大主要原因。為減少汽溫波動，通過優(yōu)化運行，改變配風(fēng)方式和調(diào)整鍋爐燃燒方式，機(jī)組AGC 達(dá)到調(diào)度要求，投入運行。

（1）在加負(fù)荷時，為了防止主燃區(qū)過度貧氧，火焰中心上升，造成汽溫急劇升高，應(yīng)提前開啟二次風(fēng)門，給主燃區(qū)加氧，這樣可以阻止火焰中心上升，如果汽溫上升過快，可以將SOFA3 關(guān)閉，擺角下擺（百分比調(diào)?。?，待汽溫穩(wěn)定后再恢復(fù)，避免汽溫急劇升高。減負(fù)荷時，為了防止火焰中心迅速下移，應(yīng)提前將二次風(fēng)門關(guān)小，同時要保證氧量及時跟進(jìn)，避免出現(xiàn)大幅波動，減負(fù)荷時如果汽溫下降過快，將SOFA3 全開100%，擺角上擺（百分比調(diào)大），優(yōu)化后配風(fēng)方式如表3 所示。

（2）低氮改造前，鍋爐燃燒調(diào)整方式是保持A 層給粉機(jī)轉(zhuǎn)速并切換成手動，B，C，D 層給粉機(jī)投入燃燒自動控制，高低負(fù)荷時投停D 層給粉機(jī)。為控制加減負(fù)荷時汽溫波動，保持B 層給粉機(jī)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速并切換成手動，C 層、D 層給粉機(jī)投入燃燒自動控制，高低負(fù)荷時投停A 層給粉機(jī)，正常運行時，在低負(fù)荷下盡量保持甲磨運行，增加上層一次風(fēng)的帶粉量。通過配風(fēng)和燃燒方式調(diào)整，10 號機(jī)組加減負(fù)荷對鍋爐蒸汽參數(shù)汽溫的影響減少約10℃，投入機(jī)組AGC，達(dá)到調(diào)度要求。AGC 投入后，鍋爐排煙溫度和飛灰可燃物有一定上升。

表3 優(yōu)化運行后配風(fēng)方式

5 改造后性能試驗

鍋爐燃燒系統(tǒng)改造后，經(jīng)過燃燒系統(tǒng)調(diào)試，鍋爐原有特點及燃煤適應(yīng)性不變，鍋爐出力及主要運行參數(shù)達(dá)到基準(zhǔn)設(shè)計值，爐膛未發(fā)生生嚴(yán)重結(jié)焦及高溫腐蝕。改造前后性能考核試驗部分?jǐn)?shù)據(jù)如表4 所示。從表4可看出，低氮燃燒器改造后，氮氧化物及一氧化碳排放濃度、飛灰含炭量、排煙溫度、鍋爐效率等指標(biāo)均較改造前好轉(zhuǎn)，低負(fù)荷段主、再熱汽溫較改造前偏低，高負(fù)荷段減溫水量較改造前增加，鍋爐耗氧量較改造前增加，主要原因是燃燒器整體下移后，二次風(fēng)與燃盡風(fēng)配比與設(shè)計存在一定偏差，低負(fù)荷段火焰中心下移，主、再熱汽溫偏低；高負(fù)荷段，二次風(fēng)量供應(yīng)不足，燃盡風(fēng)過量，拉長燃燒區(qū)域，火焰中心上移，主、再熱汽溫上升，減溫水量上升。低氮燃燒器改造后機(jī)組性能試驗在穩(wěn)定工況下進(jìn)行，在實際機(jī)組運行中，為保證主、再熱汽溫滿足負(fù)荷調(diào)節(jié)性能要求，飛灰含炭量、排煙溫度、鍋爐效率等指標(biāo)和性能試驗工況存在一定偏差。

6 結(jié)束語

480 t/h 鍋爐因鍋爐爐膛空間較小，實施低氮燃燒器技術(shù)改造難度相對較大。本次10 號爐采用空氣分級和煤粉再燃燒技術(shù)方案進(jìn)行改造后，氮氧化物及一氧化碳排放濃度、飛灰含炭量、排煙溫度、鍋爐效率等指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，其中氮氧化物排放濃度從450～550 mg/Nm3降到260 mg/Nm3左右，達(dá)到國內(nèi)同類機(jī)組先進(jìn)水平，年減排氮氧化物800 t 左右。低氮燃燒器改造后，機(jī)組加減負(fù)荷過程中，主、再熱汽溫波動幅度較大，在優(yōu)化調(diào)整后雖基本達(dá)到調(diào)節(jié)要求，但犧牲了飛灰可燃物和排煙溫度和爐效一些指標(biāo)，在后續(xù)改造中應(yīng)對二次風(fēng)門風(fēng)道進(jìn)行調(diào)整，合理分配二次風(fēng)與燃盡風(fēng)分配比，減少送風(fēng)阻力，后續(xù)改造后應(yīng)重新進(jìn)行配風(fēng)優(yōu)化調(diào)整，并將二次風(fēng)門投入自動，以減輕運行人員操作強(qiáng)度。

表4 改造前后性能考核試驗部分?jǐn)?shù)據(jù)

[1]吳碧君，劉曉勤.燃煤鍋爐低NOx燃燒器的類型及其發(fā)展[J].電力環(huán)境保護(hù)，2004，20（3）：24-27.

[2]周俊虎，趙玉曉，劉建忠，等.低NOx煤粉燃燒器技術(shù)的研究進(jìn)展與前景展望[J].熱力發(fā)電，2005（8）：1-7.