300 MW機組鍋爐燃燒系統(tǒng)低氮改造與效果分析

盧紅書

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271100）

發(fā)電技術(shù)

300 MW機組鍋爐燃燒系統(tǒng)低氮改造與效果分析

盧紅書

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東萊蕪271100）

為了保護環(huán)境，進一步提高鍋爐熱效率，根據(jù)某300 MW機組鍋爐運行狀況，分析了燃燒系統(tǒng)存在的問題，提出了燃燒系統(tǒng)低氮改造措施。經(jīng)試驗驗證，鍋爐低氮改造后，鍋爐NOX排放量大幅減少，排放濃度降到了280 mg/m3，鍋爐熱效率也略有提升。

300 MW；鍋爐；低氮；燃燒器

1 鍋爐運行現(xiàn)狀

華電國際萊城發(fā)電廠1號機組額定負荷為300 MW，鍋爐設(shè)計煤種為山西煤與濟北混煤，但實際入爐煤已經(jīng)偏離設(shè)計和校核煤種，為貧煤、劣質(zhì)煙煤、褐煤的混合，煤質(zhì)較差。在原設(shè)計中采用濃淡分離燃燒來降低鍋爐NOX的生成排放、實現(xiàn)穩(wěn)燃及燃盡的要求，但在對設(shè)計的分析和實際運行中發(fā)現(xiàn)以下幾個問題：

（1）燃煤品質(zhì)較差。入爐煤灰分達30%～43%，揮發(fā)分24%～26%，發(fā)熱量15～18 MJ/kg，設(shè)計煤種品質(zhì)分析見表1。

劣質(zhì)的入爐煤無疑給鍋爐的安全經(jīng)濟運行帶來了巨大的壓力，如燃燒效率較低、穩(wěn)燃性差、燃燒器及水冷壁附近結(jié)渣、NOX排放濃度很高等各種問題變得更加嚴重，表明了鍋爐煤粉燃燒器及燃燒系統(tǒng)的煤種適應(yīng)性較差。

（2）NOX排放濃度很高。由于鍋爐燃煤品質(zhì)差，磨煤機一次風(fēng)量和鍋爐運行氧量比以前高，NOX排放濃度提高，煙氣NOX排放濃度約550～800 mg/m3（干基、標態(tài)、6%O2、5%NO2），最高達835 mg/m3。而《火電廠大氣污染物排放標準》規(guī)定，從2014年1月1日開始，重點地區(qū)所有火力發(fā)電機組NOX排放濃度標準要低于100 mg/m3，而非重點地區(qū)2003年以前投產(chǎn)的機組低于200 mg/m3[1]。

表1 設(shè)計煤種品質(zhì)分析

因此，根據(jù)燃煤品質(zhì)較差的情況，有必要對1號鍋爐的燃燒系統(tǒng)進行改造，提高燃燒系統(tǒng)的性能并降低NOX的排放濃度。

2 燃燒系統(tǒng)問題分析

對1號鍋爐燃燒系統(tǒng)進行深入分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題。

（1）原采用彎頭分離上濃下淡的WR燃燒器[2]，煤粉濃淡分離效果不佳，燃燒初期NOX降低的效果一般，同時大量燃燒器周界風(fēng)的進入，對于穩(wěn)燃和降低NOX都不利；采用上濃下淡的煤粉射流裝置，不能較好地實現(xiàn)爐膛燃燒風(fēng)包粉的技術(shù)要求，在爐膛旋轉(zhuǎn)氣流的作用下，主燃燒區(qū)域內(nèi)煤粉射流貼近水冷壁，從而更易導(dǎo)致結(jié)渣和高溫腐蝕的發(fā)生。

（2）原煤粉燃燒器噴嘴出口采用鈍體分離及煤粉導(dǎo)流形式[3]，鈍體運行環(huán)境惡劣，既要承受煤粉沖擊磨損，又處于高溫環(huán)境，鈍體使用壽命縮短，一年左右時間就須更換。

（3）原設(shè)計通過同心反切圓燃燒技術(shù)保護水冷壁，但在實際運行中并不能降低煙溫偏差，一、二次風(fēng)大夾角反向進入爐膛。如果爐膛內(nèi)氣流按設(shè)計逆時針旋轉(zhuǎn)，煤粉射流周圍沒有二次風(fēng)射流保護，將不能防止水冷壁高溫腐蝕。該設(shè)計違背四角切圓燃燒的“鄰角點燃”著火原理，不利于鍋爐的低負荷不投油穩(wěn)燃。

（4）在原CE擺動燃燒器技術(shù)設(shè)計[4]中，噴嘴與壁面間隙過大（12 mm），漏風(fēng)較大，這不利于控制NOX的生成，特別在鍋爐低負荷運行中還會導(dǎo)致NOX大幅上升。油風(fēng)室噴嘴出來的旋流風(fēng)又容易快速地混入一次風(fēng)煤粉中，也不利于降低NOX的生成。

（5）原設(shè)計燃燒系統(tǒng)頂部2層燃盡風(fēng)射流對降低NOX效果不明顯，雖然有一定反切動量，但其反切角度和反切動量都較小，射流裝置緊貼主燃燒區(qū)域，對降低NOX和爐膛消旋的作用不明顯。

3 燃燒系統(tǒng)低氮改造方案

在不改變鍋爐其他設(shè)備及運行參數(shù)，如制粉系統(tǒng)、各級受熱面大小、熱風(fēng)溫度等[5]，盡量減少改造工作量的前提下，經(jīng)過詳細地分析研究，此次鍋爐燃燒系統(tǒng)改造工作主要包括如下幾部分。

（1）在距離最上層燃燒器中心線約7.1 m位置處布置4層剛性大覆蓋的SOFA（分離式燃盡風(fēng)）噴嘴裝置[6]。大空間垂直分離的SOFA燃燒裝置包括噴嘴、燃盡風(fēng)角風(fēng)箱、風(fēng)門、大風(fēng)箱、風(fēng)道及擺動機構(gòu)。SOFA風(fēng)量占燃燒總風(fēng)量的29%左右，這樣在爐膛的縱向空間上，分為主燃燒區(qū)和上部燃盡區(qū)，中間為大空間的NOX還原區(qū)，如圖1、圖2所示。

圖1 爐膛縱向空間區(qū)域分布

圖2 水平截面燃燒組織示意

（2）除下層小油槍煤粉燃燒器以外，將原設(shè)計的煤粉燃燒器，全部改為帶對置丘體高效濃淡分離裝置的水平濃淡煤粉燃燒器[7]（濃淡比為8∶2～7∶3），同時濃一次風(fēng)煤粉射流反切逆向進入爐膛向火面，在強化爐膛下部主燃燒區(qū)域煤粉穩(wěn)燃能力的基礎(chǔ)上，大大地降低了NOX的濃度，同時防止煤粉噴嘴鈍體的磨損。

（3）采用CEE高效低氮燃燒技術(shù)，以爐內(nèi)空間分級燃燒、煤粉濃淡高效分離技術(shù)為核心，構(gòu)成爐內(nèi)超低NOX燃燒排放、煤粉高效穩(wěn)燃、高燃盡、少結(jié)渣、防高溫腐蝕的爐內(nèi)燃燒動力場特性。通過爐內(nèi)燃燒區(qū)域大空間分離的SOFA射流、水平濃淡分離一次風(fēng)煤粉射流、向火側(cè)/背火側(cè)貼壁二次風(fēng)射流的組合[8]，在爐膛垂直方向的燃燒器區(qū)域中心，形成了高煤粉濃度的著火穩(wěn)燃區(qū)和較高溫度、較高煤粉濃度和較低氧氣的主燃燒區(qū)域，SOFA噴嘴設(shè)置情況如表2所示。

表2 SOFA噴嘴設(shè)置

在爐膛垂直方向的主燃燒區(qū)與燃盡區(qū)之間的大空間NOX還原區(qū)[9]以及水平截面上，由于一次風(fēng)煤粉水平濃淡分離，極大地降低了爐膛燃燒的NOX生成排放；在距整個燃燒區(qū)域頂部一定距離處投入SOFA，構(gòu)成了煤粉的燃盡區(qū)。

（4）在SOFA區(qū)域，采用剛性大覆蓋的SOFA射流，以強化未燃盡煤粉的富氧燃燒，提高煤粉燃盡率同時降低CO含量，減少進入爐膛上部及水平煙道的煙氣溫度偏差，消除鍋爐兩側(cè)汽溫偏差。

（5）在主燃燒器區(qū)域，布置有5層組合型雙向貼壁二次風(fēng)噴嘴射流[10]，在靠近水冷壁區(qū)域形成具有較低溫度、較低CO濃度、低煤粉、高氧量的防結(jié)渣及高溫腐蝕區(qū)。

（6）在熱風(fēng)道下端合適的位置開孔引出燃盡風(fēng)風(fēng)道，將二次風(fēng)在未進入主燃燒器大風(fēng)箱之前直接引至燃盡風(fēng)大風(fēng)箱，并且加裝導(dǎo)流板，可以降低二次風(fēng)的阻力約30%，從而降低了廠用電。

4 改造效果分析

4.1 NOX生成量

在空氣預(yù)熱器出口兩側(cè)煙道，使用KM-9106儀器以網(wǎng)格法測量NOX與CO，每15 min測量1次。在300，225，180 MW負荷下的試驗結(jié)果如表3所示。從表3可以看出，NOX生成量明顯降低。利用爐膛紅外測溫儀測量顯示爐膛火焰中心溫度約為1 300℃，改造前的鍋爐同樣負荷時約為1 500℃。

表3 不同負荷下的NOX生成量

4.2 鍋爐效率

在環(huán)境溫度30℃的額定負荷下，進行了鍋爐性能試驗，結(jié)果見表4。改造后爐渣含碳量增加較大，但低于5%的標準；飛灰含碳量有所下降；由于改造后燃燒距離拉大、火焰中心抬升、爐內(nèi)火焰充滿度較好，排煙溫度較低，降低了排煙熱損失；改造后的鍋爐效率略有提高。鍋爐的熱損失情況見表5。

表4 額定負荷下鍋爐性能試驗對比

表5 額定負荷下鍋爐熱損失對比

改造后的煙溫偏差很小，一般在20℃以內(nèi)。鍋爐主汽壓、汽溫都能達到設(shè)計值。過熱器減溫水量很少，雖然再熱器壁溫有時較高，但也都在控制范圍以內(nèi)。

5 結(jié)論

300 MW機組鍋爐燃燒系統(tǒng)經(jīng)過低氮改造后，NOX排放量大幅下降，大于50%機組額定負荷工況下鍋爐的NOX排放濃度均不超過300 mg/m3（O2= 6%），不同負荷下CO排放濃度不高于100 μL/L，鍋爐熱效率也略有提升。其他鍋爐主要運行參數(shù)如再熱蒸汽溫度的控制仍然采用擺動噴嘴調(diào)節(jié)，爐膛出口煙溫不超過原設(shè)計值；鍋爐在不同負荷下運行時，主汽、再熱汽溫度與原設(shè)計保持不變；減溫水量也與改造前基本相同；各受熱面管壁溫度不超限，爐膛出口左右兩側(cè)煙溫偏差不大于20℃，過熱器和再熱器兩側(cè)出口的汽溫差小于5℃。

原鍋爐燃燒控制模式、運行操作的規(guī)程及要求維持不變，控制系統(tǒng)不變。燃燒系統(tǒng)經(jīng)過改造后，對揮發(fā)分20%～45%的貧煤、次煙煤、煙煤等煤種的適應(yīng)性有了很大提高。

[1]國家環(huán)境保護局.GB 13223-2011火電廠大氣污染物排放標準[S].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.

[2]梁立剛，孟勇，吳生來.1 025 t/h鍋爐改造后運行優(yōu)化及NOX排放特性試驗研究[J].熱力發(fā)電，2013，42（1）: 63-66.

[3]李衍平.300 MW燃煤鍋爐空氣分級低NOx燃燒系統(tǒng)改造技術(shù)[J].黑龍江電力，2013，35（3）:272-274.

[4]胡志宏，李德功，邵紅軍，等.600 MW機組鍋爐低氮燃燒改造[J].熱力發(fā)電，2014（4）:131-134.

[5]朱明，張忠孝，周托，等.1 000 MW超超臨界塔式鍋爐爐內(nèi)水冷壁壁溫計算研究[J].動力工程學(xué)報，2012，32（1）:1-9.

[6]鄒磊，梁紹華，岳峻峰，等.1 000 MW超超臨界塔式鍋爐NOX排放特性試驗研究[J].動力工程學(xué)報，2014（2）: 169-175.

[7]高鵬，高明，張建文，等.600 MW機組鍋爐低氮燃燒器改造試驗研究[J].熱力發(fā)電，2013，42（4）:43-46.

[8]劉志江.低氮燃燒器改造及其存在問題處理[J].熱力發(fā)電，2013，42（3）:77-81.

[9]徐揚，張純潔，王國清.600 MW鍋爐低NOX燃燒系統(tǒng)及磨煤機旋轉(zhuǎn)分離器改造技術(shù)分析[J].黑龍江電力，2013（5）:442-445.

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（本文編輯：陸瑩）

Low NOXCombustion Reformation of Burning System of 300 MW Unit Boilers and Effect Analysis

LU Hongshu
（Laicheng Power Plant of Huadian Power International Corporation Limited，Laiwu Shandong 271100，China）

Aiming at environmental protection and further improvement of thermal efficiency of boilers，according to operating status of 300 MW unit boilers，the paper it analyzes problems in the burning system and proposes measures for low NOXreformation of burning system.As it is proved by test that after the reformation,emissions of NOXis greatly reduced and the concentration is lowered to 280 mg/m3；in addition，thermal efficiency of boilers is somewhat improved.

300 MW；boiler；low NOX；burner

X701.7

B

1007-1881（2015）01-0037-04

2014-05-19

盧紅書（1977），女，工程師，從事火力發(fā)電廠集控運行管理工作。