低氮燃燒技術(shù)在330MW燃煤發(fā)電機(jī)組的應(yīng)用

蔣忠

近年來國(guó)務(wù)院及環(huán)保部相繼出臺(tái)了一系列嚴(yán)格的環(huán)保政策，要求燃煤發(fā)電機(jī)組在2014年7月1日后煙氣中NOx排放濃度不超過100mg/Nm3。響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，我公司勢(shì)必對(duì)6臺(tái)燃煤機(jī)組實(shí)施進(jìn)行煙氣脫硝改造，為確保煙氣脫硝裝置投運(yùn)后的NOx排放不超過100mg/Nm3，公司進(jìn)行了認(rèn)真調(diào)研，決定先對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行低氮改造，以實(shí)現(xiàn)爐膛出口NOx濃度不超過200mg/Nm3，為后期脫硝改造打下基礎(chǔ)。本文以#6機(jī)組為例介紹了我公司低氮燃燒改造過程。

1.分級(jí)燃燒技術(shù)的脫硝原理

鍋爐NOx的生成主要取決于燃燒區(qū)域的氧量和火焰溫度，氧量越大或溫度越高則NOx生成越多。分級(jí)燃燒技術(shù)的原理就是在燃燒器前部加裝濃淡分離器，并在燃燒器上部合理布置空氣噴口（SOFA，俗稱火上分）。濃淡分離器使制粉系統(tǒng)噴入爐內(nèi)的風(fēng)粉混合物（一次風(fēng)）分為濃淡兩相，濃相在內(nèi)，淡相在外。濃相集中相對(duì)區(qū)域著火時(shí)，火焰溫度雖高，但是氧量相對(duì)較少，故生成NOx的幾率相對(duì)減少;淡相在外，氧量雖大，但由于距火焰集中區(qū)域較遠(yuǎn)，溫度較低，故NOx的生成也不會(huì)很多。另外，在鍋爐燃燒器上方布置SOFA噴口的目的，是為了在燃燒器上部構(gòu)建充分的燃燒區(qū)域，使?jié)庀嗳毖跞紵髿埩舻目扇汲煞荼辉俅纬浞秩紵嵘仩t效率的同時(shí)減少爐膛結(jié)渣。

2.改造概況

2.1概述

江陰蘇龍熱電有限公司#6機(jī)組裝機(jī)容量330MW，鍋爐為亞臨界、一次中間再熱、控制循環(huán)汽包爐，單爐膛、Π型露天布置，全鋼架懸吊結(jié)構(gòu)，平衡通風(fēng)，固態(tài)排渣，設(shè)計(jì)燃燒煤種為高揮發(fā)份煙煤，采用擺動(dòng)式燃燒器、四角布置切圓燃燒方式，配用雙進(jìn)雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)。

2.2鍋爐燃燒系統(tǒng)改造

鍋爐原設(shè)計(jì)采用單爐膛四角布置的擺動(dòng)式直流燃燒器切圓燃燒方式，配以3臺(tái)雙進(jìn)雙出正壓直吹式制粉系統(tǒng)，共有6層一次風(fēng)噴嘴，其中4層運(yùn)行即可帶額定負(fù)荷。燃燒器采用WR同軸一次風(fēng)燃燒器，上部?jī)蓪硬贾镁o湊型OFA空氣噴口。

本次改造采用大改方案，更換現(xiàn)有的全部主燃燒器，重新布置燃燒器一二次風(fēng)射流方向;增加貼壁風(fēng)噴口;在主燃燒器上部加裝SOFA噴口，將原鍋爐側(cè)墻二次風(fēng)風(fēng)箱上取風(fēng)引入SOFA噴口;主燃燒器區(qū)風(fēng)箱風(fēng)道、擋板風(fēng)箱、風(fēng)門執(zhí)行器及擺動(dòng)氣缸等全部更換，以實(shí)現(xiàn)燃燒器改造后的可靠控制和精確配風(fēng)，主要改造項(xiàng)目如下：

2.2.1更換6層四角主燃燒器一二次風(fēng)組件、風(fēng)箱風(fēng)道、擋板風(fēng)箱及電氣、熱工附件;2.2.2在燃燒器組上方新增高位燃燼SOFA風(fēng)風(fēng)道、膨脹節(jié)、風(fēng)箱、擋板風(fēng)箱、噴口、風(fēng)門執(zhí)行器、擺動(dòng)執(zhí)行器;2.2.3主燃燒器區(qū)水冷壁管屏開孔、燃燼風(fēng)區(qū)域水冷壁割斷，由上海鍋爐廠按照先要求重新設(shè)計(jì)制造水冷壁，采用彎管焊接方式進(jìn)行恢復(fù);2.2.4原油槍點(diǎn)火器、火焰檢測(cè)器、微油燃燒器及油槍利舊，保護(hù)拆除恢復(fù);2.2.5一次風(fēng)管安裝可調(diào)縮孔，根據(jù)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行調(diào)整;2.2.6新增電氣、儀表及控制設(shè)備，包括電源盤、控制柜、電纜等;2.2.7新增支吊架、樓梯平臺(tái)、檢修起吊設(shè)施、防腐、保溫設(shè)計(jì)等相應(yīng)附屬設(shè)備。

改造后實(shí)現(xiàn)#2、#4角一次風(fēng)順時(shí)針切圓，#1、#4角一次風(fēng)對(duì)沖布置。AA層下端部風(fēng)射流方向與一次風(fēng)相同，其它二次風(fēng)與一次風(fēng)順時(shí)針方向偏離較小度角，最終在爐內(nèi)形成順時(shí)針較小的切圓，同時(shí)為了保護(hù)水冷壁及形成水平空氣分級(jí)，在四層二次噴口上布置了貼壁風(fēng)結(jié)構(gòu)。

與原燃燒器相比，最上層一次風(fēng)通過重新布置，距過熱器的距離增加約1280mm，建立了更大的燃燒還原區(qū)，防止?fàn)t膛出口煙溫增加從而保證了汽水參數(shù)正常。此外，SOFA噴口設(shè)計(jì)成上下左右擺動(dòng)型（上下±30度，左右±10度），以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行值班員可通過噴口擺動(dòng)調(diào)整燃燼區(qū)內(nèi)合理的空氣分布，達(dá)到NOx的最低排放的同時(shí)還能克服改造后火焰中心位置的改變?cè)斐蔂t膛出口煙溫差所帶來的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛出口溫度及煙溫差的有效調(diào)整。

3.改造效果

3.1熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗(yàn)

此次改造歷時(shí)80天時(shí)間，為保證改造后鍋爐的燃燒穩(wěn)定和安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，由煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司組織、我公司配合，以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB-10184--88《電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程》為依據(jù)對(duì)進(jìn)行了熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗(yàn)，結(jié)果如下：

3.1.1改造后#6機(jī)組額定出力（330MW）時(shí)的鍋爐效率為93.53%;3.1.2通過機(jī)組在不同負(fù)荷點(diǎn)時(shí)對(duì)二次風(fēng)及SOFA和周界風(fēng)配風(fēng)方式、鍋爐燃燒氧量、燃燒器擺動(dòng)角度進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，均可找到鍋爐NOx排放濃度不超過100mg/Nm3的運(yùn)行方式，同時(shí)保證了鍋爐主、再氣溫可控;3.1.3根據(jù)對(duì)機(jī)組在不同負(fù)荷點(diǎn)運(yùn)行方式及設(shè)備控制參數(shù)、配風(fēng)方式進(jìn)行調(diào)試，向熱工控制專業(yè)提供風(fēng)門的自動(dòng)控制推薦參數(shù)，結(jié)合實(shí)際情況修改DCS組態(tài)策略，實(shí)現(xiàn)了改造后鍋爐燃燒及主、再汽溫控制高度自動(dòng)化。

3.2改造后燃燒調(diào)整措施

從#6機(jī)組改造后運(yùn)行情況看，主燃區(qū)時(shí)有結(jié)焦，分析原因?yàn)楦脑旌笱趿孔兓容^大，運(yùn)行調(diào)整有一定難度，當(dāng)燃燒調(diào)整過程中當(dāng)氧量較低時(shí)產(chǎn)生CO等還原性氣體，從而導(dǎo)致爐膛結(jié)焦。此外，受我公司目前燃用煤種的影響，當(dāng)機(jī)組以設(shè)計(jì)額定速率減負(fù)荷時(shí)主汽溫度下降較快，調(diào)整不及時(shí)可能越低限。發(fā)電部針對(duì)這些問題制訂了燃燒調(diào)整措施：

3.2.1機(jī)組增、減負(fù)荷時(shí)，風(fēng)量調(diào)整應(yīng)及時(shí)，將爐膛氧量控制在2.5～4.5之間，以避免加負(fù)荷時(shí)缺氧燃燒導(dǎo)致爐膛結(jié)焦和減負(fù)荷時(shí)過氧燃燒導(dǎo)致NOx排放增加等情況的發(fā)生;3.2.2SOFA燃燒器擺動(dòng)噴嘴原則上在控制在50%左右區(qū)間（調(diào)整線性靈敏區(qū)域）;3.2.3在運(yùn)行中若發(fā)現(xiàn)主燃料區(qū)的風(fēng)門開關(guān)對(duì)NOx排放影響有限時(shí)，盡量開足主燃燒區(qū)的風(fēng)門以保證充分燃燒，預(yù)防鍋爐結(jié)焦;3.2.4運(yùn)行值班員每2小時(shí)看火打焦一次，嚴(yán)格執(zhí)行鍋爐吹灰定期制度;3.2.5燃盡區(qū)風(fēng)門在各種工況都應(yīng)該保持基本開足狀態(tài)，以確保NOx排放達(dá)標(biāo)，當(dāng)風(fēng)門開足狀態(tài)NOx排放仍無法控制時(shí)，應(yīng)及時(shí)降低機(jī)組負(fù)荷。