淺談600 MW亞臨界燃煤機(jī)組鍋爐低氮燃燒器的改造

白學(xué)云

摘 ?要：為降低脫硝SCR的運(yùn)行費用，某公司對6號機(jī)組鍋爐燃燒器進(jìn)行改造，目前某公司6號爐的NOX排放濃度通常在580 mg/Nm3左右，改造后的燃燒器將會降低燃煤在爐膛爐膛燃燒過程中的NOX的生成量。文章重點介紹鍋爐低氮燃燒器改造方案，淺談燃煤機(jī)組鍋爐NOX生成機(jī)理和燃燒器對NOX生成的控制。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐低氮燃燒器氮氧化物（NOX）選擇性催化還原

中圖分類號：TK226+.1 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2016）03-0008-03

1 ?概 ?述

?隨著中國燃煤電廠的不斷發(fā)展以及環(huán)保形勢的不斷嚴(yán)峻，近年來，中國針對燃煤電廠大氣污染物排放的控制出臺了多項法規(guī)、政策、標(biāo)準(zhǔn)，對于近年來國內(nèi)多個城市頻繁出現(xiàn)的霧霾天氣，國家越發(fā)關(guān)注和重視大氣污染物的排放，作為火力發(fā)電廠，大氣污染物排放的有效控制更是迫在眉睫。

從發(fā)達(dá)國家角度來說，存在比較高的控制污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下火電廠都應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)以及脫硝、脫硫設(shè)備。但是國內(nèi)火電廠具備比較落后的鍋爐低氮燃燒早起投運(yùn)技術(shù)，普遍比較高的存在NOX排放質(zhì)量濃度，火電廠早期投運(yùn)鍋爐控制NOX排放質(zhì)量濃度的時候，會受現(xiàn)場條件的影響，改造以及增設(shè)鍋爐尾部煙氣脫硝設(shè)備工作量和難度相對比較大，而且還擁有比較高減排成本，一種有效、經(jīng)濟(jì)的減排方式就是低氮燃燒器改造。因此，為降低脫硝SCR的運(yùn)行費用，某公司對6號機(jī)組鍋爐燃燒器進(jìn)行改造，改造后的燃燒器將降低燃煤在爐膛爐膛燃燒過程中的NOX的生成量。

2 ?設(shè)備簡介

2.1 ?鍋爐原設(shè)計情況

?某公司依據(jù)臨界壓力自然循環(huán)汽包、Π型方式布置2×600 MW鍋爐。合理應(yīng)用一次中間再熱、平衡通風(fēng)、尾部雙煙道以及前后墻對沖燃燒，再熱汽溫的時候需要應(yīng)用煙氣擋板進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，依據(jù)固態(tài)方式實施排渣，屬于全鋼構(gòu)架和全懸吊結(jié)構(gòu)。燃燒器采用東鍋自行開發(fā)設(shè)計的外濃內(nèi)淡型低NOx旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC型），組織對沖燃燒，滿足燃燒穩(wěn)定、高效、可靠、低NOx的要求。鍋爐主要設(shè)計參數(shù)，見表1。

2.2 ?原燃燒器的布置情況

?原燃燒器采用東鍋自行開發(fā)設(shè)計的外濃內(nèi)淡型低NOX旋流煤粉燃燒器（DBC-OPCC 型），組織對沖燃燒，存在低NOX旋流式煤粉燃燒器30個，燃燒器30個，分三層方式來對鍋爐前后墻水冷壁進(jìn)行布置，每層都需要具備燃燒器5個。

布置燃燒器的過程中，需要分析燃燒器的相互影響作用：燃燒器有3 680 mm的列間距，4 400 mm的層間距，距屏底19 947 mm距離的是上層燃燒器中心線，距冷灰斗拐點3 250 mm距離的是下層燃燒器中心線;側(cè)墻2 990 mm距離的是最外側(cè)燃燒器中心線，可以在一定程度上阻止側(cè)墻高溫腐蝕和結(jié)渣。在燃燒器上方適當(dāng)安置相應(yīng)的燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器，前后墻各安裝5只。原低NOx旋流式燃燒器示意圖，如圖1所示。

2.2.1 ?燃燒器

燃燒器主要包括以下幾種配風(fēng)：中心風(fēng)、一次風(fēng)、二次風(fēng)以及三次風(fēng)，都需要經(jīng)過一次風(fēng)管，在不同的燃燒階段分別把燃燒器內(nèi)中心風(fēng)以及同心三次風(fēng)、二次風(fēng)環(huán)形通道送入爐膛。其中布置二次風(fēng)通道的時候存在固定軸向旋流器，布置三次風(fēng)的時候合理應(yīng)用切向旋流型式，擁有可調(diào)節(jié)旋流強(qiáng)度。

2.2.2 ?燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器

燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器的配風(fēng)由內(nèi)外兩部分組成。中心部分為直流風(fēng)，外部為旋流風(fēng)，其結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2.2.3 ?中心風(fēng)管

中心風(fēng)母管自大風(fēng)箱兩端引入中心風(fēng)，通過各支管與燃燒器內(nèi)的中心風(fēng)管相連，提供油槍運(yùn)行時所需要的風(fēng)量，并起到停運(yùn)時冷卻和防止灰渣集聚的作用。

2.2.4 ?風(fēng)門用電動執(zhí)行器

大風(fēng)箱（其中包括燃盡風(fēng)箱和二次風(fēng)箱）入口處風(fēng)門都需要安裝一定執(zhí)行器，能夠進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，全爐總共存在16只。中心風(fēng)母管入口位置需要安置一定的風(fēng)門執(zhí)行器。

2.2.5 ?大風(fēng)箱

一般來說大風(fēng)箱都具備燃燒需要的二次風(fēng)。大風(fēng)箱主要包括兩個燃盡風(fēng)風(fēng)箱和六個二次風(fēng)箱。經(jīng)鍋爐兩側(cè)風(fēng)道把空預(yù)器二次風(fēng)送入前后墻風(fēng)箱中。每只風(fēng)箱僅僅只可以為一層5只燃盡風(fēng)調(diào)風(fēng)器或燃燒器提供需要的風(fēng)。

2.2.6 ?燃油裝置

一般來說都是通過兩級點火方式布置鍋爐，也就是高能點火器可以把輕油油槍點燃，輕油油槍可以把煤粉點燃。每個燃燒器都需要一個油槍，組合式高能點火器以及油槍需要具備一定的氣動推動器，在燃燒器中心風(fēng)管中進(jìn)行合理布置。

B-MCR鍋爐熱輸入量的30%就是油槍總?cè)萘?，需要滿足低負(fù)荷助燃、點火以及暖爐的設(shè)計要求。一般單支油槍存在 ? ? ? 1 350 kg/hr的出力，機(jī)械霧化形式的油槍。

3 ?低氮燃燒器改造的原因

3.1 ?生成類型

熱力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx，經(jīng)過大量實踐可以發(fā)現(xiàn)，燃料型NOx是煤粉爐主要成分，占總量大約75%～80%，剩下的基本上都是熱力型NOx，極少的存在快速型NOx，揮發(fā)生成燃料型NOx大約占據(jù)60%～80%，焦炭中燃料N經(jīng)過多次反應(yīng)形成燃料型NOx。

3.2 ?生成機(jī)理

燃燒雙區(qū)--濃相富燃料的時候，迅速析出揮發(fā)分氣相反應(yīng)也就是HCN、Hi+O2→NOx，形成形成缺氧現(xiàn)象，促使NOx可以與NHi進(jìn)行一定反應(yīng)形成N2，并且相互反應(yīng)的NHi會降低NOx的形成;燃燒淡相富氧的時候，相對低的燃燒溫度會影響和抑制NOx的形成。

兩段--第一燃燒區(qū)段進(jìn)行缺氧揮發(fā)份燃燒，具備越高的煤粉濃度就會越少形成NOx，第二燃燒區(qū)段燃燒大量可燃物（焦炭），經(jīng)過相反應(yīng)焦炭燃料N會更少形成成NOx，且有一部分不被CO和碳表面還原，實際生成NOx含量不能符合可能生成NOx。

基于此，可以適當(dāng)提高燃料中釋放揮發(fā)份的速率，從而達(dá)到增加發(fā)份燃燒率的目的;在剛開始燃燒的的時候，不僅需要適當(dāng)氧來為燃燒提供一定能量，還應(yīng)該盡可能具備比較低鋼梁水平區(qū)域，以便于可以盡可能能降低NOx的生成;對燃料富集區(qū)域燃料和溫度進(jìn)行控制和優(yōu)化，確保駐留時間，以便于盡可能降低NOx的生成;在燃料富集區(qū)域適當(dāng)提高煤焦粒子的駐留時間，從而可以降低燃燒煤焦粒子的時候，釋放氮氧化物形成NOx的可能概率;必要的時候應(yīng)該及時補(bǔ)充燃，確?？梢猿浞秩急M。

4 ?改造設(shè)計

4.1 ?改造設(shè)計概述

在不改變原有燃燒器的整體布置形式及燃燒方式條件下，在原燃燒器中心標(biāo)高和開孔中心位置對30只旋流煤粉燃燒器進(jìn)行改造，更換為北京哈宜節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰镜腖NASB燃燒器，如圖3和圖4所示。

4.2 ?改造燃料設(shè)計特性

?低氮燃燒器改造設(shè)計煤種：低位發(fā)熱值17.56 MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分36%，收到基灰分30%，收到基水分11.6%，以此煤種作為將來驗收考核煤種。

校核煤種1：低位發(fā)熱值18.5 MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分35%，收到基灰分28%，收到基水分10%;

校核煤種2：低位發(fā)熱值16.8 MJ/kg，干燥無灰基揮發(fā)分36%，收到基灰分31.2%，收到基水分12.3%。

4.3 ?燃燒器改造方案

4.3.1 ?整體布置情況

①按照設(shè)計慣例，鍋爐前后墻需要分別布置煤粉燃燒器三層，每層都需要合理安置煤粉燃燒器五個，在前后水冷壁上燃燒器成水平形式布置，交替布置單個燃燒器左旋以及右旋。燃燒器擴(kuò)椎角度減小10 °，由原來的45 °減小至35 °。并且燃燒器內(nèi)二次風(fēng)角度改成可調(diào)式。典型的棋盤式旋流布置圖，如圖5所示。

②取消原有的燃盡風(fēng)，并將原燃盡風(fēng)處水冷壁管段用直管連接，在原燃盡風(fēng)標(biāo)高向上提高4 m，即改造后的燃盡風(fēng)中心線距最上層燃燒器中心線7.5 m。并在前后墻各增加5只燃盡風(fēng)，即前后墻各10只燃盡風(fēng)。

③取消標(biāo)高為38 204 mm前后墻各6支吹灰器。

?④在鍋爐前后墻對稱布置兩個大燃盡風(fēng)箱，沿風(fēng)箱寬度方向，風(fēng)箱中部利用隔板可以適當(dāng)把燃盡風(fēng)箱相等的分為左右獨立風(fēng)室，調(diào)節(jié)的時候合理應(yīng)用左右側(cè)風(fēng)門擋板，以便于可以滿足實際均勻分配規(guī)范。

4.3.2 ?低氮燃燒器改造后整體布置

低氮燃燒器改造后整體布置圖，如圖6所示。

5 ?低氮燃燒器改造的目標(biāo)

改造完成燃燒器以后，需要能夠同時符合以下目標(biāo)：符合原有鍋爐性能設(shè)計參數(shù)，例如，再熱蒸汽溫度、出力、主蒸汽溫度、鍋爐效率、減溫水量等需要符合原設(shè)計保證值;在600 MW負(fù)荷，省煤器出口氧量3.5%的前提下，NOx排放<280 mg/Nm3（O2=6%）、飛灰含碳量不大于3%。項目實施后要求不能降低鍋爐原有的燃煤適應(yīng)性。

?改造后一個大修周期（6年）內(nèi)燃燒器不可以由于高溫、磨損等因素造成更換部件，并且也不會出現(xiàn)由于磨損等導(dǎo)致煤粉泄漏。

6 ?結(jié) ?語

?由于當(dāng)下發(fā)電企業(yè)的各種實際因素，低氮燃燒器改造并不能夠完全達(dá)到當(dāng)前環(huán)保的要求，但是可以通過增加鍋爐尾部煙氣脫硝技術(shù)，使發(fā)電廠NOx的排放降低至更低的水平，這使得發(fā)電企業(yè)不僅能夠最大化的提供清潔能源，同時也避免了環(huán)境污染，而且，這也是發(fā)電企業(yè)適應(yīng)當(dāng)下清潔發(fā)展、節(jié)約發(fā)展的一項重要舉措。

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