煤粉鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)優(yōu)化燃燒探討

潘鑫鑫，張廣科

(1.蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730060；2.中石油蘭州石化公司化肥廠，甘肅 蘭州 730060)

0 引 言

蘭州石化公司C鍋爐裝置采用上海鍋爐廠設(shè)計(jì)的單鍋筒高壓自然循環(huán)鍋爐，鍋爐額定蒸發(fā)量220 t/h，額定蒸汽壓力9.80 MPa(G)、額定蒸汽溫度為540℃，鍋爐配一臺(tái)直吹式中速磨煤機(jī)。2014年鍋爐燃燒器、脫硝改造，為控制氮氧化物排放，燃燒器改為濃淡分離低氮燃燒器，鍋爐增加旋轉(zhuǎn)對(duì)沖燃盡風(fēng)系統(tǒng)(以下稱ROFA風(fēng)系統(tǒng))。ROFA風(fēng)系統(tǒng)分為上、下兩層8個(gè)噴射器，從燃燒器上方5 m處的側(cè)墻噴入爐膛，下層ROFA風(fēng)從二次風(fēng)道引出，直接噴入爐膛，上層ROFA風(fēng)從二次風(fēng)道引出，經(jīng)增壓風(fēng)機(jī)增壓后噴入爐膛，ROFA風(fēng)占二次風(fēng)總風(fēng)量的30%左右，從而達(dá)到鍋爐分級(jí)配風(fēng)，低氮燃燒目的。

1 鍋爐燃燒器介紹

C鍋爐燃燒器為濃淡分離低氮燃燒器，四角布置，切圓燃燒。燃燒器噴口共分10層，從上至下分別為二次風(fēng)層(代碼：CC2)、燃?xì)鈱?代碼：G2)、二次風(fēng)層(代碼：CC1)、煤粉層(代碼：C)、二次風(fēng)層(代碼：BC)、煤粉層(代碼：B)、二次風(fēng)層(代碼：AB層)、煤粉層(代碼：A層)、二次風(fēng)層(代碼：AA層)、燃?xì)鈱?代碼：G1層)，燃?xì)鈱蛹从腥細(xì)鈽屢灿悬c(diǎn)火槍，見(jiàn)圖1。

圖1 燃燒器結(jié)構(gòu)圖

2 鍋爐低氮燃燒存在的問(wèn)題及原因分析

低氮燃燒器和ROFA風(fēng)系統(tǒng)投用后，鍋爐燃燒穩(wěn)定，氮氧化物排放達(dá)標(biāo)，達(dá)到了改造目的，但是也出現(xiàn)了新問(wèn)題，一是煤粉不完全燃燒增加，灰中殘?zhí)亢扛?，鍋爐熱效率降低，二是燃燒器上部結(jié)焦嚴(yán)重。

2.1 煤粉不完全燃燒增加

低氮燃燒技術(shù)核心就是低溫燃燒、低氧燃燒、分級(jí)燃燒，低氧燃燒不僅煙氣氧含量低，燃料層的氧含量也要低，一次風(fēng)量要低，磨煤機(jī)出來(lái)一次風(fēng)率為25%。爐膛主燃燒區(qū)過(guò)量空氣系數(shù)為0.9，造成主燃燒區(qū)煤粉不完全燃燒增加。

2.2 燃燒器上部結(jié)焦嚴(yán)重

低氮燃燒系統(tǒng)投用后，爐膛結(jié)焦呈粘結(jié)性，不易打掉，主要集中在燃燒器的上方。結(jié)焦嚴(yán)重時(shí)，燃燒器上方像戴個(gè)大“帽子”，影響上層二次風(fēng)及燃?xì)庹娙霠t膛。結(jié)焦后，爐膛出口溫度升高，影響鍋爐的正常生產(chǎn)。

2.3 燃燒區(qū)域呈還原性氣氛，易結(jié)焦

低氮燃燒是降低燃燒區(qū)域氧含量，減少氮氧化物生成，一般燃燒區(qū)域氧含量控制在0.9%以下，處于缺氧富燃料狀態(tài)。低氮燃燒的投用分3步，第一投用ROFA風(fēng)系統(tǒng)，抽出30%的二次風(fēng)噴入燃燒器上方的燃盡區(qū)，降低燃燒器區(qū)域的氧含量。第二控制各二次風(fēng)門擋板開(kāi)度在10%左右，降低二次風(fēng)的輸送量。第三降低一次風(fēng)量，進(jìn)一步降低燃燒區(qū)域氧含量，致使燃燒區(qū)域處于缺氧狀態(tài)，呈還原性氣氛。低氮燃燒能有效控制氮氧化物的生成，但是，為鍋爐結(jié)焦提供了條件。在還原性氣氛下，粉煤灰中氧化鐵很容易被還原成氧化亞鐵，而氧化亞鐵的變形溫度低，只有1 000℃。所以，在還原性氣氛下，爐膛內(nèi)很容易結(jié)焦。

2.4 點(diǎn)火槍燃?xì)饬科?，加劇燃燒器上方結(jié)焦

點(diǎn)火槍燃?xì)饬髁科?，點(diǎn)火槍燃?xì)鈮毫?0 kPa以上，大于設(shè)計(jì)要求10～40 kPa，點(diǎn)火槍火焰長(zhǎng)度達(dá)到1 m多。由于燃?xì)庖字穑瑹嶂蹈?，燃?xì)庵鹂?，搶走相鄰煤粉層空氣，加劇燃燒器C層煤粉上部還原性氣氛，而且燃?xì)鉄嶂蹈?，著火周圍溫度較高，很容易達(dá)到灰分的變形溫度，所以，造成燃燒器的上方嚴(yán)重結(jié)焦。

3 優(yōu)化鍋爐分級(jí)配風(fēng)措施

3.1 定期測(cè)量一次煤粉細(xì)度，確保煤粉細(xì)度R90通過(guò)率達(dá)到85%以上，為完全燃燒提供必要條件

煤粉細(xì)度測(cè)量時(shí)間以磨煤機(jī)檢修周期為依據(jù)，分別為磨煤機(jī)檢修后初期、中期和后期，分三次取樣測(cè)量煤粉細(xì)度。2015年1月份測(cè)量煤粉細(xì)度，R90通過(guò)率為79.8%，低于85%通過(guò)率。1月5日磨煤機(jī)更換磨輥套及磨碗襯板，3月份測(cè)量煤粉細(xì)度，R90通過(guò)率為91%，達(dá)到了R90通過(guò)率85%以上要求。11月3日磨煤機(jī)檢修初期煤粉取樣，R90通過(guò)率88.4%，煤粉細(xì)度R90通過(guò)率達(dá)到85%以上。通過(guò)測(cè)量煤粉細(xì)度，為了磨煤機(jī)檢修提供依據(jù)，確保了煤粉充分完全燃燒。

3.2 調(diào)整燃?xì)庾粤κ椒€(wěn)壓閥，控制燃?xì)恻c(diǎn)火壓力在20～40 kPa，火焰距離控制在20 cm左右

點(diǎn)火槍燃?xì)饬髁科?，點(diǎn)火槍燃?xì)鈮毫?0 kPa以上，大于設(shè)計(jì)要求10～40 kPa，點(diǎn)火槍火焰長(zhǎng)度達(dá)到1 m多。調(diào)節(jié)燃?xì)夤芫€上自立穩(wěn)壓器，正常運(yùn)行情況下，點(diǎn)火燃?xì)鈮毫刂圃?0 kPa左右。關(guān)小上層點(diǎn)火槍槍前球閥，控制點(diǎn)火槍火焰長(zhǎng)度在20 cm左右，從而達(dá)到避免出現(xiàn)點(diǎn)火槍“搶風(fēng)”和降低C層煤粉區(qū)域溫度的目的。

3.3 調(diào)整鍋爐配風(fēng)，確保煤粉燃燒充分

在保證氮氧化物達(dá)標(biāo)排放的前提下，優(yōu)化鍋爐配風(fēng)，使鍋爐燃燒達(dá)到最佳平衡狀態(tài)。首先，將AB層二次風(fēng)門開(kāi)度從10%開(kāi)至30%，BC層二次風(fēng)門開(kāi)度從10%開(kāi)至20%，增加煤粉層的送風(fēng)量，為煤粉燃燒提供適量氧氣，使其充分燃燒。同時(shí)，BC層開(kāi)大起到壓制G1層燃?xì)馍弦迫紵淖饔茫档蜖t膛中心溫度。其次，將AA層二次從30%開(kāi)至60%，增加底部“托浮力”，第三、優(yōu)化上、下層ROFA風(fēng)配比，其中上層增壓ROFA風(fēng)占40%，下層ROFA風(fēng)占60%，使燃盡區(qū)處于富氧狀態(tài)。

3.4 提高燃?xì)庋鹾?/h3>

煙氣氧含量是鍋爐燃燒重要指標(biāo)，氧含量過(guò)低，鍋爐缺氧燃燒，增加化學(xué)未完全燃燒損失和物理未完全燃燒損失。為減少煤粉不完全燃燒損失，在確保氮氧化物達(dá)標(biāo)排放的前提下，將煙氣氧含量從3%～4%提高至4%～5%，確保煤粉充分燃燒。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)采取措施，灰渣中殘?zhí)棵黠@降低，煙氣中一氧化碳含量控制50 mg/m3，以下。鍋爐結(jié)焦得到控制，9月份鍋爐產(chǎn)汽130 t/h左右，屏過(guò)后煙溫在830℃～850℃。11月份調(diào)整后，鍋爐產(chǎn)汽155 t/h左右，屏過(guò)后煙溫在760℃～800℃。