330MW机组锅炉低NOx防结焦燃烧器应用分析

刘曙东

(国电内蒙古东胜热电有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)

0 引言

国电内蒙古东胜热电有限公司2×330 MW 空冷供热机组的锅炉是上海锅炉厂有限公司生产的300 MW 等级亚临界压力自然循环锅炉。锅炉采用亚临界压力参数、自然循环汽包炉，单炉膛、一次中间再热、燃烧器摆动调温、平衡通风、四角切向燃烧、紧身封闭、固态排渣、全钢架悬吊结构。锅炉燃用烟煤。锅炉的制粉系统采用冷一次风正压直吹式制粉系统，配置5 台中速磨煤机，其中4 台运行，1 台备用。自2008年2 台机组相继投运以来，NOx排放浓度一直较高，超出环保标准要求。

随着国家环保政策的不断推进和人们环保意识的不断增强，电厂锅炉NOx排放也越来越受到人们的重视。结合内蒙古东胜电厂2号机组A 级检修，对燃烧器进行了优化改造，不仅降低了烟气中NOx浓度，也从根本上解决了炉膛结焦问题。

1 锅炉及燃烧设备相关技术参数

内蒙古东胜电厂2号机组BMCR 工况主要技术参数详见表1，煤质分析结果详见表2，燃用设计煤种、锅炉最大连续出力(BMCR)时燃烧器的主要设计参数详见表3。

表1 东胜电厂2号机组BMCR 工况主要技术参数

表2 煤质分析结果

表3 燃烧器的主要设计参数

2 锅炉燃烧存在问题及原因分析

2.1 NOx 排放浓度较高

内蒙古东胜电厂2×300MW 机组自投产以来，其NOx排放浓度一直较高，达400～450 mg/m3，超出新实施标准的要求。试验研究表明，NOx浓度过高是燃烧器设计不合理、燃尽风量不准确所致。东胜电厂2号炉燃烧器主体采用了均等配风布置，在主燃烧器上方布置两层分离OFA 喷口，沿炉膛截面，采用了偏转二次风，一二次风反向切圆的配风方式，但实际运行中燃尽风量达不到要求。

2.2 一次风率严重偏离设计值

通过煤质分析我们发现燃用煤种水分远大于设计煤种和校核煤种，由于水分的增加降低了磨煤机的干燥出力，为了满足带负荷要求，必须增大磨煤机的通风量，从而导致一、二次风率分配的严重失调。一次风率的增大，降低了二次风率，再加上锅炉结焦，需经常开炉底干排渣冷却风门对炉渣进行冷却，这样就增加炉底漏风，经过预热器的二次风量进一步减少，综合表现为送风机一直维持在很低的出力运行，同时也造成排烟温度升高。

另外，由于燃煤中外在水分太高，导致磨煤机出口温度远远低于设计值，致使煤粉着火推迟，使火焰中心向上移，大量煤粉集中在主燃烧器上部燃烧，此处炉温较高，引起主燃烧区域上部结焦。

2.3 炉膛存在结渣现象

锅炉炉膛部分存在严重的结渣现象，其直接原因是燃用煤种的灰熔点太低。另外，燃烧器设计及炉内燃烧组织的不合理也是造成锅炉结渣的原因之一。燃烧器采用的是上海锅炉厂引进的CE 公司LNCFSII 低NOx燃烧技术，特点是主燃烧器区二次风与一次风大角度偏置，一二次风切圆方向相反。而实际使用过程中强烈的偏转二次风在炉内形成了较大的切园，直接增加了煤粉气流冲向水冷壁的可能性，致使结渣严重，影响机组安全运行。

2.4 主、再热器减温水过大

锅炉存在主、再热器减温水流量过大的问题，其原因仍是炉膛内存在严重结渣。由于炉膛内的结渣，覆盖大面积的冷壁，使水冷壁吸热减少，从而炉膛出口的烟温升高。另外由于炉内吸热量减少，为达到满出力，被迫投更多的燃料，使炉出口温度更进一步升高，主再热器减温水量过大以及低温受热面管壁超温的情况都是这一问题的具体体现。

通过对锅炉存在的主要问题进行分析，既然燃用煤种无法改变，只有通过对燃烧器进行改造，才能同时解决NOx浓度高、结渣、减温水量高等问题。

3 技术方案和措施

国电内蒙古东胜电厂此次改造采用了低NOx双尺度燃烧技术(见图1)，对锅炉进行了防结焦低NOx改造，在射流空间分布(空间尺度)及燃烧过程控制实现(过程尺度)上采取措施。

图1 双尺度燃煤技术示意

3.1 纵向三区布置－增加燃尽风风量

主燃烧器区域上两层一次风标高保持不变，下三层一次风整体下移，这样就增大了燃烧器区域面积，减小了区域的温度峰值，降低了结焦可能性。

原燃烧器已有燃尽风系统保持不变，其下面四角与主燃烧器之间再增加两层高位燃尽风，使燃尽风占总风量20%～30%且可调。这样燃烧器沿高度方向从下至上形成三大区域，分别为氧化还原区、主还原区、燃尽区。主燃烧器区存在氧化还原交替区，氧化有助于煤粉初期燃烧，升高炉温，促进煤粉燃尽，但会产生较多的NOx，局部还原区可以初步还原产生的NOx，使NOx在初始燃烧时就得到抑制。主还原区内将已生成的NOx进行充分还原，燃尽区内将二次风及时补充进来，促进焦碳最后燃尽。通过纵向三区布置，形成纵向空气分级，NOx将得到极大抑制，飞灰可燃物也会得到控制。

3.2 横向双区布置—贴壁风等技术措施

针对燃用煤质，重新调整布局炉内的空气动力场。将燃烧器2、4号角一次风射流统一调整为直径为450 mm 的假想切园，1、3号角一次风对冲，调整后的射流角度有利于缓解背火侧补气条件差，气流冲壁的状况。二次风由原来大角度偏置改为小角度偏置，与一次风偏置角度在4～5°角之间，防止大角度偏置造成风粉偏移冲至水冷壁上。保证炉内切圆方向不变，二次风初始偏离并能很快与一次风掺混并在炉内中心区域燃烧。部分两层一次风之间布置贴壁风喷口，提高了近壁区域的氧化性气氛，炉膛近壁区形成为较低温度、较低CO 浓度、较高O2浓度(沿程逐步掺入中心区)，提高了灰熔点，同时有利于阻止灰粒附壁，缓解炉膛的结渣。一次风初始燃烧时，二次风不能过早混合进来，形成缺氧燃烧，在火焰内就进行NOx还原，抑制NOx产生。在火焰末端，二次风再及时掺混进来，使缺氧燃烧时产生的焦炭再燃烧。

3.3 采用低NOx 燃烧器

除下两层等离子燃烧器外的其他一次风喷口设计为上下浓淡分离形式，中间加装稳燃钝体，浓淡燃烧除了可以降低NOx外，还可以对煤粉稳燃、提前着火有积极作用。同时钝体能强化热烟气回流，实现早期着火，进一步强化稳燃。

3.4 节点功能区的建立

将D 层一次风设计为上浓下淡燃烧器喷口，C、E 层一次风布置为下浓上淡一次风喷口，两层一次风喷口中间的二次风小角度与一次风射流偏置，同时将BC 层、EE 层、OFA 层布置贴壁风喷口。这样的喷口组合，同时具有稳燃、降低NOx的作用，将中间二次风和贴壁风风门开大，可降低NOx和飞灰可燃物浓度。

4 性能测试试验及结果

4.1 冷态动力场试验

为检验燃烧器改造效果，在热态启动前进行了冷态动力场试验。启动2 台吸风机、2 台送风机，2台一次风机，测试各台磨出口管道内一次风速，并使之达到设计风速;对应调整可调缩孔挡板位置，使同台磨出口管道一次风速偏差不超过5%。系统稳定后，进行烟花示踪试验，试验结果显示炉膛内主气流方向为顺时针方向;一次风切圆轨迹明显，与主切圆正切;一次风速较高，切圆较二次风切圆小;贴壁风刚度明显，符合设计要求。

4.2 热态调试试验

通过热态调整试验，综合分析二次风配风调整试验、经济性最佳及NOx最低排放试验结果，确定了最佳配风方式，负荷大于280 MW 时，锅炉氧量维持2.5 ±0.1%;负荷大于210 MW 时，锅炉氧量维持低于3.0%，保证了在各种负荷下，NOx排放浓度低于200 mg/m3;锅炉热效率高于93%。

4.3 改造后锅炉性能总结

(1)东胜电厂2号锅炉燃烧器优化改造后，炉膛结焦状况大大减轻，炉内有轻微浮焦。

(2)燃烧器优化改造后，锅炉燃烧稳定，各项参数稳定，抗干扰能力强，在推荐配风不变的情况下，无论负荷化动、煤种变化，运行参数比较平稳。

(3)采用合适配风方式，各种负荷下NOx排放浓度低于200 mg/m3，锅炉效率高于93%。

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