白山热电1 号锅炉低氮燃烧器改造

2014-03-22赵红雨刘纪福李长兴汪永强

资源节约与环保 2014年11期

赵红雨刘纪福李长兴汪永强

（吉林电力股份有限公司浑江发电公司吉林白山 134302）

吉电股份白山热电1号锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/17.5-M889型亚临界压力中间一次再热自然循环锅炉，锅炉设计燃用当地烟煤，后改造掺烧0-50%霍林河褐煤。采用石灰石-石膏湿法脱硫装置，无脱硝装置，于2007年投产。锅炉正常运行时NOx排放浓度约500～550mg/Nm3。

根据国家环保要求，2014年后电厂锅炉NOx最高允许排放浓度值需达到100mg/Nm3以下。白山热电设计BMCR工况下省煤器出口的烟气NOX浓度为600mg/Nm3，为满足国家达标排放的要求必须对锅炉进行加装脱硝装置改造。

低氮燃烧是国内外燃煤锅炉控制NOx排放的优先选用技术。根据此前的国内机组的NOx控制业绩，白山热电在掺烧褐煤后，在不牺牲锅炉效率的前提下，实施先进的低氮燃烧改造后，预计锅炉NOx排放浓度可控制到400mg/Nm3以下。在对SCR脱硝方案与低氮燃烧器+SCR脱硝方案投资与运行成本对比分析后，以及综合考虑达标排放稳定性与技术性、经济性，白山热电脱硝工程选型采用了低氮燃烧器+SCR方案。在2013年末对锅炉进行了低氮燃烧器改造。

1 锅炉概况

吉电股份白山热电1号锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/17.5-M889型亚临界压力中间一次再热自然循环锅炉，单炉膛∏型紧身封闭布置，固态排渣，平衡通风，高强度螺栓全钢架悬吊结构。配有WR水平浓淡低氮燃烧器。炉膛宽11890mm，深12800mm，高49658mm，宽深比1:1.076，炉膛和包覆过热器由气密性好的膜式壁组成。后烟井为并联双烟道，两烟道的烟气在调温挡板后混合进入二台并列的空气预热器，再经由除尘器后被吸风机排至脱硫系统及烟囱。

锅炉配有4套钢球磨储仓式热风送粉系统，16台给粉机。通过A、B、C、D四层煤粉管道和两层三次风接至锅炉四角燃烧器。最下层燃烧器喷口中心标高20443mm，至冷灰斗转角距离为4494mm，燃烧器风箱中设有三层共12支启动及助燃简单机械雾化油枪，在B层煤粉燃烧器内设有4支空气雾化启动小油枪。

锅炉设计燃用当地烟煤，后改造掺烧0～50%霍林河褐煤。其常规运行状态下的NOx排放浓度约500～550mg/Nm3。

2 锅炉现有燃烧系统

一次风采用WR水平浓淡燃烧器。煤粉流过燃烧器入口弯头时，大部分煤粉颗粒在离心力的作用下紧贴外沿进入煤粉喷管，通过喷管中的隔板（换向板）将一次风分成水平浓淡两股，浓侧向火，淡侧背火。一次风喷嘴中装有V形钝体，使一次风在V形钝体前方形成稳定的回流区，卷吸高温烟气，起到稳定火焰作用。

锅炉燃用煤种为次烟煤掺烧褐煤，一次风主要采用热一次风，根据风管内风粉混合物温度,采用微量冷一次风混合送粉，三次风采用热炉烟、热风、冷一次风、再循环风混合送粉。一次风喷嘴采用均等布置，三次风喷嘴集中布置。

二次风设计按“加强混合，分级燃烧”的原则进行。

燃烧器顶部设置两层燃烬风，为减少锅炉水平烟道左右侧的烟温偏差，燃烬风设计成射流旋转方向与其余的一、二次风射流旋转方向相反。

上部的两层二次风喷嘴为手动摆动喷嘴，其余均为固定喷嘴。

3 改造方案

本次改造维持燃烧角不变，主燃烧器风箱不变，一次风煤粉管道位置不做改动，原微油点火层煤粉燃烧器不变。主燃烧器二次风喷口全部更换，A、C、D层一次风管整体更换，三次风回用。并在上部增加一组高位燃尽SOFA风，原OFA风喷口做为低位混合SOFA风，其中高位SOFA共3层喷口，低位SOFA2层喷口。改造后主燃烧区喷口布置形式从下至上为：AA-A-AB-B-BC-C-CDD-DD-E-F，其中A、B、C、D为一次风喷口,B为微油燃烧器，E、F为三次风喷口。一次风采用水平浓淡技术，主燃烧区各喷口风量根据新的风量配比原则进行分配，所有一次风采用新型强化燃烧喷口。按照分级燃烧理论，A、B、C三层一次风形成下部燃烧区，D层一次风形成上部燃烧区。AB层、BC层及CD层二次风为分量偏置二次风。SOFA风采用上下左右摆动喷口结构。原燃烧器AB、BC层点火油枪系统、微油系统、火检、执行器回用。CD层油枪及油火检拆除。

3.1 一次风管

煤粉燃烧器采取整体更换的办法，包括煤粉喷嘴、煤粉浓缩器、煤粉弯头。

煤粉燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术，以提高锅炉低负荷运行的能力，水平浓淡煤粉燃烧器是利用煤粉进入燃烧器一次风喷嘴体后，经百叶窗的分离作用，将一次风气流分离成浓淡两部分；两部分之间用垂直隔板分开，燃烧器出口处设有带波纹形的稳燃钝体。浓相气流的煤粉浓度高着火特性好，即使在低负荷情况下，浓相气流的风粉比仍可保持在较合适的范围内，使着火特性不会明显恶化。钝体形成的高温烟气回流区又充分为煤粉着火提供了热源，这两者的结合为低负荷稳燃提供了保证。

百叶窗和弯头部分采用粘贴耐磨陶瓷进行防磨。一次风耐热喷口采用摆动式新型强化燃烧喷口（偏置周界风）。B层微油点火层不变。

3.2 二次风喷口

为了避免采用分级燃烧后主燃烧区风量减少带来的动力场变化，所有的二次风喷口依据新的配风要求进行更换。由于主燃烧区处于还原气氛，为了防止发生水冷壁结焦、高温腐蚀事故，AB层、BC层、CD层喷口改为偏置二次风喷口；为了控制水冷壁周围富氧区域的NOx以及由于混合不均匀残留在主燃烧区的NOx进入燃尽区，顶部两层二次风反切作为低位SOFA风，改善主燃烧区的混合状况。二次风喷口采用耐高温材质制造，材质为稀土合金ZG40Cr24Ni9Si2NRe，满足锅炉运行的需要，喷口的使用温度≥1200℃。

3.3 三次风

三次风全部回用。

3.4 高位燃尽SOFA

高位燃尽风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间。还原气氛程度越深，停留时间越长，越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃烧。本次改造中在最上层一次风喷口往上9m左右增加一组高位SOFA，一组三层喷口，喷口可以实现上下20度，左右10度的摆动。上下摆动采用自动控制，水平摆动采用手动。风量大约占总风量的20%。具体标高位置在34100mm处。布置原则以尽量避开水冷壁刚性梁，减少平台改动、方便维护人员操作为原则，水冷壁进行相应的开孔。高位SOFA燃烧器采用法兰连接形式直接固定在水冷壁上。增加流量测量装置，信号进入DCS。

3.5 低位混合OFA

低位OFA的作用主要有两个：（1）这个区域整体还处在一个还原性气氛下，可以将已产生的NOx还原一部分；（2）参与未燃尽碳的燃尽过程，降低炉膛出口的飞灰含碳量，进一步降低进入富氧区的未燃尽碳。

为了进一步降低进入富氧区的未燃尽碳，本次改造利旧原燃烧器的两层低位OFA，更换喷口以达到性能改造需要的配风要求。通过补充一定量燃烧需要的氧气，使得过量空气系数由主燃烧区的0.75增加到0.95，通过低位OFA的设置可以使进入富氧区域的未燃尽碳降到5%以下，不但降低了未燃尽碳中含有的N转换为NOx的几率，同时也降低了飞灰含碳量。为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬，低位OFA选取相对较高的风速。

3.6 水冷壁

主燃烧器区域水冷壁不动，燃尽风区域水冷壁根据燃尽风布置开孔。

3.7 燃尽风风道

从锅炉四角大风箱入口的主风道上各引出一路风道，再分给各SOFA喷口，管路上增加膨胀节并设置差压测量装置。

3.8 新燃烧器特性参数

4 低氮燃烧器设计特点

选取较低的一次风率，有助于燃烧初期挥发份型的N转化为N2，同时也有利于煤种变化时，火焰的稳定燃烧。一次风采用水平浓淡，上下两层一次风之间布置有偏置二次风，与一次风形成一定夹角，防止结渣和高温腐蚀，降低NOx排放。采用强化燃烧一次风喷嘴，加快煤粉燃烧延长炉内停留时间及缩短火焰行程。

燃烧器顶部设有可上下左右摆动的高位SOFA风，可以有效控制飞灰含碳量，进一步调节炉膛出口烟温偏差之外，还可以对炉膛出口烟温进行调节。

为了减少进入燃尽区的未燃尽碳量，保留了低位OFA，同时严格控制高位SOFA的风量。

为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬。在低位OFA选取相对较高的风速。

燃烧器喷口采用新型耐热合金材料，该材料在1300℃时仍具有稳定的抗磨组织，有利于防止喷口烧坏及磨损。

5 低氮燃烧调整

通过燃烧调整降低NOx的主要途径和方法有：减少过量空气系数；控制燃料与空气的前期混合；提高入炉煤粉的局部燃烧浓度；降低主燃烧区温度；避免产生局部高温区；缩短烟气在炉内高温区的停留时间；度利用中间生成物反应降低NOX产量。

白山热电改造低氮燃烧器后，控制锅炉炉膛出口氧量在3.5%左右。中、下部二次风开度大致为均等配风；根据负荷三层SOFA风投用二层，开度在50%左右。最下层二次风门的开度根据炉渣可燃物含量的大小进行调整。周界风的开度根据一次风喷口的着火距离适当关小调整，有利于NOX的进一步降低，同时也应避免着火太近而烧损喷口。