煤粉锅炉低NOx燃烧器系统改造

徐炳文

（华电国际莱城发电厂，山东 莱芜 271100）

煤粉锅炉低NOx燃烧器系统改造

徐炳文

（华电国际莱城发电厂，山东 莱芜 271100）

为节能减排，提出了锅炉燃烧器系统改造项目。锅炉低氮改造后，锅炉热效率提高1%，锅炉NOx排放量大幅减少，排放浓度标准降到了220mg/m3。

节能减排；氮氧化物；空气分级；水平浓淡；燃烧器

在燃煤电厂排放的大气污染物中，氮氧化物（NOx）对生态环境和人体健康的危害极大，且难以处理，所以成为重点控制排放的污染物之一。

一、机组介绍

华电国际电力股份有限公司莱城发电厂4锅炉采用亚临界、中间一次再热、控制循环汽包炉，型号为SG-1025/17.44-M844。该锅炉为单炉膛、平衡通风、固态排渣、四角切圆燃烧方式，设计燃煤为高挥发份烟煤，点火、助燃用油为0号柴油。

制粉系统配置3台BBD4062双进双出直吹式磨煤

机，燃烧方式为四角顺时针切圆，每角共有6个一次风口、6个燃料二次风口、11个辅助二次风口，顶层为两层消旋风，燃烧器摆角上下摆动30°，锅炉主要设计参数见表1。

表1 锅炉主要设计参数

二、燃烧系统低氮改造

1.多空气分级低NOx燃烧技术

首先在沿炉膛高度的垂直方向采取3次空气分级，即在主燃烧器区域送入一次风和二次风，在紧邻主燃烧区的上方OFA喷嘴送入部分燃尽风；从低位SOFA燃烧器送入剩余的部分燃尽风；将剩余的燃尽风从高位SOFA燃烧器送入。其次，主燃烧器一次风燃烧装置上采取水平浓淡分离技术，实现炉膛水平方向的空气分级燃烧。另外，主燃烧器的部分二次风喷嘴采取正向偏置布置，形成部分贴壁风，推迟了该部分二次风与煤粉气流的混合，也在炉膛水平方向形成了一定程度的空气分级燃烧。这样就在挥发氮析出后，将主燃烧器区域的过量空气系数降低，在整个炉膛内沿垂直和水平方向实现多次空气分级燃烧，促使挥发氮转化成N2，从而减少总的NOx生成量。同时，因富燃料欠氧，炉膛的燃烧温度也会相对降低，也在一定程度上降低了热力型NOx的生成量。

2.燃烧器改造

主燃烧器上部设置OFA，主燃烧器上方标高32 850mm处布置低位SOFA，标高35 950mm处布置高位SOFA，沿炉膛高度方向形成垂直3次空气分级；一次风采用水平浓淡，使浓煤粉主要集中在火焰温度高的炉膛中心，空气含量高的淡煤粉则分布在炉膛四周，使一次风气流在水平方向形成空气分级；主燃烧器区域布置了4层贴壁风，使该部分二次风与主气流在水平方向推迟混合，即在水平方向也形成了空气分级；上述多空气分级措施可大大减少NOx的生成。SOFA燃烧器分低位和高位布置，相对单一SOFA布置更容易有利于分级燃烧，以及炉膛氧量以及燃烧温度分布更均匀（见表2）。

表2 SOFA燃烧器规范

SOFA燃烧器喷嘴可以垂直方向上下摆动±30°（DCS控制），同时可水平方向摆动±15°（手动）；每个喷嘴均有调节风门挡板，对喷嘴的风量根据运行要求进行自动调节（DCS控制），燃烧器改造设计参数见表3。

表3 燃烧器改造设计参数

（1）燃烧器喷嘴出口端四角设计成圆弧形，有利

于保持出口射流刚性，减少燃烧器掉粉；喷嘴尾部也设计成圆弧形，使喷嘴在上下摆动时，间隙风漏风不会增加，可维持二次风的刚性，提高锅炉燃烧效率。

（2）对燃烧器密封和保温进行优化设计，可以降低燃烧器的漏风和散热，降低燃烧器周围的温度，不仅有利于燃烧和提高效率，还可以改善摆动汽缸和执行器的工作环境，确保上述设备的可靠性。

（3）维持原燃烧器的射流角度和切圆大小不变，对原燃烧器设计参数也只是进行了微调，这样可最大程度地维持原燃烧器的特点。

（4）主燃烧器整体不需改动，所有一次风、二次风的标高均不改变。煤粉管道、煤粉弯头的标高、走向以及结构形式不做改动。油枪、火检等设备安装位置均不改变。

3.一次风管道改造

一次风采用弯头式水平浓淡，在形成浓淡燃烧的条件下，可形成“风包粉”，有利于防止或减轻炉膛结渣和高温腐蚀。浓、淡煤粉间设有垂直钝体，使浓淡一次风之间形成6°的夹角，既可起到卷吸高温烟气的作用，也可推迟浓淡一次风的混合。既有利于着火稳燃，又可确保水平浓淡燃烧，减少NOx的生成（图1）。

图1 一次风水平浓淡示意图

另外，一次风喷嘴出口上下加装扩压器，可增强对高温烟气的卷吸，同时也推迟了二次风的混入，均有利于着火与稳燃，也可降低NOx生成。一次风喷嘴采用均等的周界风，既起到冷却喷嘴的作用，同时有利于保持一次风气流的刚性。

4.二次风系统改造

主燃烧器中布置2层（AB2、BC2）水平偏置（贴壁）辅助二次风，将2层（B、C）油风室对应的辅助二次风喷口中的部分风设计为水平偏置（贴壁）辅助二次风。不仅可提高炉膛高温燃烧区域水冷壁附近的氧量，防止炉膛的结焦和高温腐蚀，而且也在炉膛水平方向形成分级送粉，可减少NOx的生成；锅炉有结焦倾向时，应开大AB2、BC2、B、C层贴壁风运行，并加强锅炉水冷壁吹灰。

5.空气预热器改造

（1）两台空预器在A级检修后，更换蓄热元件冷端原有吹灰器，并增加高压水枪管，增设热端吹灰器，介质仍为原有蒸汽汽源，增强吹灰效果；完成密封改造，更换蓄热元件、热端及冷端扇形板、轴向密封板、径向轴向旁路密封片，提高空预器的换热效率。

（2）每台空预器增加1只热段吹灰器。正常运行中空预器吹灰维持压力1.3MPa，最大不得超过1.37MPa。

（3）空预器吹灰器有常速和慢速方式。常速方式下，吹灰过程约在35min内完成；慢速方式下，吹灰过程约在74min内完成。吹灰器吹灰正常选常速方式运行。

（4）空预器吹灰流程，先运行下部冷端吹灰器，吹灰过程约在35min完成；再运行上部热端吹灰器，吹灰过程约在35min完成。

三、结语

燃烧器改造后飞灰可燃物含量达到了设计值，没有出现大幅升高的现象；最低稳燃负荷达到设计要求；过热器、再热器超温情况较改造前大幅减少。

通过此次燃烧系统升级改造后，机组在额度负荷下，NOx的排放浓度由600mg/m3降到了220mg/m3，达到了减排的目的，取得了良好的效果。

锅炉热效率增加了约1%，节约了燃料成本，增加了机组的经济性，提高了企业竞争力。

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1671-0711（2014）08-0064-03

2014-05-06）