巴威锅炉DRB-XCL型燃烧器低氮调整探讨

2014-12-01汪国庆

安徽电气工程职业技术学院学报 2014年3期

汪国庆

(芜湖发电有限责任公司，安徽芜湖 241009)

1 锅炉概况

我厂锅炉是由北京巴布科克·威尔科克斯公司设计和制造的超超临界参数锅炉，是典型的Π型直流锅炉，炉膛的宽度和深度为23192.7×15566.7mm，炉底标高7500mm，炉顶标高70000mm，采用三分仓回转式空气预热器。锅炉采用前后对冲燃烧，分别由6台HP1063中速磨煤机正压直吹式制粉系统供粉。前、后墙各三层布置。每一层布置6只燃烧器，共36只燃烧器。在最上层对冲布置一层NOx喷口，共16只NOx喷口。主燃烧器是DRB-XCL型旋流燃烧器，一次风直流射流，二次风旋流喷射，分内外层二次风，均可通过轴向叶片的角度调整改变其旋流强度。NOx喷口中心风是直流射流，外环装有可调叶片调整旋流强度以增加二次风的混合［1］。

2 锅炉NOx生成原理及控制原则

多年来的理论和实际运行情况表明，煤燃烧过程中，所产生的氮氧化物NOx主要有两种:燃料型NOx和温度型NOx。理论研究表明:随过量空气系数的增加，温度型NOx在过量空气系数1.1达到最大值，而燃料型NOx则随过量空气系数的增加而增加［2］。

燃煤性质也是影响燃料型NOx的生成量主要因素，随煤挥发分、氮含量、煤种水分的增加，NOx生成量增加［2］。

因此综合而言，锅炉降低NOx排放的主要手段:在既定的煤种条件下，首先必然是控制过量空气系数，在入炉总风量确定的基础上，锅炉采用分级燃烧方式，一般认为，对于前后墙对冲锅炉，主燃烧区一般在燃烧器区域，燃烧器区域至NOx喷口二次风喷口为还原区，在NOx喷口二次风喷口以上为燃尽区。在主燃烧区降低氧气浓度，降低燃烧温度水平;在燃尽区再进一步补充氧气，促进在相对低温区煤粉的进一步燃尽［2］。

3 采取降NOx燃烧方式带来的主要问题

3.1 火焰中心上移导致炉膛出口温度升高

随着NOx喷口二次风量的增加，根据我厂锅炉模拟计算的结果:随NOx燃尽风的增加炉内过程沿炉膛高度的温度分布图见图2。实际运行情况显示，锅炉火焰中心逐渐上移。导致炉膛出口温度升高，锅炉屏过、后屏、高过和高再的吸热量增加，出入口温升显著增加，金属壁温升高，在我厂两台锅炉2013年检修检查中，发现在屏过直至高过受热面屏底部均不同程度的形成结焦现象，炉膛出口温度平均上升20℃［3］。

图1 前墙燃烧器布置图

图2 锅炉燃尽风对炉内温度分布影响

3.2 汽温高趋势明显导致减温水显著增加

由于主燃烧区风量只有正常运行的80%左右，整体处于缺氧环境，极易产生壁面结渣现象;同时NOx喷口二次风的增量，也促使火焰上移。这两方面作用，都会直接导致水冷壁吸热不足，而后续屏过、后屏、高过、高再传热温压增大，使得过热器、再热器减温水显著增多，直接降低了机组的热循环效率。我厂2013年过热器减温水量平均72t/h，再热器减温水量平均3.5t/h，均较设计减温水量高。

3.3 锅炉效率下降

低NOx燃烧方式与传统稳燃三高原则“高温、高氧量、高煤粉浓度”的技术方向是相反的，这必然不利于锅炉飞灰可燃物和排烟温度的控制。我厂统计结果表明:排烟温度平均约上升2～3℃，飞灰可燃物上升 0.2%左右［4］。

3.4 还原性区域的存在导致炉内结渣和高温腐蚀

对冲燃烧的低氮燃烧，很多电厂都出现了或多或少的水冷壁侧墙、主燃烧器喷口附近有结渣和高温腐蚀趋势。

3.5 启停制粉系统对锅炉负荷和NOx排放影响

锅炉启停制粉系统时，特别是磨煤机暖磨和吹扫期间，因炉内局部风量的变化，局部燃烧波动，NOx排放量大幅增加，机组负荷波动也在5MW左右，造成锅炉尾部SCR区喷氨量大幅变化。

4 降NOx燃烧方式实践和探讨

4.1 控制锅炉过量空气系数

锅炉入炉总风量控制可以部分消除炉膛火焰中心上移带来的弊端，锅炉高温受热面控制余度增加，同时这也是控制NOx生成量的主要方法，是低NOx燃烧方式的必然首选要求。我厂根据锅炉燃烧优化试验结果，锅炉在75%负荷以上时，一般控制空预器入口氧量在2.8～3.0%，即过量空气系数控制在1.15 ～1.17［4］。

4.2 各层主燃区的合理配风

为了尽量限制火焰的上移趋势，可以始终保持最下层主燃区相对高的氧含量，让上面两、三层主燃区还原能力强一些，形成在固定的NOx喷口二次风比例的情况下，主燃烧器下层相对富氧、中上层相对缺氧的合理还原区分布。以此种方式来配风，形成较为稳定的基本还原区火焰。

这样，就形成了锅炉二次风的调整方案，即锅炉三层主燃烧器采用所谓的“倒宝塔”型配风比例，同时根据锅炉负荷控制NOx喷口二次风量的控制模式，对锅炉的运行相对有利。

4.3 各主燃烧器配风分配

根据各燃烧器出力分配情况，按照喷燃器风煤比大致相同的燃烧基本原则，依据煤量大小分配各个燃烧器二次风用量的大小，保持炉内烟气氧量相对平衡的环境，对尽量保低氮，同时兼顾锅炉稳燃、减少炉内热偏差和限制火焰偏斜、上移大有好处。

这样，就形成了锅炉底层燃烧器尽可能在经济出力附近运行，并尽可能参与较少的机组负荷调节，而中上层燃烧器调节机组负荷，相应的二次风随燃烧器出力变化而自动开环调节的方式。

在此基础上，同层燃烧器两侧墙风量较其他燃烧器增加5～10%，有利于改善两侧墙还原性气氛，减轻结渣现象的发生［4］。

4.4 煤粉细度的控制

在磨煤机和制粉系统允许的前提下，只要制粉出力保证，适当降低煤粉颗粒度，在空气不足的条件下煤粉细度的增加，可使挥发分氮在富燃料区转化为N2而降低了NOx的生成量，对提高煤粉燃尽率、限制煤粉火焰燃尽距离很有好处。

我厂在底层磨煤机安装一台能够自动采样的煤粉取样器，定期取样化验，监控锅炉煤粉细度变化，控制煤粉细度在15%左右。

4.5 制粉系统启停控制

锅炉因负荷需要启停制粉系统过程中，采取小风量暖磨、吹扫的方式，同时调整相应喷燃器二次风量的方式，可在一定程度上减小对炉内燃烧工况的影响，NOx排放量波动可控制在30mg/Nm3。

4.6 控制入磨煤质

我厂采用煤场混煤的方式进行煤种的掺烧，尽可能保证各种煤种掺混后，接近锅炉设计煤种，但同时也造成当两种以上的不同煤质混在一起进入同一个燃烧器时，可能出现煤种着火程度不一的情况，导致主燃区还原不利、部分煤种相对难着火和难燃尽的情况。

根据炉内温度水平参考，分配不同煤种的上下层搭配，考虑到最下层燃烧器附近炉温明显低于中上层，着火引燃条件不佳，因而将着火稳定性好的煤种尽可能置于下层燃烧器;最难燃煤质置于中层;中间性质煤质置于上层。这样的布置有利于稳燃，有利于强化低氮改造后的分区燃烧降氮效果。

4.7 NOx喷口二次风的运用

根据目前的各厂运行所采取的方式来看，NOx喷口二次风在总风量中所占的比例，各厂普遍为15% ～30%之间。

同时随着负荷的升降，炉温会发生变化，必须保证NOx喷口二次风用量随负荷增减而相应增减的基本规律，形成跟踪负荷变化的NOx喷口二次风同向增减的调整方式。

根据我厂实际经验，建议最低稳燃负荷下NOx喷口二次风量不超过10%，75%以上负荷时20～25%。通过低负荷减少NOx喷口二次风用量的做法，保证在低负荷下主燃烧区燃烧器内、外二次风风量风速，保证主燃区的燃烧稳定。限制NOx喷口二次风量、提高下层主燃区氧量，只对中间和上面的两、三层主燃区进行缺氧还原区气氛保证，其还原区空气过剩系数控制在0.9左右，下层主燃区则至少保证1.0～1.1的空气过剩系数，以稳定燃烧和安全运行为重。