330MW机组锅炉低氮燃烧改造及效果分析

樊爱兵

(江苏华电扬州发电有限公司，江苏扬州　225007)



330MW机组锅炉低氮燃烧改造及效果分析

樊爱兵

(江苏华电扬州发电有限公司，江苏扬州225007)

摘要:某电厂#6机组空气预热器出口NOx排放质量浓度达655.7 mg/m3，为满足新标准排放要求，采用多空气分级、水平浓淡分离的煤粉燃烧技术对锅炉燃烧器进行了低氮燃烧改造，在炉膛内沿垂直方向和水平方向进行多次空气分级。改造后的锅炉性能试验表明，空气预热器出口NOx排放质量浓度可长期保持在300 mg/m3以下，锅炉效率、飞灰中可燃物含量符合要求，改造效果显著。

关键词:燃烧器;低氮燃烧; NOx;空气分级;水平浓淡分离

0　引言

近年来，为改善环境质量，防治火电厂大气污染物排放造成的污染，我国对火电厂污染物的排放提出了严格的要求。环保部发布的GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》［1］规定，自2014年7 月1日起，划分为重点地区的投运火电机组NOx排放质量浓度限值为100 mg/m3。某电厂330 MW机组的NOx排放质量浓度处于较高水平，电力科学研究院出具的性能试验报告显示，该电厂#6锅炉在300 MW负荷时，空气预热器出口处NOx质量浓度为655.7 mg/m3，不符合国家环保要求，必须进行脱硝改造。针对#6锅炉的NOx排放情况和煤种特点，可先进行低氮燃烧改造，降低炉膛出口NOx排放质量浓度，再结合选择性催化还原(SCR)技术进一步降低NOx的排放值，从而达到重点地区NOx排放质量浓度为100 mg/m3的限值要求。

1　锅炉概况

某电厂330 MW机组于2005年5月投产，配套的#6锅炉为东方锅炉股份有限公司生产的DG1036/18.2－Ⅱ4型亚临界参数、四角切圆燃烧方式、自然循环汽包炉，单炉膛，Π型露天布置，设计煤种为燃用烟煤，制粉系统采用正压直吹式，配备5 台HP843型中速磨煤机，4用1备。#6锅炉燃烧器采用四角切圆方式布置，分上、下2组，在炉膛中心形成681 mm和772 mm的2个假想切圆，共5层一次风喷口和8层二次风喷口，一次风喷口周围有周界风。

2　燃烧器改造方案及技术特点

2.1改造方案

低氮燃烧器主要通过特殊设计的燃烧器调整风煤比例，尽可能降低参与燃烧的氧气的质量浓度，适当降低着火区的温度，缩短气体在高温区域的滞留时间，达到最大限度抑制NOx生成的目的［2］。该电厂在2012年10月至12月期间对#6锅炉进行了低氮燃烧改造。

根据锅炉原燃烧器特点、运行现状及燃用煤质特点，确定采用多空气分级、水平浓淡分离的煤粉燃烧技术对燃烧器进行改造，具体方案如下。

(1)在炉膛高度方向的不同位置进行3次空气分级［3］(如图1所示) :在主燃烧器区送入一部分煤粉完全燃烧所需要的一、二次风，在紧邻主燃烧区的上方燃尽风(OFA)喷嘴送入一定量的燃尽风(即垂直方向第1次空气分级) ;最上方布置低位分离燃尽风(SOFA)燃烧器(即垂直方向第2次空气分级)和高位SOFA燃烧器(即垂直方向第3次空气分级)。SOFA燃烧器参数见表1。

表1　SOFA燃烧器参数

2层SOFA燃烧器喷嘴设计为水平、垂直方向均可摆动，上下摆动角度为±30°(分散控制系统控制)，水平摆动角度为±15°(手动) ;每个喷嘴均配置有调节风门挡板对风量进行调节(分散控制系统控制)。

图1　燃烧器布置图

(2)一次风喷嘴采用水平浓淡分离技术，通过在燃烧器内加装垂直布置的折向挡板，使煤粉喷出时在水平方向形成两股煤粉气流，实现炉膛水平方向的分级燃烧(即水平方向的第1次空气分级)。各层一次风(5层)标高维持不变，除最下层微油燃烧器结构不改动外，其他4层的16只一次风喷嘴均进行优化设计，以提高燃烧效率。

(3)主燃烧器的部分二次风喷嘴采用正向偏置布置方式，形成部分贴壁风(在DD，BC，DE层增加了与主气流方向一致的贴壁二次风)，在一定程度上推迟了这部分二次风与煤粉气流的混合，从而在炉膛水平方向形成了水平方向的第2次空气分级燃烧。

燃烧器改造后，可保证在挥发性氮析出后的早期燃烧阶段主燃烧器过量空气系数较低，炉膛内沿垂直方向和水平方向进行多次空气分级燃烧，挥发氮转化成氮气，大幅减少了总的NOx生成量;另外，燃烧时主燃烧区欠氧，炉膛的温度相对降低，热力型NOx的生成量也会有所减少。

2.2主要技术特点

(1)燃烧器上部设置OFA +两层SOFA(低位SOFA和高位SOFA)，沿炉膛高度方向形成3次空气分级;一次风喷嘴采用水平浓淡，浓相煤粉主要集中在炉膛中心，空气含量高的淡相煤粉分布在炉膛四周，在水平方向形成空气分级;主燃烧器区域布置了贴壁风，推迟部分二次风与主气流在水平方向的混合，一定程度上也形成了空气分级，大大减少了NOx的生成。

(2)一次风采用优化设计的百叶窗浓缩器，在保证高浓缩比的条件下，使浓、淡两侧的风量分配基本均匀，真正实现接近设计预期的浓淡燃烧;另外，一次风喷口中间设有钝体，使浓、淡一次风之间形成约6°的夹角，起到卷吸烟气和推迟一次风混合的作用［2］。浓侧喷嘴内设有稳燃齿，可提高燃烧器的低负荷稳燃能力和燃烧效率;淡煤粉处于背火侧，提高了该区域的风煤比，使水冷壁附近处于氧化性气氛，可有效防止水冷壁的结焦和高温腐蚀。

(3)一次风煤粉喷管前端采用螺栓进行支撑和固定，在喷口位置、角度和标高确定后，将螺栓调整好并顶紧，可避免喷口和喷管移动，既保证了煤粉气流的射入角度，也有利于摆动机构的灵活摆动。SOFA燃烧器喷嘴之间的连杆均置于箱壳外，锅炉热态运行时，摆动机构及其所有连杆不存在受热膨胀，减少了卡涩的可能。

(4)一次风喷口与喷管连接处取消了薄且容易变形的不锈钢密封罩，可有效避免摆动卡涩和密封罩磨穿漏粉。

(5) SOFA风道上采用大风箱结构，可以使SOFA四角风量均匀。喷嘴上下摆动可在运行过程中调整高、低位SOFA的送入位置，从而可在一定范围内调整NOx排放值、飞灰含碳量以及过热器和再热器的汽温。喷嘴左右摆动则可在一定程度上减小炉膛出口的烟温偏差。

3　改造效果

3.1技术效果

对低氮燃烧器改造后的#6锅炉进行330 MW负荷下的锅炉性能试验，试验结果如下。

(1) 330 MW负荷下，实测空预器进口氧量为3.18 ％左右，1～5层一次风挡板开度分别为25％，25％，25％，25％，0，1～8层二次风挡板开度分别为70％，55％，55％，40％，40％，75％，0，45％，9～12 层SOFA挡板开度分别为80％，80％，80％，0，主燃烧器和燃尽风摆角均处于水平位置，对应主、再热蒸汽温度分别为544.3，543.5℃，飞灰中碳的质量分数为2.13 ％，炉渣中碳的质量分数为4.66 ％，空气预热器出口CO体积分数为0.001％，NOx排放质量浓度(标态，折算至6％ O2)为288.6mg/m3，修正后的锅炉热效率为93.01 ％。

(2)锅炉在330 MW负荷下运行稳定，主蒸汽温度和再热蒸汽温度可达设计值，NOx排放质量浓度、飞灰含碳量以及减温水量等指标满足低氮燃烧器改造性能保证要求。

另外，锅炉运行一段时间以来，参数调节良好，运行可靠，无水冷壁严重结焦、空气预热器堵塞等情况，NOx排放质量浓度可长期保持在300 mg/m3(标态)以下。

3.2经济性分析

#6锅炉低氮燃烧改造工程总投资620万元，每年可减少NOx排放约2150 t(年利用小时数按5500 计)。低氮燃烧改造后再采用SCR技术脱硝与单独采用SCR脱硝技术相比，经济效益显著，不考虑增加的SCR初始建设投资费用、催化剂折旧费用和SCR维护费用，每年仅节约的脱硝系统液氨运行成本即可达240万元左右，约31个月就能收回改造成本。

4　结束语

采用低氮燃烧技术对#6锅炉进行改造后，炉膛出口NOx质量浓度由650mg/m3左右降至290mg/m3左右，可以减少SCR系统的催化剂层数，大大降低SCR系统的建设费用，并将减少液氨的消耗量，降低脱硝运行费用;另外，SCR系统催化剂层数减少后，系统阻力也将减小，风机电耗也将有所降低，实现了企业效益最大化并达到了环保要求。

参考文献:

［1］火电厂大气污染物排放标准: GB 13223—2011［S］.

［2］闫晓燕.300 MW机组锅炉低氮燃烧技术改造与性能评价［J］.冶金动力，2015 (1) : 37－39.

［3］李衍平.300 MW机组燃煤机组空气分级低NOx燃烧系统改造技术［J］.黑龙江电力，2013 (3) : 272－274.

［4］徐炳文.煤粉锅炉低NOx燃烧器系统改造［J］.中国设备工程，2014(8) : 64－66.

(本文责编:刘芳)

樊爱兵(1973—)，男，江苏扬州人，工程师，从事企业管理方面的工作(E－mail: 2427419434@ qq.com)。

作者简介:

收稿日期:2016－01－20;修回日期:2015－12－05

中图分类号:X 701

文献标志码:B

文章编号:1647－1951(2016)01－0059－03