300 MW贫煤锅炉低氮燃烧器改造对汽温的影响

薛新伟，张志强

（山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021）

300 MW贫煤锅炉低氮燃烧器改造对汽温的影响

薛新伟，张志强

（山西漳山发电有限责任公司，山西 长治 046021）

通过300 MW贫煤锅炉分离式燃烬风低氮燃烧器改造后的燃烧调整试验，对比不同负荷、不同氧量下汽温变化情况，发现锅炉主燃区高温缺氧燃烧过程以及燃烬区低温富氧过程的燃烧比例分配，即锅炉上下炉膛火焰温度波动幅度对主燃区区域风煤比变化的敏感性，是引起锅炉主、再热汽温波动且偏低的主要因素，并进行上、下炉膛燃烧比例的分配，提高锅炉效率，降低了氮氧化物的排放。

炉膛；燃烬风；火焰中心；氧量

漳山发电有限责任公司300 MW锅炉是武汉锅炉股份有限公司制造的，亚临界、中间过热、自然循环汽包炉。采用钢球磨中储式，热风送粉，直流式燃烧器，四角布置，切圆燃烧，烟气挡板调温，中间一次再热，锅炉燃用煤质属于低挥发分、高灰分的贫煤。

该厂进行2号炉低氮氧化物燃烧系统和脱硝系统改造，改造前燃烧器采用引进美国CE公司技术设计制造。采用大风箱、大切角、固定式燃烧器，燃烧器正四角布置，在炉内形成双切圆燃烧，假想切圆分别为φ802 mm和φ974 mm，每个角的燃烧器共有14层喷口，4层一次风喷口，8层二次风喷口，2层三次风喷口。二次风一部分作为燃料风，设在每只煤粉喷嘴周围，一部分作为顶部燃烬风，经燃烧器顶部的二次风喷嘴送入炉膛；其余部分作为辅助风，与煤粉喷嘴相间布置，形成均等配风。改造后，主燃烧器区域采用了13层喷口，取消了原设计的最上层反切二次风喷口，对所有喷口进行了改造、更换。主要改造内容为：一次风喷口不再采用左右浓淡分离；二次风喷口面积减小，二次风喷口中的垂直隔板有一定角度，使得二次风与一次风气流不再具有相同的水平偏转角、在一次风与炉墙之间形成氧化性区域，以便降低氮氧化物并防止结焦。在主燃烧器区域的上方，增加了1层分离燃烬风，共8个喷口。

1 从火焰中心位置分析对汽温的影响

该厂低氮燃烧器改造后，燃烬风喷口布置在锅炉32 m标高，形成燃烬风区，距离主燃区最上层燃烧器5 m左右，燃烧器最上层火焰与屏底距离由原先18 m减少至10 m。根据前苏联热力计算标准，火焰中心位置的相对标高Xmax[1]与燃烧器的布置方式相关，等于燃烧器轴线的平均高度与炉膛高度的比值；炉膛出口烟气温度与燃煤的理论燃烧温度成正比，与系数M（考虑燃烧条件影响的参数）成反比。系数M是火焰中心位置的函数，其表达式为

式中，A与B分别为燃烧方式及燃料种类的系数。

在炉膛高度方向上，燃烧器之间的距离越大，燃烧器轴线的平均高度越高；Xmax的位置越高，即火焰中心位置相对越高；系数M与Xmax成反比关系，即火焰中心位置越高，系数M越小。可见，该厂低氮燃烧器改造后，燃烧器的轴线平均高度增加，炉膛火焰位置升高，炉膛出口烟气温度升高。然而，该厂在低氮燃烧器改造后，实际炉膛出口烟气温度变化不能简单地依据火焰中心位置变化来判断。

低氮燃烧器改造后，燃烬区以及屏区烟气温度和流场波动主要受主燃区与燃烬区燃烧比例变化的影响，即上、下炉膛热负荷和烟气温度的分布情况主要受主燃区风煤比控制。主燃区为高温欠氧燃烧，其燃烧工况对氧量变化很敏感。

当主燃区风煤比增加，如降负荷以及增加风量时，主燃区燃烧比例增加，炉膛温度升高，氮氧化物生成量增加，同时造成燃烬区燃烧比例和火焰温度相应降低，火焰中心降低，汽温降低；反之会使火焰中心升高，汽温升高，氮氧化物生成量降低。由于上下炉膛烟温变化对氧量的敏感性，燃料波动和配风波动的主燃区风煤比波动现象，会造成烟气温度、蒸汽温度以及氮氧化物的明显波动，这一现象在加减负荷、制粉系统三次风扰动时尤为突出。

2 氧量变化对汽温的影响

通过降低总风量进行试验，发现随着炉膛出口氧量的降低，主燃烧区还原性气氛逐渐形成，燃烧器出口氮氧化物生成量不断降低，由于氧量的降低，烟气量也随之降低，对流换热明显变差、变弱，低温过热器、低温再热器等处对流换热明显降低，造成主、再热汽温明显降低。但是炉膛出口氧量存在临界值，存在既能提高汽温，也能维持较低氮氧化物的炉膛出口氧量临界值。该厂2号炉负荷170 MW时，维持炉膛出口氧量5%，汽温能够达到540℃，氮氧化物600 mg/m3。炉膛出口氧量5%，是170 MW负荷下的临界值。

3 变负荷工况时对汽温的影响

主燃区挥发分及固定碳等可燃物的燃烧形成主焰，为高温、缺氧燃烧，燃烬区大量可燃气体等可燃物的燃烧形成燃烬火焰[2]，为低温富氧燃烧；主燃区和燃烬区燃烧热量释放比例，主要由主燃区的过剩空气系数控制。负荷突升突降时，由于主燃区风煤比发生变化，主火焰与燃烬区火焰燃烧份额、比例会发生较大变化，燃烧工况及屏区火焰温度发生较大波动，而锅炉水循环系统、蒸汽系统由于惯性，吸热变化相对滞后，造成汽温忽高忽低，或部分管壁壁温超温。锅炉加负荷过程中，主燃区燃料量增加，而主燃区风量未相应增加，有一定迟延，造成主燃区燃烧份额、比例降低，燃烬区燃烧份额、比例增加，火焰中心升高，加剧了升负荷过程的烟气侧与汽水侧换热不平衡现象，汽温突升、部分管壁温度易超温[2]。锅炉降负荷过程中，主燃区燃料量减少，而主燃区风量未相应降低，造成主火焰燃烧份额比例增加，燃烬区燃烧份额比例减少，火焰中心降低，加剧了降负荷过程的烟气侧与汽水侧换热不平衡现象，造成汽温偏低。

通过试验，升负荷时，提前适当开大辅助二次风挡板，然后增加燃料量，确保主燃区风量提前增加。观察主、再热汽温变化趋势变缓变慢后，及时回调二次风挡板，如果回调不及时，送风机出力增加、燃料量稳定后，会改变燃烧区风煤配比，降低燃烬区燃烧份额，使主、再热汽温偏低。降负荷时，提前适当关小辅助二次风挡板，然后降低燃料量，确保主燃区风量提前减少，观察主、再热汽温变化趋势变缓变慢后，及时回调二次风挡板，如果回调不及时，燃烬风区将会通入过量空气，降低燃烬风区温度，使主、再热汽温降低。针对机组协调方式下燃料量自动调整速率快而送风量响应速度较慢的情况，采取利用主燃区二次风挡板对变负荷工况的进行上述试验调整后，能够保持主燃区适当的风煤比，从而控制主燃烧区域和燃烬区域的燃烧负荷比例，汽温、汽压和氮氧化物数值波动情况得到明显改善。

4 影响汽温调整的其他因素

目前影响汽温调整的因素还有给粉机的波动，也就是燃料量的波动，给汽温调整带来很多不利因素。而影响燃料量波动的主要原因有燃烧工况的不稳性、汽温调节性能差、煤质不稳、制粉系统启动、断煤等，这些不利因素都可能造成主、再热汽温调节品质差，造成主、再热汽温偏低。目前由于汽温调节自动偏置块限制，汽温调整还需要人为手动干预，汽温调整要根据负荷、燃料、风量等变化，观察汽温变化趋势，提前开、关减温水进行汽温调整。汽温调整要平稳，要提前预判，发现可能造成壁温超温时，要提前开启减温水，避免减温水量突增突减，减小因减温水量对主汽流量及给粉量的负面影响，防止由于燃料自动和减温水自动回路的相互干扰导致的主、再热汽温频繁波动及偏低现象的发生[1-3]。

5 改造后运行调整

通过改变送风机出力对锅炉氧量即总烟气量进行总体控制，以保证锅炉总的风煤比和烟气比。利用燃烬风区和主燃区二次风挡板开度来控制主燃区和燃烬区分级供氧比例，并在不稳定工况下进行动态响应，然后通过氮氧化物量波动情况来判断主燃区过剩空气系数并对送风配比进行精细调整，确保炉内火焰温度分布稳定不波动，空气量和气流混合速度能够满足完全燃烧的需要，烟气量能够满足与汽水换热的要求。为了使主燃烧区域形成足够的还原性气氛，并且提高主燃区炉膛温度，加速固定碳的燃烬，采取集中燃烧方式，提高运行给粉机出力。减少给粉机、磨煤机运行台数，可降低飞灰含碳量和提高主、再热汽温度。不同负荷、不同煤种要选择合适的氧量，低负荷阶段，氧量不要太大，因为氧量太大，主燃区通入较多的风量，还原性气氛减弱，会造成主燃区燃烧加强，主燃区将大部分可燃物燃烬，燃烬区可燃物减少。在燃烬区通入大量冷风，反而对燃烬区燃烧不利，形成扰动，造成燃烬区火焰扰动，燃烬区热负荷忽高忽低，易造成汽温、汽压以及氮氧化物的波动。高负荷阶段、氧量不要太小，因为氧量太少，主燃区燃料量增加后，因为供氧不足，导致固定碳燃烧时，无法混入足够的氧，使不完全燃烧产物增加，不完全燃烧产物进入燃烬区后，燃烧时间短，而且燃烧时，消耗大量氧量，影响CO、H2等气体可燃物燃烧，造成汽温偏低，飞灰含碳量增加。

目前该厂锅炉在不同负荷阶段和不同煤种下都能维持燃烧器出口氮氧化物排放值小于650 mg/m3，主、再热汽温度基本维持535℃以上，飞灰含碳量维持4%～6%之间，后屏部分管子壁温超温问题也有所缓解。当前正在通过燃煤掺烧来提高燃煤挥发分、通过运行优化来精细调整，预期锅炉效率和氮氧化物排放值会得到进一步改善。

6 结语

a）贫煤锅炉低氮燃烧器改造。入炉煤在经过主燃区着火、燃烧，煤颗粒破裂并与氧气反应生成大量一氧化碳，经过还原区，进入燃烬区，在燃烬风区域形成稳定燃烧，才会使汽温升高。而如何使火焰形成足够稳定的二次燃烧，成为影响汽温的关键。

b） 通过配煤调整，适当掺配高挥发分煤种，挥发分掺配至16%～19%之间，同时保证配煤热值，降低运行给粉机、磨煤机台数，集中燃烧，可有效控制氮氧化物，并提高汽温。

c）对应负荷下选择合适的临界氧量，在临界氧量下，不仅能提高主、再热汽温，还能使氮氧化物生成量在设计值内。

The Influence of Low NOxBurner Retrofitting of a Lean Coal-fired Boiler on Steam Temperature

XUE Xinwei,ZHANG Zhiqiang
（Shanxi Zhangshan Electric Power Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi046021,China）

According to the combustion adjustment test of 300 MW lean coal-fired boiler after retrofit of separated over-fire air low NOxburner,the change of steam temperature under different loads and different oxygen contents is contrasted.It is found out that the combustion ratiodistribution between high-temperature low-oxygen combustion process in the main combustion zone and low-temperature rich-oxygen combustion process in the burned out zone is the main reason that causes fluctuations of the boiler main temperature and reheat steam temperature.The distribution of furnace combustion ratio is conducted，which improves the efficiency of the boiler and reduces nitrogen oxide emissions．

furnace；burn-out wind;flame center；oxygen content

TM621.2

B

1671-0320（2017）02-0055-03

2016-12-19，

2017-01-23

薛新伟(1972)，男，山西河曲人，2010年毕业于武汉大学电气工程及自动化专业，硕士，工程师，主要从事电厂生产调度和运行管理工作；

张志强(1979)，男，山西定襄人，2003年毕业于太原理工大学热能与动力工程专业，工程师，从事锅炉调整、运行管理工作。