煤粉锅炉低氮燃烧系统优化燃烧探讨

2019-04-25潘鑫鑫张广科

有色金属设计 2019年1期

潘鑫鑫，张广科

(1.兰州石化职业技术学院，甘肃兰州 730060；2.中石油兰州石化公司化肥厂，甘肃兰州 730060)

0 引言

兰州石化公司C锅炉装置采用上海锅炉厂设计的单锅筒高压自然循环锅炉，锅炉额定蒸发量220 t/h，额定蒸汽压力9.80 MPa(G)、额定蒸汽温度为540℃，锅炉配一台直吹式中速磨煤机。2014年锅炉燃烧器、脱硝改造，为控制氮氧化物排放，燃烧器改为浓淡分离低氮燃烧器，锅炉增加旋转对冲燃尽风系统(以下称ROFA风系统)。ROFA风系统分为上、下两层8个喷射器，从燃烧器上方5 m处的侧墙喷入炉膛，下层ROFA风从二次风道引出，直接喷入炉膛，上层ROFA风从二次风道引出，经增压风机增压后喷入炉膛，ROFA风占二次风总风量的30%左右，从而达到锅炉分级配风，低氮燃烧目的。

1 锅炉燃烧器介绍

C锅炉燃烧器为浓淡分离低氮燃烧器，四角布置，切圆燃烧。燃烧器喷口共分10层，从上至下分别为二次风层(代码：CC2)、燃气层(代码：G2)、二次风层(代码：CC1)、煤粉层(代码：C)、二次风层(代码：BC)、煤粉层(代码：B)、二次风层(代码：AB层)、煤粉层(代码：A层)、二次风层(代码：AA层)、燃气层(代码：G1层)，燃气层即有燃气枪也有点火枪，见图1。

图1 燃烧器结构图

2 锅炉低氮燃烧存在的问题及原因分析

低氮燃烧器和ROFA风系统投用后，锅炉燃烧稳定，氮氧化物排放达标，达到了改造目的，但是也出现了新问题，一是煤粉不完全燃烧增加，灰中残炭含量高，锅炉热效率降低，二是燃烧器上部结焦严重。

2.1 煤粉不完全燃烧增加

低氮燃烧技术核心就是低温燃烧、低氧燃烧、分级燃烧，低氧燃烧不仅烟气氧含量低，燃料层的氧含量也要低，一次风量要低，磨煤机出来一次风率为25%。炉膛主燃烧区过量空气系数为0.9，造成主燃烧区煤粉不完全燃烧增加。

2.2 燃烧器上部结焦严重

低氮燃烧系统投用后，炉膛结焦呈粘结性，不易打掉，主要集中在燃烧器的上方。结焦严重时，燃烧器上方像戴个大“帽子”，影响上层二次风及燃气正常喷入炉膛。结焦后，炉膛出口温度升高，影响锅炉的正常生产。

2.3 燃烧区域呈还原性气氛，易结焦

低氮燃烧是降低燃烧区域氧含量，减少氮氧化物生成，一般燃烧区域氧含量控制在0.9%以下，处于缺氧富燃料状态。低氮燃烧的投用分3步，第一投用ROFA风系统，抽出30%的二次风喷入燃烧器上方的燃尽区，降低燃烧器区域的氧含量。第二控制各二次风门挡板开度在10%左右，降低二次风的输送量。第三降低一次风量，进一步降低燃烧区域氧含量，致使燃烧区域处于缺氧状态，呈还原性气氛。低氮燃烧能有效控制氮氧化物的生成，但是，为锅炉结焦提供了条件。在还原性气氛下，粉煤灰中氧化铁很容易被还原成氧化亚铁，而氧化亚铁的变形温度低，只有1 000℃。所以，在还原性气氛下，炉膛内很容易结焦。

2.4 点火枪燃气量偏大，加剧燃烧器上方结焦

点火枪燃气流量偏大，点火枪燃气压力50 kPa以上，大于设计要求10～40 kPa，点火枪火焰长度达到1 m多。由于燃气易着火，热值高，燃气着火快，抢走相邻煤粉层空气，加剧燃烧器C层煤粉上部还原性气氛，而且燃气热值高，着火周围温度较高，很容易达到灰分的变形温度，所以，造成燃烧器的上方严重结焦。

3 优化锅炉分级配风措施

3.1 定期测量一次煤粉细度，确保煤粉细度R90通过率达到85%以上，为完全燃烧提供必要条件

煤粉细度测量时间以磨煤机检修周期为依据，分别为磨煤机检修后初期、中期和后期，分三次取样测量煤粉细度。2015年1月份测量煤粉细度，R90通过率为79.8%，低于85%通过率。1月5日磨煤机更换磨辊套及磨碗衬板，3月份测量煤粉细度，R90通过率为91%，达到了R90通过率85%以上要求。11月3日磨煤机检修初期煤粉取样，R90通过率88.4%，煤粉细度R90通过率达到85%以上。通过测量煤粉细度，为了磨煤机检修提供依据，确保了煤粉充分完全燃烧。

3.2 调整燃气自力式稳压阀，控制燃气点火压力在20～40 kPa，火焰距离控制在20 cm左右

点火枪燃气流量偏大，点火枪燃气压力50 kPa以上，大于设计要求10～40 kPa，点火枪火焰长度达到1 m多。调节燃气管线上自立稳压器，正常运行情况下，点火燃气压力控制在30 kPa左右。关小上层点火枪枪前球阀，控制点火枪火焰长度在20 cm左右，从而达到避免出现点火枪“抢风”和降低C层煤粉区域温度的目的。

3.3 调整锅炉配风，确保煤粉燃烧充分

在保证氮氧化物达标排放的前提下，优化锅炉配风，使锅炉燃烧达到最佳平衡状态。首先，将AB层二次风门开度从10%开至30%，BC层二次风门开度从10%开至20%，增加煤粉层的送风量，为煤粉燃烧提供适量氧气，使其充分燃烧。同时，BC层开大起到压制G1层燃气上移燃烧的作用，降低炉膛中心温度。其次，将AA层二次从30%开至60%，增加底部“托浮力”，第三、优化上、下层ROFA风配比，其中上层增压ROFA风占40%，下层ROFA风占60%，使燃尽区处于富氧状态。