600 MW机组锅炉低氮燃烧器研究与应用

2019-07-24杨小林任蓓蓓

山西电力 2019年3期

杨小林，郭庆，任蓓蓓

(1.晋城电力集团热电有限公司，山西晋城 048000；

2.国网山西省电力公司电力调度控制中心，山西太原 030013)

0 引言

山西某电厂锅炉型号为B&WB-2090/25.4-M，超临界参数变压直流炉、一次再热、平衡通风、紧身封闭布置、固态排渣、全钢构架、前后墙对冲燃烧方式、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉采用中速磨直吹式制粉系统，前后墙对冲燃烧方式，配置B&W公司双调风旋流燃烧器及NOx喷口。锅炉尾部设置分烟道，采用烟气调温挡板调节再热器出口汽温。电厂燃煤含硫质量比约2.4%，属高硫煤，根据近年来同类型低氮燃烧器运行情况看，容易在燃烧器上方水冷壁区域出现高温腐蚀。因此，锅炉燃烧调整试验重点解决3个问题，即控制NOx排放量，同时保证锅炉水冷壁不发生高温腐蚀[1]，保证锅炉运行的经济性不降低。

1 同层燃烧器均等配风

对于前后墙对冲旋流燃烧系统，前后墙分别布置大风箱，二次风由两侧风道进入风箱，在风箱两端存在流速，风箱和炉膛差压必然是中间大两端小，即中间燃烧器二次风流速高，两端燃烧器流速低[2-3]。冷态测试各燃烧器喷口内、外二次风流速，如图1所示。

图1 同层6只燃烧器内外二次风速分布

为实现同层燃烧器均等配风，将同层6只燃烧器二次风挡板预置开度分别为6%、4%、0%、0%、4%、6%。同样工况下，测试同层6只燃烧器喷口内、外二次风流速，结果如图2所示。达到了各燃烧器均等配风目的。

图2 调整后同层6只燃烧器内外二次风速

2 合理配置喷燃器二次风旋流叶片

燃烧器分内层和外层调风器，少量的内层二次风引燃煤粉，大量的外层二次风补充已燃烧煤粉后续燃烬所需的空气。内、外层二次风旋转方向相同，改变旋流角度可使煤粉着火点提前或推迟，进而影响燃烧器喷口能否安全运行、锅炉燃烧稳定效果、飞灰含碳量及NOx的生成量。内二次风旋流叶片调节范围20～60 mm，外二次风旋流叶片调节范围40～80 mm。

经过旋流叶片试验确定，当燃烧器内、外二次风旋流叶片开度分别为35 mm、45 mm，炉膛出口氧量为3%时，燃烧器区域水冷壁附近氧量为1.5%左右，水冷壁不会出现高温腐蚀。

表1 试验后各层燃烧器内外二次风门开度mm

3 燃烬风量对NOx排放量及锅炉效率影响

低氮燃烧器进行深度空气分级燃烧，增大高位燃烬风份额，主燃烧区配风份额相应减少，能大幅降低NOx排放量。燃尽风量对NOx排放量及锅炉效率的影响程度如图3、图4所示。

试验条件：机组负荷600 MW、ABCDEF磨煤机运行，6台磨煤机均等出力、炉膛出口氧量3.5%、燃烬风门开度分别为30%、40%、50%、60%、70%。试验结果可见，随燃烬风量增加，锅炉效率降低，NOx排放量减少。结合风门特性，燃烬风门开度一般在65%左右。

3.1 选择合理的炉膛出口氧量

低氮燃烧器的基本机理就是低氧燃烧，降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；但是氧量过低，加之燃用高硫煤，锅炉主燃烧区域处于强还原性气氛，容易造成水冷壁高温腐蚀；低氧燃烧会造成飞灰含碳量升高，导致锅炉效率下降。因此，通过优化试验选择一个最佳运行氧量，使三方面都能达到最佳效果。

图4 锅炉效率随燃烬风门开度变化趋势

试验条件：机组负荷600 MW、ABCDEF磨煤机运行，6台磨煤机均等出力、燃烬风门开度60%，风量380 t/h，约占总风量20%。

图5 锅炉氧量与锅炉效率的关系曲线

图6 锅炉氧量与氮氧化物排放量关系曲线

试验结论表明，锅炉效率随炉膛出口氧量增加而增加，当氧量达3.5%时，锅炉效率最高，随后锅炉效率随氧量增加而下降。NOx排放量与氧量成正比关系，氧量3.5%时，NOx排放量为470 mg/m3；炉膛出口氧量为2%时，燃烧器区域水冷壁附近氧量小于1%；炉膛出口氧量为3%时，这一区域氧量约1.5%。因此，600 MW负荷时，建议炉膛氧量维持在3%～3.5%之间。