600MW锅炉低氮燃烧运行调整探讨

摘要：环境保护部和国家质量监督检验检疫总局联合发布了新修订的《火电厂大气污染物排放标准》，新标准大幅收紧了氮氧化物的排放限值。在越来越严格的环保标准要求下，众多火力发电厂采用低NOx燃烧技术对锅炉进行燃烧器改造。国华宁海电厂一期四台锅炉采用烟台龙源电力技术股份有限公司低氮燃烧技术改造后，实现防渣、高效安全燃烧前提下，明显降低了燃烧生成的NOx，取得良好效果。由于燃烧器改造，锅炉本身燃烧特性发生了一些改变，本文针对这些变化，对锅炉的运行调整进行探讨。

关键词：氮氧化物、低氮燃烧、锅炉特性、锅炉运行。

一、概述

浙江国华浙能发电有限公司一期四台锅炉采用上海锅炉厂生产的型号为SG2028- 17.5- 908亚临界强制循环、四角切向燃烧、一次再热、平衡通风、固态排渣、全钢构架、全悬吊∏型结构锅炉锅炉燃用烟煤。锅炉的制粉系统采用正压直吹式制粉系统，配置6台HP- 983型中速磨，其中5台运行，1台备用。

此次改造采用了烟台龙源公司低氮燃烧技术，主要改造如下：托底风标高高度不变，降低原燃烧器最上层一次风喷口标高，压缩煤粉喷嘴间距，此处作为主燃烧区域；减小原二次风喷口面积，在原燃烧器最上层一次风上方约9米处增加7层燃尽风，作为燃尽区（SOFA风，可上下摆动），形成纵向分级。主燃烧区域和燃尽区域之间作为还原区，无配风进入，主燃烧区生成的氮氧化物在此被还原成氮气；主燃烧区下端部风及一次风采用原锅炉设计方式逆时针旋转，切圆适当减小；其它二次风改为与一次风小角度偏置，顺时针反向切入，形成横向空气分级；在两层一次风喷口之间增加贴壁风。

二、改造后锅炉特性变化

低氮燃烧技术改造后，锅炉烟气中氮氧化物明显下降。75%- 100%额定负荷时，可降低到100- 120mg/Nm3。此次改造达到了预期目标，同时对锅炉的燃烧器结构变化较大，对锅炉的特性带来一些改变。具体表现为：

1.锅炉汽压响应较之前变慢。升降负荷时，汽压变化慢，甚至出现CCS闭锁增、闭锁减的现象。

2.变负荷时，汽温变化幅度大，容易出现超温和欠温情况。

3.摆动主燃烧器摆角，对汽温汽压的影响效果变差。

4.风量对汽温影响发生较大变化。改造前，增加风量时汽温升高，改造后，适当增加风量汽温会降低。

5.低负荷时候水位容易波动。

三、原因分析

出现上述现象，从锅炉结构上分析原因如下：原燃烧器最下层托底风高度不变，最上层一次风喷口降低标高1.8米。减小原二次风喷口面积，主燃区二次风风率由原来的75%降低至56%。在原燃烧器最上层一次风上方大约约9米处增加7层燃尽风，风率大约20%。最上层SOFA比原燃烧器顶高出10米左右。

燃烧分析：同样煤量的工况下，主燃烧器区域的氧量较改造前下降20%，主燃烧区域氧量明显降低，一次风粉混合物喷出后，在主燃区缺氧燃烧，在抑制氮氧化物生成的同时，也抑制了燃料的燃烧，生成较多的一氧化碳。燃料的热量不能完全释放。可燃物进入还原区后，因为此处无配风进入，故燃烧放热较弱。待未燃尽物进入燃尽区后，才完全燃烧。可见燃料的完全燃烧在时间上延后了。同时在空间上，火焰中心更长、更高了，水冷壁区域的吸熱位置相对提高了。因此锅炉的压力响应较改造前，明显变慢了。在快速加减负荷时候，如调整不及时，变会出现因压力偏差大，协调闭锁加减负荷的情况。

加负荷时，在CCS的作用下，锅炉主控会自动加煤，以提高锅炉压力来响应负荷变化。但因为锅炉压力响应变慢，故煤量过调时间和过调量都较改造之前增大。因此燃烧延后、火焰中心较改造前更高，所以加负荷时更容易超温了。同理，减负荷时，汽温下降也较改造前更大。

因主燃烧区空间高度下降较多，主燃烧区的放热量减少，火焰拉长，故主燃烧器摆角对火焰中心的影响也相对减弱了。

如前文所述，本次改造的核心其实就是主燃烧区域缺氧燃烧来抑制氮氧化物生成，所以，在燃烧调整适当增加风量时，主燃烧区域风量增加，更多燃料在主燃烧区就完成燃烧放热，火焰中心因此下移，水冷壁吸热增多，分隔屏和对流受热面的吸热份额就相对减少了，故适当增加风量，汽温会下降。这与我们之前的认识是相反的。当然如果风量增加超过一定量，烟气温度升高，对流受热份额还是会明显增大，汽温上升。

调两个阶段，在两个区域燃烧，虽然不会有明显的分段，但是火焰却被拉长可见主燃烧区比原来大大压缩了；焰中心比原来大大的提高了；3）主燃烧区域氧量明显降低。

四、运行调整应对措施及注意事项

1）加负荷时，及时增加氧量偏置，提高总风量，开大主燃烧器区域的风门，关小燃尽风区域风门，甚至可以完全关闭2- 3层燃尽风，让更多的二次风进入主燃烧器区域，使燃料在主燃烧器区域燃烧充分，同时下摆主燃烧器摆角和SOFA风摆角至水平位置，降低火焰中心，增加水冷壁吸热，减少分隔屏和水平、烟道吸热，这样既可以提高锅炉压力响应，又可以抑制汽温快速上涨。减负荷时，进行反向操作。

2）因主燃烧器区域缺氧燃烧，特别是在高负荷时，炉膛温度高，主燃烧区在还原性气氛下，飞灰容易熔化，锅炉更容易结焦。虽然本次改造考虑到抑制锅炉结焦，在水冷壁区域增加贴壁风，但是在实际运行中，还是要根据各台锅炉情况及燃煤情况，摸索合理的配风方式，防止锅炉严重结焦。

3）低负荷时，炉膛氧量较高，主燃烧区的缺氧现象不明显，更多燃料在主燃烧区便可完全燃烧，因改造后主燃烧器空间位置较低，所以汽温较改造前低，此时可以关小主燃区风门，抬高火焰中心，提高气温，但是特别要注意主燃区的燃烧情况，避免火焰拉长，燃烧分散，主燃区火焰、烟气温度下降，引起着火和燃烧不稳。同时要注意防止因分级燃烧引起水位波动过大。

4）低负荷时，炉膛氧量较高，主燃烧区的缺氧现象不明显，氮氧化物的生成迅速增加，同时还原区作用消失。低氮燃烧器的作用下降。此时应注意SCR氨气调节跟踪良好，避免烟气出口处氮氧化物超标。连续降负荷或者停制粉系统时，因煤量快速持续下降，风量跟踪煤量稍慢，主燃烧区缺氧燃烧现象消失，也会出现上述现象。

5）因主燃烧区缺氧燃烧，燃烧区域烟气中氧含量较低并存在还原性气体（如CO、H2等）时，煤中的硫和氯会生成H2S和HCI气体，并与水蒸气形成腐蚀性较强的酸性气体，与管壁金属氧化膜发生腐蚀反应，从而使金属表面的保护膜遭到破坏。同时在还原性气体中，游离态的原子硫可单独存在。当管壁温度达到350℃以上时，游离态的原子硫与铁反应生成硫化亚铁，使管壁受到腐蚀。在炉膛内的还原气氛中，H2S气体可加快硫化物型高温腐蚀，并直接腐蚀金属管壁。因此，运行中注意主燃烧区的氧量不可过低，同时在锅炉大小修时注意检查水冷壁区域的高温腐蚀情况，根据情况对锅炉的运行提出调整建议。

参考文献

[1]王灵梅主编；邢德山，蔡新春，李东雄.电厂锅炉：中国电力出版社，2013：351

[2]祝新伟.压力管道腐蚀与防护：华东理工大学出版社，2015：122

作者简介：马俊斌（1986 —），男，浙江宁波人，毕业于山西大学工程学院电气工程及自动化专业，助理工程师，长期从事集控运行工作。