对冲燃烧锅炉低NOx改造技术研究与应用分析

陈有为

摘要：针对冲燃烧锅炉低NOx改造技术的应用，改造之后，使得锅炉保证了原有性能，如主蒸汽温度都与设计值相符、锅炉烟道出口NOx排放在200mg/m3以内、低氮燃烧性相对稳定、锅炉尾部低温腐蚀情况并不明显等。本文针对冲燃烧锅炉低NOx改造技术研究与应用做出了进一步探究，详细分析了改造目标、方案、应用措施和数据对比，对对冲燃烧锅炉低NOx改造有一定的参考意义。

关键词：冲燃烧锅炉;低NOx改造技术;研究分析

前言

某大型钢铁240t/h燃气锅炉，锅炉型号为JG-240/9.81-Q，主要燃用COREX炉煤气、高炉煤气、转炉煤气和焦炉煤气，其中焦炉煤气最大用量约6000m3/h。现锅炉采用臭氧脱硝，由于进入臭氧脱硝的氧气氮氧化物较高。造成臭氧发生器满负荷运行，且锅炉总排口氮氧化物还时有超标情况。在增加焦炉煤气燃用量至25000 m3/h的前提下，同步对锅炉进行低氮燃烧改造。通过此改造使得锅炉出口NOx小于200mg/m3，在保证保证最终NOx达标排放的前提下，可大幅减少臭氧脱硝运行成本。

1、改造目标分析

在本次改造当中，需要降低锅炉排放NOx的质量浓度，在纯燃焦炉煤气时锅炉烟道出口 NOx排放不大于200mg/m3。不影响锅炉原有设计工况，且效率需要高于基准试验数值。此外，锅炉不能有十分显著的低温腐蚀。在改造之后，不可对总体性能产生影响[1]。

2、改进措施分析

2.1燃烧器改造

将原12只混合煤气混合燃烧器全部更换为低氮煤气燃烧器。燃烧器布置位置与原燃烧器布置位置一致，及燃烧器采用左右墙对冲布置，单侧墙上布置6只，分2层布置，1层3只。

燃烧器采用扩散式旋流燃烧器，即煤气与空气不提前进行预混，煤气喷入炉膛后才和空气混合并燃烧，燃烧所需的空气是在燃烧过程中供给的。为保证煤气和空气成分的混合燃烧，并形成有利于着火的高温烟气回流区，在燃烧器喷口处，煤气和空气均设计有旋流叶片。为减小燃烧器煤气和空气阻力，旋流叶片设计为轴向弯曲叶片。

燃烧器采用多级配风的方式供风，即将空气分为助燃风、燃烧风及燃尽风。燃烧器结构简图见下图：

焦爐煤气主气枪采用多枪式结构，可分散火焰中心，降低火焰的平均温度，降低热力型NOx的生成。

将焦炉煤气喷口送风形式改为分级送风，既将空气层分为内环通道和外环通道的双通道进风方式，内外通道的风量配比暂定为7：3。另外在内通道外设置有环形扩口，通过外通道的空气经扩口后，不仅可以增加空气与主火焰的接触时间，形成局部富氧和厌氧燃烧环境，减少燃料型NOx 的生成，还可加强主火焰对低温烟气的卷吸能力，均匀火焰的温度峰值，形成炉内烟气再循环，抑制热力型NOx 的生成。

焦炉煤气燃烧器投运后，上层混合燃烧器内的焦炉煤气点火枪需切停，作为备用。下层混合燃烧器内的焦炉煤气点火枪可作为长明火投运，这样改造后总焦炉煤气消耗量可达27000Nm3/h。

2.2燃烧器布置角度调整

对于原始锅炉设计当中的炉膛高度，过热器匹配形式不做调整，仅通过燃烧角度调整后对燃烧进行修正，在具体改造过程中，需要对合理的技术以及方法进行应用[3]。

在原始设计当中，因为考虑燃烧不同属性的煤气，在锅炉受热面布置时受到限制，现阶段运行过程中存在低温过热器出口温度高于设计温度约50～80℃，导致没有前置降温措施的低温过热器出口温度接近管材选用材质许用温度，存在该部分材质超温运行的风险。针对其实施改造之后，在此次改造时采用燃烧器烧嘴下倾角安装，这样下移了炉膛火焰中心，这样炉膛内部会增加吸热面积，增强了水冷壁的蒸发吸热能力，可以有效的减弱对流受热面吸热量，对低温过热器出口温度产生的过盈问题有较好的缓解[4]。

2.3增加高位燃尽风

在实施改造工作中，对分级燃烧技术进行了应用，燃料通过燃烧器进入炉膛燃烧时，最初在缺氧的状态当中燃烧，推迟着火以及燃烧的时间。燃料在缺氧状态下燃烧在主燃烧区域产生部分还原性气氛，该还原性气氛可以有效的将燃烧生成的热力型氮氧化物进行还原，。

然而一定量的燃料要想做到完全燃烧，所需要的氧量也是一定的，因此在主燃烧区域缺失的燃烧所需氧量必须通过其他渠道予以补充，否则大量没有完全燃烧的燃料向后移动进入锅炉水平烟道或者尾部竖井，将会造成锅炉水平烟道或者尾部竖井在燃烧。

为了保证锅炉燃料的充分燃烧，在距离锅炉上部燃烧器喷口约3.5米标高处增设燃尽风喷口，该喷口利用锅炉经过空气预热器加热后的热风作为介质，这样利用进入锅炉燃烧器的一样温度的热风，对锅炉燃烧效率和锅炉出力没有任何影响，最大限度的保证了锅炉的原有设计参数。

2.4二次风量控制策略改进

原锅炉对于二次风调整基本采用送风机基本稳定运行，调整各燃烧器对应二次风门的方式，或者采用送风机和二次风门混合调整的方法。

改造后调试时，将改造后燃烧器对应二次风门和高位燃尽风挡板根据85：15的比例将锅炉送风机送来热风进行总分配，同时充分考虑各燃烧器二次分管路的阻力差异，对每一个燃烧器二次风进行详细调整，确保每一个燃烧喷口出口处二次风压（风速）基本保证一致。起炉运行时，尽量不对二次风门和高位燃尽风风门挡板进行调整，依据锅炉出口氧含量，对送风机变频进行调整。

3、改造前后的数据比对分析

改造结束后，采用锅炉纯然焦炉煤气工况进行设计功能试验。

当锅炉燃用纯焦炉煤气负荷分别在60t/h、70 t/h、85 t/h、90 t/h、100 t/h、110 t/h、125 t/h时分别委托第三方进行了锅炉出口烟道NOx 的排放数据汇总如下：

通过上述表格数据汇总，可以看出此次改造实现了对冲式燃烧器低氮燃烧改造，到达了增加锅炉焦炉煤气用量，在此用量下能够满足设计时对NOx排放的要求。同时改造时对燃烧器进行下倾布置，有效的将锅炉低温过热器出口温度调整到了锅炉最初设计参数。

4、结语：

总之，针对低氮燃烧技术改造过程中，需要结合综合情况，例如：锅炉的特征、运行情况、燃料特性、现场条件，从而对相应的改造方案进行编制。同时，需要对国内外同类锅炉先进的改造经验进行借鉴，综合分析之后对NOx减排标值进行确定。此外，需要优化主燃烧器分级燃烧等，对较大的主燃烧区化学当量进行应用，从而将化学当量比的敏感度降低，使其依赖度下降，进而使得燃烧可能会产生的一系列负面影响减小。

参考文献：

[1]张守恒， 李红兵， 贺桂林，等. 对冲燃烧锅炉低NOx改造技术研究与应用[C]// 全国火电600mw级机组能效对标及竞赛年会. 2015.

[2]屠小宝， 胡伟锋， 徐良，等. 国内首台600HW对冲燃烧锅炉低NOx燃烧技术改造[J]. 中国电力， 2011， 44（6）：31-33.

[3]段二朋， 孙保民， 郭永红，等. 800MW旋流对冲燃烧锅炉低NOx改造的数值模拟[J]. 动力工程学报， 2012， 032（011）：P.825-829，858.

[4]赵刚， 应明良， 王磊， et al. 对冲燃烧锅炉低氮燃烧改造中2种燃烧器的应用分析[J]. 浙江电力， 2014（4）：29-33.

[5]蓝春娟， 刘石生. 对冲燃烧锅炉低氮燃烧改造技术研究[J]. 新技术新工艺， 2015， 000（007）：96-98.