220吨高温高压循环流化床锅炉低氮燃烧技术改造

周锦德(江西晶昊盐化有限公司，江西 宜春 331200)

1 锅炉的现状分析

1.1 锅炉的结构

我公司的1#高温高压循环流化床锅炉(CG-220/9.81-MX10)采用单锅筒横置式自然循环、“水冷旋风分离器”、膜式壁炉膛前吊后支、全钢架Π型结构。循环床锅炉燃烧室内飞灰浓度较高，炉室要良好的密封和防磨，本炉采用膜式壁结构。锅炉燃料所需空气分别由一、二次风机提供，一次风机送出来的风经过一次风空气预热器预热后，由左右两侧风道引入水冷风室中，通过安装在水冷布风板上的风帽，进入燃烧室；二次风经过管式空预器预热后由二次风口进入炉膛，补充空气与之扰动混合，为保证二次风充分到达炉膛中心，本炉采用炉膛前后墙分别进风结构。燃煤在炉膛内燃烧产生大量烟气和飞灰，烟气携带大量未燃尽碳粒子在炉膛上部进一步燃烧放热后，进入“水冷旋风分离器”中，烟气和物料分离，被分离出来的物料经过料斗、料腿、J型阀再返回炉膛，实现循环燃烧。经分离器后的“洁净”烟气经转向室、包墙、高温过热器、低温过热器、高温省煤器、低温省煤器、一、二次风空气预热器后由尾部烟道排出。燃煤经燃烧后所产生的大渣由炉底排渣管排出，进入冷渣器将渣冷却至100 ℃以下，干排渣[1]。

1.2 燃烧用煤变化对锅炉运行造成的影响

锅炉投入运行的前期，燃烧用煤基本上是当地的劣质煤炭(煤矸石)，发热量低，只有3 200大卡左右，且灰分高。由于煤质发热量低，为提高锅炉的产汽负荷，小时用煤量特别大。在此煤质条件下运行，锅炉床温基本在950 ℃以下，锅炉烟气氮氧化物排放浓度在100 mg/m3以内，结合SNCR脱硝方法，排放的氮氧化物浓度基本能控制在50 mg/m3以内，满足烟气排放的要求。随着煤质由前期的3 200大卡提升到4 700大卡左右，为了适应燃烧，对锅炉的运行参数做出了适当的调整，尽量控制相关工艺参数在合理范围内，兼顾锅炉产汽负荷与工艺参数、环保参数之间的矛盾问题[2]。虽然在运行工艺上进行了多方面的调整，并时时跟踪改进，以求锅炉更高的运行效率，尽量满足供汽和环保的要求。但实际运行还是产生了诸多问题，影响到锅炉的稳态、高效、环保运行，主要问题汇总如下：(1)床温非常高，达到1 000 ℃左右；在运行中，由于煤质发热量高，加减煤对床温非常敏感。稍开大给煤机，床温会快速上升，达到1 000 ℃左右。为减少床料高温结焦的风险，我们对床温进行了控制，最好不超过980 ℃。为了使锅炉尽量多产汽，床温又不要太高，我们对风室风压、料层厚度、一次风量等参数进行了全方面调控，同时配合调整二次风量、风压及上下二层风门开度，跟踪调整效果，总结运行经验。(2)锅炉产汽负荷不理想，只有额定负荷的75%左右；由于受到床温高的影响，锅炉要控制给煤量，在此工况下运行，锅炉小时产汽只有165吨左右，只达到了额定负荷(220 t/h)的75%左右。锅炉产汽负荷偏低，造成供汽能力不足，影响到公司的整体生产。(3)循环灰量少，炉膛差压偏低(只有500～600 Pa)；由于煤质好，灰份少，致使锅炉的循环灰量偏少，炉膛差压只有500～600 Pa。前期燃烧劣质煤时，炉膛差压可达到1 000～1 200 Pa。由于循环灰量少，难于有效通过循环灰来带走床料的热量，导致床温特别高。通过调整床料的厚度和一次风量，也难于达到合理的效果。(4)NOx 原始排放浓度高，SNCR 脱硝系统投用氨水量大，对尾部空预器管造成腐蚀；由于锅炉床温非常高，导致NOx原始排放浓度高，达到了150～160 mg/Nm3。为了达到50 mg/Nm3以下的排放标准，SNCR脱硝系统的小时氨水用量在300 L左右。制约于SNCR脱硝系统的效率，有时烟气排放NOx 浓度还是会超标。由于长时间加氨水量大，时有产生氨逃逸现象，致使尾部的下组空预器管因腐蚀通了而漏风现象。一次风直接窜入到烟气中，使烟气氧含量达到了8.5%左右，导致在线监测数据折算值提高(基准氧含量为6%)，环保压力加大。

2 NOx的生成原理和影响因素

2.1 NOx的生成原理

循环流化床锅炉在煤燃烧过程中产生的氮氧化物主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，其产生量与燃烧方式、燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件关系密切。在煤燃烧过程中产生NOx的途径有三个，其中燃料型NOx是最主要的，它占总生成量的60%～80%以上，热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大，在温度足够高时，热力型NOx的生成量可占到总量的20%左右。

2.2 影响因素

2.2.1 燃煤特性的影响

由于NOx主要来自于燃煤中的氮，因此，从总体上看，燃煤氮含量越高，则NOx的排放量也越高。

2.2.2 过量空气系数的影响

一般情况下，二次风从床上密相区一定的高度送入炉膛，分级燃烧对NOx的排放量影响甚大。随着一次风量的减少、二次风量的增加，达到厌氧燃烧的氛围，煤中N被氧化的速度下降，NOx排放量也随之下降 。

2.2.3 燃烧温度的影响

燃烧温度对NOx排放量的影响非常明显，随着炉内床料温度的提高，NOx的排放量将升高，因此，可以通过降低床温来控制NOx的排放量。但是，床温的降低也会带来不利的后果，CO的浓度将增加，不完全燃烧热损失增大，从而使得燃烧效率下降。

3 低氮燃烧技术改造

3.1 风室部分

为降低一次风量，使下部燃烧形成还原气氛，对布风板现场进行改造，将一二次比例由 6：4 改为 5：5。这样可有效的减少炉膛上部的磨损，抑制 NOx 的生成。布风板面积缩小15%，这样可以促使流化风量减小，一次风率(指经过布风板)将降低到 50%以下。

3.2 二次风部分

为了使锅炉炉膛中上部形成更好的富氧燃烧区，对二次风管做相应的改动。原二次风箱为独立分隔风箱，现改为环形风箱。并设置二次风加速段，以增大二次风的穿透力，二次风分管改为单层布置。(1)一、二次风比例由 6：4 变为 5：5；(2)取消原上下层二次风，在距离布风板 4m 高度，新增一层 14个大孔径二次风口，二次风刚度增大，保证穿透和炉膛氧量均衡；(3)控制炉膛出口氧量约 3%。

3.3 中芯筒部分

为了增大锅炉分离器的分离效率，提高循环倍率，对分离器的中芯筒重新进行设计。中芯筒采取大偏心结构(偏心～125mm)，材质为 ZG8Cr26Ni9MnSiNRe 。一般情况下分离器进口设计有加速段使入口烟道面积逐渐收缩，平滑的提高入口烟气速度。偏置中心筒是将通过中芯筒结构设计将中心筒进口偏置，使烟气进入分离器后减少气间的相互干扰，从而达到蜗壳分离的效果，同时也避免灰流直接冲刷中芯筒，通过以上措施提高分离效率。

3.4 炉膛出口加速段

原炉膛出口烟气流速较低，没有设置加速段，影响分离效率。本次改造炉膛出口水冷壁重新设计让管，浇注料重新敷设，形成烟气加速区。烟气流速由原来的23米/秒提高到28米/秒，提高循环倍率。将炉膛出口水平段改造为向下倾角度10°，能更好地提高分离效率。

3.5 返料装置改造

分离效率提高后，循环灰量增加，需对阀体及返料风帽重新设计改造，提高流通能力，调整返料风量和松动风量的比例，增加返料风量，减少松动风量，布风更均匀，返料可靠，减少反窜，可将循环灰全部送入炉膛中。

3.6 水冷屏受热面改造

炉膛内3片水冷屏全部更换，并加长加宽，水冷屏为蒸发受热面，可有效地吸收炉膛内的热量，增加蒸发量。每片水冷屏向下加长约 6 000 mm，宽度增加 560 mm，增加水冷屏面积约 120 m2。水冷屏加长 6 m，距离布风板＞11 m，能避免磨损，满足锅炉运行要求。

3.7 过热器改造

实际运行，因积灰等原因，蒸汽温度略微偏低。本次改造，过热屏同样加长6米，同时高温过热器最上部增加 6 排蛇形管，保证主蒸汽温度满足额定值 540 ℃。

3.8 省煤器改造

锅炉蒸发量增加后，需增加蒸发受热面，而炉内所增面积有限，需要同时对省煤器进行改造，增加省煤器面积，同时可避免排烟温度升高。将最下级光管式省煤器改造为 H 型省煤器(鳍片材质 08 AL)。改造后的下级省煤器面积比原光管面积更多，有效降低排烟温度，提高锅炉效率。

3.9 空预器改造

空预器整体外型结构及管箱高度不变，空气预热器上两级管箱管子节距略作调整，并将管子错列式改成顺列式。将原空气预热器下两级光管错列管箱全部更换为顺列、搪瓷材质，提高耐腐蚀能力。

3.10 SNCR脱硝系统喷枪改造

SNCR脱硝系统的喷枪全部更换为高性能雾化喷枪，喷枪的位置改移到更合适的分离器进口加速区和中芯筒出口部位。

3.11 吹灰器改造

为提高吹灰效果，将当前的声波吹灰器改成蒸汽吹灰器，减少因积灰而造成热交换损失，同时减少因积灰而造成的堵塞。

3.12 为提高炉膛水冷壁管的耐磨性能，对密相区向上2米区域和第一道焊缝区域进行耐磨金属喷涂。

4 结语

在对1#锅炉进行低氮燃烧技术改造后，通过调试运行，效果非常明显，达到了预期的目标。在燃烧高热值煤炭(4 500～5 000大卡)情况下，各项工艺参数基本能控制在正常范围，满足超低排放的要求。(1)控制一次风量，提高二次风量，维持一次风量130 000 m3/h、二次风量125 000 m3/h，使一、二次风比例接近5：5；(2)锅炉产汽负荷基本达到额定负荷；(3)提高料层厚度，控制风压在9.5 KPa左右，床温基本控制在950 ℃以下；(4)分离效率提高，循环灰量增多，炉膛差压可达到1 300～1 500 Pa；(5)NOX初始浓度小于100 mg/Nm3;(6)锅炉热效率由88%提高到90%；(7)炉渣含碳量≤2%，飞灰含碳量≤6%；