350MW超临界直流锅炉低氮燃烧优化及分析

大唐陕西富平热电有限公司 刘昱奇

目前我国的空气质量堪忧，防治雾霾刻不容缓，虽然产生雾霾的原因没有彻底研究清楚，但在国家环保减排政策以及社会舆论下，使得电力行业有着非常大的减排压力，而在我国发电行业中，燃煤发电机组还是主要的发电主力。排放的气体中NOx是有毒的，也是致使我国出现阴霾天、空气污染以及破坏臭氧的主要原因。在我国控制大气污染中，控制NOx这个问题不可忽视，对于生态环境以及人们的健康，通过降低NOx的排放量能够有效的进行保护。对于NOx的量通过采用低氮燃烧技术能够有效的进行降低，但是会对锅炉的经济性及稳定安全造成影响。

本篇文章采取某厂生产的2×350MW 超临界燃煤机组锅炉，在主燃烧器上方布置两组SOFA 燃烧器，燃烧技术采用摆动式四角切圆。并对燃烧器的特点以及布置情况进行介绍，对于主燃烧器区域的NOx的生成量通过调整SOFA 燃烧器3层喷嘴来进行降低，对于燃烧器以及锅炉设计要达到稳燃，以防高温腐蚀，对燃尽率进行提升，从而做到NOx的排放降低。

采取的方法要想达到上述要求通常会有矛盾产生，如提高稳燃需对燃烧区域的温度进行提升，但这就会使高温腐蚀及结渣出现，且NOx的量也会随之加大，如适当控制二次风量能够对NOx 排放进行降低，还能减少结焦的发生。结合实际情况来采取配煤分层混烧，对锅炉运行氧量进行优化，以此来对NOx的排放量进行降低，而运行的经济性要在环保要求的前提下尽可能兼顾。

1 治理NOx 现状

对于NOx的危害、NOx的生成以及NOx排放的降低技术国内外做了充分的研究，大致分为快速型NOx，燃料型NOx及热力型NOx三种。其中占比最高的是燃料型NOx，约80～90%之间，其次是热力型、最后是快速型。燃烧中脱氮的低氮技术及燃烧后的脱硝技术是当前应用在锅炉中降低NOx的主要方法。

脱氮技术分为烟气再循环、燃料分级燃烧、空气分级燃烧以及低氧燃烧等。其主要原理就是把燃烧器形成燃尽区，主还原区以及氧化还原区，而四角切圆锅炉能够形成中心区以及近壁区，以此可以在炉膛内把燃料和配风进行低氧、低温、分级以及分区燃烧，从而对煤矿燃烧中生成的NOx量进行降低。

当前电厂的低氮技术有一定的问题存在，在采用该技术时，在高温下锅炉水炉壁会出现腐蚀，对炉膛产生焦块，燃烧后灰渣含碳量一直都很高。当前低氮燃烧技术有着稳燃性、配煤、配风变低等问题[1]。经多年研究改进低氮技术来对上述问题进行解决，根据高温腐蚀原理，在冷区管壁制造氧化气体，对管壁清洁度的时间进行延长，以此对发生高温腐蚀的进度进行减缓。

最近几年，我国很多机构都在对低氮技术进行研究，不再是模仿国外技术，创新了很多。在防止高温腐蚀方面还有防止结焦、同轴燃烧技术等。例如在锅炉运行中，对于煤粉的燃烧通过加大吹风量使其燃烧更充分，包括控制煤粉细腻程度以及调整燃尽风，都能对NOx的排放量进行降低[2-3]。

2 优化后布置燃烧器的方式

2.1 锅炉概述

选取我国某厂生产的2×350MW 超临界燃煤机组锅炉，该锅炉设计采用侧煤仓布置、固态排渣系统、平衡通风、四角切向燃烧等技术。使用的是烟煤，煤粉燃烧器为摆动式燃烧器，制粉系统采用的是正压直吹式，设计中速磨煤机和冷一次风机四角布置，切向燃烧[4-5]。该设备有五层煤粉喷嘴，锅炉配置的中速磨煤机有五台，对煤种进行校核时，五台机器都运行，而对设计煤种进行燃用时，只有四台运行，一台作为备用。

2.2 布置燃烧器的方式

燃烧器的方式采取低NOx切圆燃烧系统，四角布置，大风箱与切角，摆动式燃烧器，形成双切圆燃烧。通过对NOx生成机理进行分析，低NOx系统主要是为了是因挥发份氮对NOx的转化进行降低，主要方法为对空气分段燃烧以及氧量的燃料进行控制。主要组成低NOx燃烧系统的有：辅助风喷嘴，紧凑燃尽风以及分离燃尽风。

燃烧系统在降低NOx时，对低负荷稳燃以及燃烧效率的提升要重点考虑。燃烧系统技术不断发展更新，在预防高温腐蚀以及炉内结渣方面有着良好的效果。主风箱有五层煤粉喷嘴，燃料风布置在喷嘴四周。每相邻两层喷嘴布置一层风喷嘴。在主风箱上部设有两层CCOFA 喷嘴，布置SOFA 燃烧器以及SOFA 喷嘴，下部设有一层UFA 喷嘴。

SOFA 燃烧器，主燃烧器以及连同煤粉喷嘴的周界风都有单独的二次风挡板，都是采用气动执行器进行操作的。主燃烧器采用摆动结构来瞒住锅炉气温调节，由水冷壁来通过风冷作为燃烧器的冷却，在工地上把燃烧器内壳与厂内装配好的外壳进行组装[6]。

3 对NOx 排放进行降低的方法

3.1 二次风门挡板及控制

二次风门挡板在每层风室都有配置，风门挡板在每角主燃烧器中配置的有二十二只，气动执行机构有十七只。每层风室有两只偏置辅助风，通过连杆来对风室进行控制。角式SOFA 燃烧器和墙式SOFA 燃烧器每角配置的风门挡板以及执行机构都有三只。这样，执行机构在每台锅炉中配置的总数量为九十二只，根据炉膛安全监视和机炉协调控制系统进行操作，通常同一层封门挡板动作保持同步。对于二次风量分配到每层风室是采取二次风门挡板进行调节的，以此来对良好的燃烧指标与工况进行保证。

3.2 二次风门挡板的控制原则

根据运行或停运函数关系来控制A 层到E 层这五层的燃料风挡板的开度，运行时本层煤机转速与开度有函数关系，调节一次风气流着火点。停运时，总空气流量与开度有函数关系，此外给煤机A 转速与AAA 层二次风挡板是函数关系，总空气流量与CCOFA 和SOFA 二次风挡板是函数关系，以此来控制NOx的排放量。

AA、AB、BC、CD、DE、EE、AAB、ABB、BBC、BCC、CCD、CDD、DDE、DEE 这十四层二次风挡板是对大风箱和炉膛出口压差进行控制，空气流量与压差有函数关系。表1是挡板开度控制，对二次风门挡板函数关系如表2～4。

表1 总空气流量和燃烧器大风箱压差函数关系

表2 总空气流量和CCOFA-Ⅰ与Ⅱ间的函数关系

表3 总空气流量和SOFA Ⅰ-Ⅵ间的函数关系

表4 燃料风挡板开度和给煤机转速间的函数关系

为了对煤粉喷嘴烧坏进行预防，在着火点保证正常的情况下，要根据表中的数据来执行燃料风挡板开度，尽可能的开大。由于工程所使用的系统为LNTFS 燃烧系统，其燃烧风在二次风中所占的比例较低，假如燃料风挡板开度小，那么很容易就会烧坏喷嘴。燃烧器为了预防其烧坏（燃烧器烧坏见图1），需要随着总空气流量的变化而相应的调整，其函数关系如表5所示。

表5 总空气流量和停运燃烧器挡板开度间的函数关系

设计燃烧器和锅炉的要求是两者同时都能够达到稳燃，以此来燃烬率进行提高，以免有高温腐蚀和结渣，减少NOx排放。为了满足上述要求通常使用的方法都相互矛盾。比如为了对燃烧区域的温度进行提高、从而对稳定性与燃烧效率进行提升，这通常会使得高温腐蚀和结渣出现，并且还会增加NOx 排放，而对烛燃烧器区域的二次风量适当的进行控制，能够对NOx 排放进行减少，还能够对可能在水冷壁上出现的结焦进行降低。

CFS 喷口在每层一次风喷口上下进行设置，布置时的角度为正切22°，能够增高靠近水冷壁区的氧浓度，以防高温腐蚀和结焦发生。另外，在该喷口设置的有挡板风门，根据锅炉实际的运行情况来进行调整。

把顶部燃烬风进行12°的反切，这种方式能够对着火区旋转火球效应进行保证，还可以加速燃烬，强化着火，又能对炉膛出口处的残余旋转气流进行减少，从而能够对炉膛出口左右两侧的烟温差进行减少。另外，NOx的生成通过这种分级送风方式来降低。

二次风喷嘴能够根据炉膛出口的烟温差进行水平摆动调整，从而能够对炉膛出口的左右烟温差进行减少。把一二次风喷嘴设计成圆弧面，这样其在上下摆动时能够避免喷口变形而碰撞到风室隔板，以免摆动角度失真。

4 科学的燃烧运行优化调整

对于不同的负荷、不同型式的燃烧器、不同的燃烧条件、不同的空气量、不同的温度变化以及不同的煤种，其生成的NOx量也是不同的。所以，对于NOx的量进行降低，主要采取的方式就是要对燃烧措施进行优化调整，在满足环保要求下对经济性也要兼顾到。

炉内分层配煤混烧。根据稳燃、排放浓度以及配煤掺烧来消化经济煤种，在下层稳燃烟煤，中层配置褐煤，对于NOx的生成通过低氧燃烧能够进行控制。上层配置贫煤，对二次分级燃烧有利。

根据煤种、负荷配风。额定负荷下，烟煤在下层用于稳燃，适合配中等风，褐煤最好少配风，否则生成的NOx量会比较大。贫煤适合多配风，以保证燃尽。而缩腰倒宝塔型是根据稳燃配风、低氧以及分级方式进行考虑中较为合适。为了对NOx的量进行更好的控制，可以通过经济煤种掺配比的加大以及负荷降低，来保证稳燃。

对控制锅炉运行氧量进行优化。氧量的大小不但会对锅炉经济性进行影响，对控制NOx的产生作用是非常大的。采用低氮技术其要求要更加的明确，负荷在300MW 以上时，氧量按照2.5%控制，负荷在300～260MW 时氧量为2.5～2.9%之间，负荷在250～170MW 时氧量为2.9～3.9%之间，负荷在170MW 及以下时氧量为3.9～4.4%之间，燃烧最好要保持低氧。

该厂1、2炉自投产之后，对于NOx生成量一直进行优化调整，对于锅炉运行氧量通过燃烧器喷嘴以及摆角的调整来进行控制，在对环保要求满足下又兼顾了经济性，喷氨量进行减少，取得了非常不错的成果，其经济效益是非常客观的。