武鐵根，付 林，付 弢

（1.河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定州 073000；2.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

600MW機(jī)組燃燒優(yōu)化及降低NOx排放試驗(yàn)研究

武鐵根1，付 林1，付 弢2

（1.河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 定州 073000；2.山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

圍繞提高鍋爐效率和降低NOx排放開(kāi)展了熱態(tài)一、二次風(fēng)量及氧量等方面運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，從中找出最佳運(yùn)行工況；通過(guò)修改分散式控制系統(tǒng)控制邏輯實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配風(fēng)調(diào)整，在保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行前提下，找出最佳運(yùn)行調(diào)整方案，成功地實(shí)現(xiàn)了鍋爐低氮燃燒。

燃燒；優(yōu)化；NOx；排放；試驗(yàn)

0 引言

河北國(guó)華定洲發(fā)電有限責(zé)任公司一期安裝2臺(tái)亞臨界參數(shù)汽包爐。鍋爐設(shè)計(jì)NOx排放量為350 mg/m3，投產(chǎn)后，額度負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，NOx排放量達(dá)600～700 mg/m3。為了提高鍋爐效率，降低NOx排放，開(kāi)展了多方面優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，取得了較好效果，實(shí)現(xiàn)了鍋爐清潔、高效、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

1 設(shè)備概況

鍋爐效率93.53%。

鍋爐采用亞臨界、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)、強(qiáng)制循環(huán)汽包型露天布置燃煤鍋爐，型號(hào)為SG-2 008／17.47-M903，設(shè)計(jì)煤種為神府東勝煤。

爐膛上部布置了分隔屏、后屏過(guò)熱器及屏式再熱器，前墻及兩側(cè)墻前部均設(shè)有墻式輻射再熱器。水平煙道由水冷壁延伸部分和后煙井延伸部分組成，內(nèi)部布置有末級(jí)再熱器和末級(jí)過(guò)熱器。后煙井內(nèi)設(shè)有低溫過(guò)熱器和省煤器。

鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配有6臺(tái)ZGM113N（MPS225） 中速磨煤機(jī)。5臺(tái)磨煤機(jī)可帶機(jī)組最大負(fù)荷，1臺(tái)備用。24只直流式燃燒器分6層布置于爐膛下部四角，采用四角切圓燃燒方式，燃燒器可擺動(dòng)調(diào)溫。

2 鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)

為提高鍋爐效率、降低NOx排放、減少腐蝕及結(jié)焦，開(kāi)展燃燒調(diào)整優(yōu)化試驗(yàn)。

2.1 熱態(tài)一次風(fēng)調(diào)平試驗(yàn)

在實(shí)際運(yùn)行中，鍋爐熱態(tài)一次風(fēng)速不均易造成爐膛火焰中心偏移，高溫輻射區(qū)域出現(xiàn)過(guò)氧區(qū)域和缺氧區(qū)域，其結(jié)果勢(shì)必導(dǎo)致NOx和CO、H2S氣體過(guò)量產(chǎn)生，造成局部高溫腐蝕問(wèn)題（尤其燃用高硫煤機(jī)組），同時(shí)，伴隨著NOx高排放，增加了鍋爐運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)和高排放帶來(lái)的環(huán)境污染。第三層一次風(fēng)管（對(duì)應(yīng)C磨煤機(jī)） 調(diào)整試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 600MW負(fù)荷下C磨煤機(jī)試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)6臺(tái)磨煤機(jī)對(duì)應(yīng)一次風(fēng)管進(jìn)行熱態(tài)調(diào)平試驗(yàn)后，原2號(hào)、3號(hào)角高溫區(qū)域溫度比調(diào)整前降低約50℃，調(diào)整后同一標(biāo)高四角最大煙溫偏差均未超過(guò)30℃。為調(diào)整爐膛氧量奠定了基礎(chǔ)。

2.2 氧量調(diào)整試驗(yàn)

鍋爐正常運(yùn)行中，NOx排放量主要取決于物理氮含量，而降低物理氮主要措施是降低爐膛含氧量。在無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)支持的情況下，過(guò)度降低爐膛含氧量勢(shì)必造成CO、H2S氣體大量產(chǎn)生，對(duì)于燃燒高硫煤鍋爐勢(shì)必加劇受熱面高溫腐蝕。為了避免出現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)行不同負(fù)荷下變氧量工況及還原氣體的測(cè)量。

2.2.1 360 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)

360 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 360 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果

從表2試驗(yàn)結(jié)果看，不論是小氧量運(yùn)行，還是大氧量運(yùn)行，燃燒器區(qū)域壁面氣氛中的CO含量都小于0.2%，即低負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐出現(xiàn)高溫腐蝕的可能性很小。但低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐排煙溫度較低，防止低溫腐蝕是一項(xiàng)重要工作。根據(jù)對(duì)神華高硫煤進(jìn)行分析，煤中含硫量達(dá)到1.5%時(shí)，煙氣的酸露點(diǎn)為117.2℃。夏季和秋季，鍋爐在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)排煙溫度不會(huì)低于117.2℃，而在冬季和春季需要將空氣預(yù)熱器進(jìn)口冷風(fēng)溫度提高到25℃以上，以防止發(fā)生低溫腐蝕。

從鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性考慮，在試驗(yàn)氧量范圍內(nèi)，過(guò)熱蒸汽溫度、再熱蒸汽溫度基本能達(dá)到額定值。工況1（平均氧量為4.3%）比工況2（平均氧量為4.9%）鍋爐效率高，風(fēng)機(jī)電耗低，所以360MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，推薦鍋爐運(yùn)行氧量維持在4.3%左右。

2.2.2 400 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)

400 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

從表3試驗(yàn)結(jié)果看，兩個(gè)工況燃燒器區(qū)域壁面氣氛中CO含量均小于0.2%，排煙溫度都大于117.2℃，即400MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐發(fā)生高溫腐蝕和低溫腐蝕的可能性都很小。在試驗(yàn)工況的氧量范圍內(nèi)，爐膛壁面氣氛中CO含量變化不大。鍋爐運(yùn)行氧量的確定，著重考慮汽溫特性和機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。工況3與工況4相比，工況4一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)電耗比工況3小，鍋爐效率比工況3高。因此400MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐運(yùn)行氧量控制在4.0%比較合理。

表3 400MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果

表4 500MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果

2.2.3 500 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)

500 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

從表4試驗(yàn)結(jié)果看，兩個(gè)工況爐膛燃燒器區(qū)域壁面氣氛中CO含量明顯比360MW負(fù)荷和400MW負(fù)荷高，煙氣中CO含量最高值達(dá)到0.7%。兩個(gè)試驗(yàn)工況氧量（工況5平均氧量3.905%，工況6平均氧量3.53%）變化對(duì)煙氣中CO含量影響不大，但繼續(xù)降低氧量運(yùn)行，CO含量會(huì)逐漸升高，所以建議500MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，鍋爐運(yùn)行氧量仍然控制在4.0%以下較合理。

2.2.4 600 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)

600 MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

從表5的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，600MW負(fù)荷爐膛燃燒器區(qū)域壁面氣氛中CO含量比500MW負(fù)荷略有所升高，煙氣中CO含量最高值接近0.7%。

表5 600MW負(fù)荷變氧量試驗(yàn)結(jié)果

從以上2個(gè)變氧量試驗(yàn)工況來(lái)看，氧量（控制在4.0%以下）增大或減小，燃燒器區(qū)域壁面氣氛中CO含量沒(méi)有顯著變化，但可使?fàn)t內(nèi)SO3生成量增加。煙氣中的SO3能夠穿過(guò)灰渣層，在管壁灰渣層的接觸面，與M2SO4、Fe2O3反應(yīng)，生成M3Fe（SO4）3，在管壁形成新的Fe2O3層，使管壁受到腐蝕；如果運(yùn)行氧量過(guò)小，燃燒器區(qū)域壁面氣氛中CO含量必然會(huì)增加，形成還原性氣氛，也易使管壁遭受腐蝕。

目前，鍋爐高氧量運(yùn)行勢(shì)必造成風(fēng)機(jī)電耗增加，排煙損失增大；低氧量運(yùn)行盡管鍋爐效率較高，風(fēng)機(jī)電耗較小，但發(fā)生高溫腐蝕的可能性增加。所以在燃用高硫煤種的情況下，600MW負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，推薦鍋爐運(yùn)行氧量維持在3.5%左右；不燃用高硫煤時(shí)，氧量可控制在3.0%。

2.3 降低NO x排放優(yōu)化調(diào)整

鍋爐設(shè)計(jì)NOx排放量為350mg/m3，因設(shè)計(jì)、制造、安裝等原因，鍋爐在額定負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)，NO x排放量均在600 ～700mg/m3。

鍋爐燃燒過(guò)程N(yùn)Ox生成基理：而部分燃料形成的NO在O2作用下生成N2（試驗(yàn)證明燃料中固有N生成NOx只有10%，90%NOx在氧氣作用下還原成N2），所以，正常運(yùn)行時(shí)鍋爐燃燒形成NOx主要是熱力型NOx，即送入爐內(nèi)參加燃燒的空氣中含的N。

根據(jù)NOx形成基理，只要降低高溫燃燒區(qū)域含氧量就能控制NOx生成量，但如果降低高溫燃燒區(qū)域爐膛含氧量，該區(qū)域極易出現(xiàn)還原性氣體H2S和CO，易加劇鍋爐結(jié)焦和高溫硫腐蝕。所以控制NOx的同時(shí)一定要兼顧鍋爐安全運(yùn)行。

鍋爐自投產(chǎn)后，因容積熱負(fù)荷偏高，分隔屏結(jié)焦比較嚴(yán)重，通過(guò)摻燒高熔點(diǎn)保德煤試驗(yàn)，最后采取最下層磨煤機(jī)磨制保德煤的燃燒方案，分隔屏結(jié)焦得到解決。為了實(shí)現(xiàn)鍋爐低氮燃燒，在機(jī)組投產(chǎn)穩(wěn)定后，通過(guò)不同負(fù)荷優(yōu)化運(yùn)行配風(fēng)試驗(yàn)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析比對(duì)，最終將每層二次風(fēng)控制調(diào)整如下。

最下層AA層二次風(fēng)設(shè)置－60%偏差投自動(dòng)；OFA層設(shè)置+15%偏置投自動(dòng)，AB層設(shè)置－10開(kāi)度投自動(dòng)；BC層（起轉(zhuǎn)風(fēng)）二次風(fēng)置手動(dòng)控制根據(jù)汽溫偏差進(jìn)行調(diào)整（開(kāi)度在18%～22%）；FF層設(shè)置＋15%開(kāi)度投自動(dòng)；EF層設(shè)置+10%開(kāi)度投自動(dòng)；其余各層二次風(fēng)投自動(dòng)（無(wú)偏置）；更改周界風(fēng)邏輯控制，由原來(lái)在給煤量45 t以上100%開(kāi)度，改為70%開(kāi)度；通過(guò)適當(dāng)降低周界風(fēng)量，可以保證鍋爐貼壁二次風(fēng)風(fēng)量，可以避免高溫燃燒區(qū)域因降低氧量出現(xiàn)還原性氣體升高所帶來(lái)不利因素。

在完成配風(fēng)調(diào)節(jié)后針對(duì)神華煤易著火特點(diǎn)，為了避免噴燃器噴口燒損和噴燃器區(qū)域結(jié)焦，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)磨煤機(jī)煤粉細(xì)度進(jìn)行調(diào)整：11號(hào)、13號(hào)、15號(hào)磨煤機(jī)分離器擋板由原來(lái)45°～46°調(diào)整為50°～52°，煤粉細(xì)度由原來(lái)R90＝13%～17%變?yōu)镽90＝20%～25%；12號(hào)、14號(hào)、16號(hào)磨煤機(jī)分離器擋板保持45°～46°不變，R90＝14%～18%；爐膛氧量投自動(dòng)，氧量控制在3%～5%（對(duì)應(yīng)負(fù)荷300MW～600MW）。

在一次風(fēng)量不準(zhǔn)確、風(fēng)量自動(dòng)不能投入、通過(guò)修改邏輯控制保證磨煤機(jī)出口溫度70℃的前提下，將冷熱風(fēng)調(diào)門(mén)開(kāi)度之和100%改為75%（降低一次風(fēng)量約300 t/h），一次風(fēng)量降低增加鍋爐貼壁二次風(fēng)量，降低鍋爐結(jié)焦幾率，而且排煙溫度比優(yōu)化前降低約7℃。

鍋爐優(yōu)化配風(fēng)后，爐膛出口屏區(qū)煙溫降低80～100℃，再熱汽溫降低3～5℃，但再熱汽減溫水量減少10～12 t，再熱器減溫水對(duì)機(jī)組煤耗影響（降低）大于再熱汽溫對(duì)供電煤耗影響（升高）。同時(shí)，由于爐膛溫度降低，NOx形成大幅度降低，從而降低NOx排放量。爐膛出口煙溫降低減緩屏區(qū)結(jié)焦，鍋爐排煙溫度可降低5～7℃。

優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)后，對(duì)鍋爐效率進(jìn)行測(cè)試，不但比試驗(yàn)前提高，而且比設(shè)計(jì)值93.56%平均提高0.72%，影響供電煤耗降低2.414 g/（kW·h）；NOx排放日平均負(fù)荷在450 MW情況下，由原來(lái)400～550mg/m3降低到180～320mg/m3，達(dá)到預(yù)期效果。

3 結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化調(diào)整，鍋爐再熱器減溫水量在600 MW負(fù)荷下不超過(guò)15 t/h，比優(yōu)化前降低約30 t/h，影響發(fā)電煤耗降低1.2 g/（kW·h）；鍋爐效率達(dá)到94.28%，比設(shè)計(jì)值提高0.72%，降低機(jī)組發(fā)電煤耗2.414 g/（kW·h）；按年發(fā)電量69億 kW·h計(jì)算，年節(jié)約標(biāo)煤16 656.6 t，年節(jié)約燃料成本499.698萬(wàn)元。

在設(shè)備不進(jìn)行任何改造前提下，通過(guò)優(yōu)化調(diào)整試驗(yàn)，從中找出了最佳運(yùn)行工況，并修改分散式控制系統(tǒng)控制邏輯實(shí)現(xiàn)優(yōu)化配風(fēng)調(diào)整，在保證鍋爐安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行前提下，成功地實(shí)現(xiàn)了低氮燃燒。按照全年平均負(fù)荷450MW計(jì)算，年降低NOx排放量為2 438.88 t，降低排放費(fèi)用約150萬(wàn)元。

Experimental Research on Combustion Optim ization and NOxEm ission Reduction for a 600 MW Coal-fired Boiler

WU Tie-Gen1，F(xiàn)U Lin1，F(xiàn)U Tao2
（1.HebeiGuohua Dingzhou Power Co.Ltd.，Dingzhou，Hebei 073000，China；2.Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

A combustion optimization experiment was conducted to improve boiler efficiency and reduce NO x emission by adjusting primary air，secondary air and oxygen，and an optimal control of boiler combustion system was found.On the condition that the boiler should be operated safely，steadily and economically，NOxemission reduction was performed by optimizing air distribution mode of distributed control system.

combustion；optimization；NOx；emission；experiment

TK223.2

A

1671-0320-（2011）03-0056-04

2011-01-22，

2011-04-11

武鐵根（1970-），男，山西文水人，1993年畢業(yè)于太原電力高等專(zhuān)科學(xué)校熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，工程師，從事發(fā)電廠(chǎng)集控運(yùn)行專(zhuān)業(yè)；

付 林（1964-），男，河北崇禮人，2002年畢業(yè)于華北電力大學(xué)熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠(chǎng)集控運(yùn)行專(zhuān)業(yè)；

付 弢（1972-），女，山西太原人，2000年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能動(dòng)力專(zhuān)業(yè)，高級(jí)工程師，從事電廠(chǎng)及電網(wǎng)技術(shù)監(jiān)督管理工作。