李衍平

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

萊城電廠1號爐低NOx燃燒系統(tǒng)改造效果分析

李衍平

（華電國際萊城發(fā)電廠，山東 萊蕪 271100）

為有效應對日益嚴重的環(huán)境污染問題，火電廠鍋爐采取燃煤鍋爐爐內(nèi)空間分級燃燒技術、煤粉濃淡高效分離技術，提出了對燃燒器系統(tǒng)、一次風管道、二次風系統(tǒng)和空預器等系統(tǒng)進行具體的低氮改造措施，并且分析了300MW燃煤鍋爐低氮改造后的熱經(jīng)濟性和安全性。經(jīng)試驗驗證，1號鍋爐低氮改造后，鍋爐NOx排放量大幅減少，質量排放濃度標準降到了300mg/m3。

節(jié)能減排；氮氧化物；空氣分級；水平濃淡；燃燒器

1 鍋爐概況

從2014年1月1日開始，《火電廠大氣污染物排放標準》要求重點地區(qū)所有火電投運機組NOx質量排放濃度標準要達到100mg/m3。然而，非重點地區(qū)2003年以前投產(chǎn)的機組達到200mg/m3[1]。燃煤電廠作為燃煤大戶，排放了大量的氮氧化物，嚴重影響了空氣質量。為此，進行鍋爐低氮改造迫在眉睫。

華電國際萊城發(fā)電廠1號爐設計煤種為山西煤與濟北混煤，但實際入爐煤已經(jīng)偏離設計和校核煤種，入爐煤質越來越差。現(xiàn)在入爐煤是貧煤、劣質煙煤、褐煤的混合。在原設計中雖然考慮了采用濃淡分離燃燒來降低鍋爐NOx的生成排放、實現(xiàn)穩(wěn)燃及燃燼的要求，但在實際運行和對設計的分析中發(fā)現(xiàn)存在以下幾方面的問題。

a） NOx排放濃度偏高，根據(jù)試驗測試表明，機組滿負荷下，1號爐的NOx質量排放濃度最高約835mg/m3。由于2010年11月以來，鍋爐摻燒煤種亂、煤質差，磨煤機一次風量和機組運行氧量比以前高，NOx排放濃度提高，在試驗煤種條件下，煙氣NOx質量排放濃度約550～800mg/m3，NOx排放濃度很高。

b）由于煤炭資源市場變化復雜，目前實際燃用煤種摻合貧煤、劣質煙煤、褐煤；入爐煤灰分達到30%～43%，揮發(fā)分24%～26%，發(fā)熱量15～18Mj/kg，如表1所示。煤種變化給鍋爐的安全經(jīng)濟、高效燃燼、低負荷穩(wěn)燃運行帶來了巨大的壓力，如燃燒效率較低、穩(wěn)燃性差、燃燒器及水冷壁附近結渣、NOx排放濃度高等。

表1 改造考核燃用煤種煤質特性

2 燃燒系統(tǒng)問題

a） 原采用彎頭分離上下濃淡的WR（Wide Range）燃燒器[2]，首先不能很好地實施濃淡分離的效果,對于降低燃燒初期的NOx生成性能一般，同時大量燃燒器周界風的進入，對于穩(wěn)燃和降低NOx都不利；其次采用上濃下淡的煤粉射流組織，不能較好地實現(xiàn)爐膛燃燒的風包粉的技術要求，在主燃燒區(qū)域煤粉射流容易在爐膛旋轉氣流的作用下貼壁，而導致結渣和高溫腐蝕的發(fā)生。

b）原煤粉燃燒器噴嘴出口采用鈍體分離及導流煤粉[3]，造成鈍體運行環(huán)境惡劣，既要承受煤粉沖擊磨損，同時又處于高溫環(huán)境，容易造成鈍體在1年左右時間損壞。損壞后嚴重影響鍋爐四角切圓燃燒，給鍋爐帶來了安全隱患。

c）原設計通過同心反切圓燃燒技術來起到保護水冷壁作用，這種技術在過去的應用中已經(jīng)證明并不能降低煙溫偏差，而且一、二次風大夾角反向進入爐膛，如果爐膛內(nèi)氣流按設計逆時針旋轉，煤粉射流周圍沒有二次風射流保護，對于防止水冷壁高溫腐蝕極其不利；其次，該設計與四角切圓燃燒的“鄰角點燃”著火原理是違背的，不利于鍋爐的低負荷不投油穩(wěn)燃。

d）在采用原美國燃燒工程公司擺動燃燒器技術設計[4]時，噴嘴與壁面間隙過大（12mm），造成燃燒的無組織漏風過大，這對于控制NOx的生成極其不利，特別在鍋爐低負荷運行中會導致NOx大幅上升。大量的油風室噴嘴旋流風又容易快速地混入一次風煤粉中，對于防止NOx的生成不利。

e）原設計燃燒系統(tǒng)頂部兩層燃燼風射流對于降低NOx效果不明顯，雖然有一定反切動量，但其反切角度和反切動量都較小，射流組織由于緊貼主燃燒區(qū)域，對于降低NOx和爐膛消旋的作用不明顯。

3 燃燒系統(tǒng)改造

在不改變鍋爐其他設備及運行參數(shù)的前提條件下[5]（如制粉系統(tǒng)、各級受熱面大小、熱風溫度等），針對鍋爐實際運行的煤質情況及所存在的問題，在盡量減少改造工作量的要求下，經(jīng)過詳細的研究分析，此次鍋爐燃燒系統(tǒng)改造工作主要包括如下幾部分。

a）在距離最上層一次風燃燒器中心線約7.1m處布置4層剛性大覆蓋的SOFA（Sepeated over Fire Air）[6]分離式燃燼風噴嘴，大空間垂直分離的SOFA燃燒裝置（噴嘴、燃燼風角風箱、風門、大風箱、風道及擺動機構），占燃燒總風量的29%左右，這樣在爐膛的縱向空間尺度上，將燃燒系統(tǒng)改造為主燃燒區(qū)和上部燃燼區(qū)，中間為大空間的NOx還原區(qū)，如圖1所示。

b）將原設計的一次風煤粉燃燒器全部（除下層小油槍煤粉燃燒器以外）改為帶對置丘體高效濃淡分離裝置的水平濃淡煤粉燃燒器[7]濃淡比為8:2～7:3），同時濃一次風煤粉射流反切逆向進入爐膛向火面，在強化爐膛下部主燃燒區(qū)域煤粉的著火穩(wěn)燃能力的基礎上，極大地降低NOx的生成，同時防止煤粉噴嘴鈍體的磨損。

圖1 爐膛燃燒組織示意圖

c）采用“CEE高效低氮燃燒技術”，以爐內(nèi)空間分級燃燒技術、煤粉濃淡高效分離技術為核心，構成爐內(nèi)超低NOx燃燒排放、煤粉高效穩(wěn)燃、高燃燼、防結渣、防高溫腐蝕的爐內(nèi)燃燒動力場特性。該技術通過爐內(nèi)燃燒區(qū)域大空間分離的SOFA射流、水平濃淡分離一次風射流、向火側/背火側壁二次風射流的組合，在爐膛燃燒區(qū)域的縱向空間及水平截面上形成如下特性區(qū)域[7]，SOFA燃燒器規(guī)范如表2所示。

表2 SOFA燃燒器規(guī)范

在爐膛垂直方向的大空間尺度上，形成了燃燒器區(qū)域中心高煤粉濃度的著火穩(wěn)燃區(qū)、燃燒器及爐膛中心具有較高溫度、較高煤粉濃度和較低氧氣的主燃燒區(qū)域；在爐膛垂直方向的主燃燒區(qū)與燃燼區(qū)之間的大空間NOx還原區(qū)[8]，以及水平截面上由于水平濃淡分離的低NOx形成，極大地降低了爐膛燃燒的NOx生成排放；在靠近水冷壁區(qū)域形成較低溫度、較低CO濃度、低粉、高氧的水冷壁壁面附近的防結渣及高溫腐蝕區(qū)；在距整個燃燒區(qū)域頂部一定距離處投入SOFA燃燼風，構成了煤粉的燃燼區(qū)。

d） 在SOFA燃燼區(qū)域，采用剛性大覆蓋的SOFA射流，以強化未燃燼煤粉的富氧燃燒，提高煤粉燃燼率以及降低CO含量，同時極大地減少進入爐膛上部及水平煙道的煙氣偏差，消除鍋爐兩側汽溫偏差。

e）在主燃燒器區(qū)域，布置有5層組合型雙向貼壁二次風噴嘴射流，使得在靠近水冷壁區(qū)域形成具有較低溫度、較低CO濃度、低粉、高氧的水冷壁壁面防結渣及高溫腐蝕區(qū)。

f）采用降熱風道阻力的燃燼風風道設計，在熱風道下端合適的位置開孔引出燃燼風風道，將二次風未進入主燃燒器大風箱之前直接引至燃燼風大風箱，并且加裝導流板，這樣反而可以降低二次風的阻力大約30%左右，從而降低了廠用電，且保證了足夠的SOFA配風及主燃燒器配風要求。

4 改造效果分析

改造后性能考核試驗，結果如下所示。

4.1 NOx生成量

在空氣預熱器出口兩側煙道，使用KM-9106儀器以網(wǎng)格法測量NOx與CO，每15 min測量1次。分別在300MW、225MW、180MW負荷下做試驗，試驗結果如表3所示。從表3可以看出，低氮改造后，NOx生成量明顯降低，改造比較成功。利用爐膛紅外測溫儀測量顯示爐膛火焰中心溫度約為1 300℃，未改造的鍋爐同樣負荷時約為1 500℃。同樣，根據(jù)NOx的生成量與火焰中心溫度的正比關系也可間接判斷火焰中心處溫度降低。

表3 不同負荷下的NOx生成量

4.2 鍋爐效率

在環(huán)境溫度30℃的額定負荷下，進行了鍋爐性能試驗，結果見表4。改造爐渣含碳量增加較大，飛灰含碳量有所下降。由于改造后燃燒距離拉大、火焰中心抬升、爐內(nèi)火焰充滿度較好，排煙溫度較低，降低了排煙熱損失，改造后的鍋爐效率略有增大。

表4 額定負荷下鍋爐性能試驗對比

4.3 蒸汽參數(shù)

改造后的煙溫偏差很小，一般在20℃以內(nèi)。鍋爐主汽壓、汽溫都能達到設計值。過熱器減溫水量很少，但再熱器壁溫有時較高，但也都在控制范圍以內(nèi)。

5 結束語

a）在燃用為此次低NOx改造確定的考核煤種情況下，煤粉細度在合理的設計范圍內(nèi)，飛灰可燃物不大于2%、大渣含碳量不大于5%，鍋爐效率有所升高。

b）機組大于50%負荷工況下鍋爐的NOx質量排放濃度不超過300mg/m3，各負荷下CO排放濃度不高于100μL/L，達到了低氮減排的目標。

[1] 中國環(huán)境科學研究院，國電環(huán)境保護研究院.火電廠大氣污染物排放標準 非書資料：GB13223—2011[S].北京：中國環(huán)境科學出版社，2012：2.

[2] 梁立剛，孟勇，吳生來.1 025 t/h鍋爐改造后運行優(yōu)化及NOx排放特性試驗研究[J].熱力發(fā)電，2013（1）：63.

[3] 李衍平.300MW燃煤鍋爐空氣分級低NOx燃燒系統(tǒng)改造技術[J].黑龍江電力，2013，35（3）：272-274.

[4] 焦傳寶，鐘磊.600MW“W”火焰鍋爐脫硝技術改造工程實踐[J].山西電力，2014（6）：30-34.

[5] 朱明，張忠孝，周托，等.1 000MW超超臨界塔式鍋爐爐內(nèi)水冷壁壁溫計算研究[J].動力工程學報，2012，32（1）：1-9.

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[8] 史曉華，劉文偉，劉眾元.垂直濃淡燃燒器對水冷壁高溫腐蝕的探討[J].山西電力，2013（4）：50-51.

Effect Analysis of Low NOxCombustion Transformation for NO.1 Coal Boiler of Laicheng Power Plant

LIYanping

（China Huadian Laicheng Power Plant,Laiwu,Shandong 271100,China)

To effectively deal with the increasingly serious problem of environmental pollution, air- staged combustion technology and rich/lean pulverized coal separating technology were adopted by coal- fired thermal power plant. It was proposed to carry out low nitrogen transformation on burner system, primary air pipe, secondary air system, air pre- heater and other systems. 300 MWcoal- fired boilers with low nitrogen transformation were analyzed from the aspects of economy and safety. It was verified that after low nitrogen transformation of NO.1 boiler, NOx emissions were significantly reduced with emissions mass concentration dropping to 300 mg/m3.

energy conservation and emission reduction；nitrogen oxides；air staging；horizontal bias combustion；burner

TM621.2

B

1671-0320（2015）06-0059-04

2015-10-10，

2015-12-10

李衍平（1979），男，山東寧陽人，2007年畢業(yè)于哈爾濱理工大學熱能動力工程專業(yè)，工程師，從事火力發(fā)電廠集控運行工作。