薛新偉，張志強(qiáng)

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046021）

300 MW貧煤鍋爐低氮燃燒器改造對(duì)汽溫的影響

薛新偉，張志強(qiáng)

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046021）

通過300 MW貧煤鍋爐分離式燃燼風(fēng)低氮燃燒器改造后的燃燒調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)比不同負(fù)荷、不同氧量下汽溫變化情況，發(fā)現(xiàn)鍋爐主燃區(qū)高溫缺氧燃燒過程以及燃燼區(qū)低溫富氧過程的燃燒比例分配，即鍋爐上下爐膛火焰溫度波動(dòng)幅度對(duì)主燃區(qū)區(qū)域風(fēng)煤比變化的敏感性，是引起鍋爐主、再熱汽溫波動(dòng)且偏低的主要因素，并進(jìn)行上、下爐膛燃燒比例的分配，提高鍋爐效率，降低了氮氧化物的排放。

爐膛；燃燼風(fēng)；火焰中心；氧量

漳山發(fā)電有限責(zé)任公司300 MW鍋爐是武漢鍋爐股份有限公司制造的，亞臨界、中間過熱、自然循環(huán)汽包爐。采用鋼球磨中儲(chǔ)式，熱風(fēng)送粉，直流式燃燒器，四角布置，切圓燃燒，煙氣擋板調(diào)溫，中間一次再熱，鍋爐燃用煤質(zhì)屬于低揮發(fā)分、高灰分的貧煤。

該廠進(jìn)行2號(hào)爐低氮氧化物燃燒系統(tǒng)和脫硝系統(tǒng)改造，改造前燃燒器采用引進(jìn)美國CE公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造。采用大風(fēng)箱、大切角、固定式燃燒器，燃燒器正四角布置，在爐內(nèi)形成雙切圓燃燒，假想切圓分別為φ802 mm和φ974 mm，每個(gè)角的燃燒器共有14層噴口，4層一次風(fēng)噴口，8層二次風(fēng)噴口，2層三次風(fēng)噴口。二次風(fēng)一部分作為燃料風(fēng)，設(shè)在每只煤粉噴嘴周圍，一部分作為頂部燃燼風(fēng)，經(jīng)燃燒器頂部的二次風(fēng)噴嘴送入爐膛；其余部分作為輔助風(fēng)，與煤粉噴嘴相間布置，形成均等配風(fēng)。改造后，主燃燒器區(qū)域采用了13層噴口，取消了原設(shè)計(jì)的最上層反切二次風(fēng)噴口，對(duì)所有噴口進(jìn)行了改造、更換。主要改造內(nèi)容為：一次風(fēng)噴口不再采用左右濃淡分離；二次風(fēng)噴口面積減小，二次風(fēng)噴口中的垂直隔板有一定角度，使得二次風(fēng)與一次風(fēng)氣流不再具有相同的水平偏轉(zhuǎn)角、在一次風(fēng)與爐墻之間形成氧化性區(qū)域，以便降低氮氧化物并防止結(jié)焦。在主燃燒器區(qū)域的上方，增加了1層分離燃燼風(fēng)，共8個(gè)噴口。

1 從火焰中心位置分析對(duì)汽溫的影響

該廠低氮燃燒器改造后，燃燼風(fēng)噴口布置在鍋爐32 m標(biāo)高，形成燃燼風(fēng)區(qū)，距離主燃區(qū)最上層燃燒器5 m左右，燃燒器最上層火焰與屏底距離由原先18 m減少至10 m。根據(jù)前蘇聯(lián)熱力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，火焰中心位置的相對(duì)標(biāo)高Xmax[1]與燃燒器的布置方式相關(guān)，等于燃燒器軸線的平均高度與爐膛高度的比值；爐膛出口煙氣溫度與燃煤的理論燃燒溫度成正比，與系數(shù)M（考慮燃燒條件影響的參數(shù)）成反比。系數(shù)M是火焰中心位置的函數(shù)，其表達(dá)式為

式中，A與B分別為燃燒方式及燃料種類的系數(shù)。

在爐膛高度方向上，燃燒器之間的距離越大，燃燒器軸線的平均高度越高；Xmax的位置越高，即火焰中心位置相對(duì)越高；系數(shù)M與Xmax成反比關(guān)系，即火焰中心位置越高，系數(shù)M越小?？梢?，該廠低氮燃燒器改造后，燃燒器的軸線平均高度增加，爐膛火焰位置升高，爐膛出口煙氣溫度升高。然而，該廠在低氮燃燒器改造后，實(shí)際爐膛出口煙氣溫度變化不能簡(jiǎn)單地依據(jù)火焰中心位置變化來判斷。

低氮燃燒器改造后，燃燼區(qū)以及屏區(qū)煙氣溫度和流場(chǎng)波動(dòng)主要受主燃區(qū)與燃燼區(qū)燃燒比例變化的影響，即上、下爐膛熱負(fù)荷和煙氣溫度的分布情況主要受主燃區(qū)風(fēng)煤比控制。主燃區(qū)為高溫欠氧燃燒，其燃燒工況對(duì)氧量變化很敏感。

當(dāng)主燃區(qū)風(fēng)煤比增加，如降負(fù)荷以及增加風(fēng)量時(shí)，主燃區(qū)燃燒比例增加，爐膛溫度升高，氮氧化物生成量增加，同時(shí)造成燃燼區(qū)燃燒比例和火焰溫度相應(yīng)降低，火焰中心降低，汽溫降低；反之會(huì)使火焰中心升高，汽溫升高，氮氧化物生成量降低。由于上下爐膛煙溫變化對(duì)氧量的敏感性，燃料波動(dòng)和配風(fēng)波動(dòng)的主燃區(qū)風(fēng)煤比波動(dòng)現(xiàn)象，會(huì)造成煙氣溫度、蒸汽溫度以及氮氧化物的明顯波動(dòng)，這一現(xiàn)象在加減負(fù)荷、制粉系統(tǒng)三次風(fēng)擾動(dòng)時(shí)尤為突出。

2 氧量變化對(duì)汽溫的影響

通過降低總風(fēng)量進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著爐膛出口氧量的降低，主燃燒區(qū)還原性氣氛逐漸形成，燃燒器出口氮氧化物生成量不斷降低，由于氧量的降低，煙氣量也隨之降低，對(duì)流換熱明顯變差、變?nèi)?，低溫過熱器、低溫再熱器等處對(duì)流換熱明顯降低，造成主、再熱汽溫明顯降低。但是爐膛出口氧量存在臨界值，存在既能提高汽溫，也能維持較低氮氧化物的爐膛出口氧量臨界值。該廠2號(hào)爐負(fù)荷170 MW時(shí)，維持爐膛出口氧量5%，汽溫能夠達(dá)到540℃，氮氧化物600 mg/m3。爐膛出口氧量5%，是170 MW負(fù)荷下的臨界值。

3 變負(fù)荷工況時(shí)對(duì)汽溫的影響

主燃區(qū)揮發(fā)分及固定碳等可燃物的燃燒形成主焰，為高溫、缺氧燃燒，燃燼區(qū)大量可燃?xì)怏w等可燃物的燃燒形成燃燼火焰[2]，為低溫富氧燃燒；主燃區(qū)和燃燼區(qū)燃燒熱量釋放比例，主要由主燃區(qū)的過?？諝庀禂?shù)控制。負(fù)荷突升突降時(shí)，由于主燃區(qū)風(fēng)煤比發(fā)生變化，主火焰與燃燼區(qū)火焰燃燒份額、比例會(huì)發(fā)生較大變化，燃燒工況及屏區(qū)火焰溫度發(fā)生較大波動(dòng)，而鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)由于慣性，吸熱變化相對(duì)滯后，造成汽溫忽高忽低，或部分管壁壁溫超溫。鍋爐加負(fù)荷過程中，主燃區(qū)燃料量增加，而主燃區(qū)風(fēng)量未相應(yīng)增加，有一定遲延，造成主燃區(qū)燃燒份額、比例降低，燃燼區(qū)燃燒份額、比例增加，火焰中心升高，加劇了升負(fù)荷過程的煙氣側(cè)與汽水側(cè)換熱不平衡現(xiàn)象，汽溫突升、部分管壁溫度易超溫[2]。鍋爐降負(fù)荷過程中，主燃區(qū)燃料量減少，而主燃區(qū)風(fēng)量未相應(yīng)降低，造成主火焰燃燒份額比例增加，燃燼區(qū)燃燒份額比例減少，火焰中心降低，加劇了降負(fù)荷過程的煙氣側(cè)與汽水側(cè)換熱不平衡現(xiàn)象，造成汽溫偏低。

通過試驗(yàn)，升負(fù)荷時(shí)，提前適當(dāng)開大輔助二次風(fēng)擋板，然后增加燃料量，確保主燃區(qū)風(fēng)量提前增加。觀察主、再熱汽溫變化趨勢(shì)變緩變慢后，及時(shí)回調(diào)二次風(fēng)擋板，如果回調(diào)不及時(shí)，送風(fēng)機(jī)出力增加、燃料量穩(wěn)定后，會(huì)改變?nèi)紵齾^(qū)風(fēng)煤配比，降低燃燼區(qū)燃燒份額，使主、再熱汽溫偏低。降負(fù)荷時(shí)，提前適當(dāng)關(guān)小輔助二次風(fēng)擋板，然后降低燃料量，確保主燃區(qū)風(fēng)量提前減少，觀察主、再熱汽溫變化趨勢(shì)變緩變慢后，及時(shí)回調(diào)二次風(fēng)擋板，如果回調(diào)不及時(shí)，燃燼風(fēng)區(qū)將會(huì)通入過量空氣，降低燃燼風(fēng)區(qū)溫度，使主、再熱汽溫降低。針對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)方式下燃料量自動(dòng)調(diào)整速率快而送風(fēng)量響應(yīng)速度較慢的情況，采取利用主燃區(qū)二次風(fēng)擋板對(duì)變負(fù)荷工況的進(jìn)行上述試驗(yàn)調(diào)整后，能夠保持主燃區(qū)適當(dāng)?shù)娘L(fēng)煤比，從而控制主燃燒區(qū)域和燃燼區(qū)域的燃燒負(fù)荷比例，汽溫、汽壓和氮氧化物數(shù)值波動(dòng)情況得到明顯改善。

4 影響汽溫調(diào)整的其他因素

目前影響汽溫調(diào)整的因素還有給粉機(jī)的波動(dòng)，也就是燃料量的波動(dòng)，給汽溫調(diào)整帶來很多不利因素。而影響燃料量波動(dòng)的主要原因有燃燒工況的不穩(wěn)性、汽溫調(diào)節(jié)性能差、煤質(zhì)不穩(wěn)、制粉系統(tǒng)啟動(dòng)、斷煤等，這些不利因素都可能造成主、再熱汽溫調(diào)節(jié)品質(zhì)差，造成主、再熱汽溫偏低。目前由于汽溫調(diào)節(jié)自動(dòng)偏置塊限制，汽溫調(diào)整還需要人為手動(dòng)干預(yù)，汽溫調(diào)整要根據(jù)負(fù)荷、燃料、風(fēng)量等變化，觀察汽溫變化趨勢(shì)，提前開、關(guān)減溫水進(jìn)行汽溫調(diào)整。汽溫調(diào)整要平穩(wěn)，要提前預(yù)判，發(fā)現(xiàn)可能造成壁溫超溫時(shí)，要提前開啟減溫水，避免減溫水量突增突減，減小因減溫水量對(duì)主汽流量及給粉量的負(fù)面影響，防止由于燃料自動(dòng)和減溫水自動(dòng)回路的相互干擾導(dǎo)致的主、再熱汽溫頻繁波動(dòng)及偏低現(xiàn)象的發(fā)生[1-3]。

5 改造后運(yùn)行調(diào)整

通過改變送風(fēng)機(jī)出力對(duì)鍋爐氧量即總煙氣量進(jìn)行總體控制，以保證鍋爐總的風(fēng)煤比和煙氣比。利用燃燼風(fēng)區(qū)和主燃區(qū)二次風(fēng)擋板開度來控制主燃區(qū)和燃燼區(qū)分級(jí)供氧比例，并在不穩(wěn)定工況下進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)，然后通過氮氧化物量波動(dòng)情況來判斷主燃區(qū)過?？諝庀禂?shù)并對(duì)送風(fēng)配比進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，確保爐內(nèi)火焰溫度分布穩(wěn)定不波動(dòng)，空氣量和氣流混合速度能夠滿足完全燃燒的需要，煙氣量能夠滿足與汽水換熱的要求。為了使主燃燒區(qū)域形成足夠的還原性氣氛，并且提高主燃區(qū)爐膛溫度，加速固定碳的燃燼，采取集中燃燒方式，提高運(yùn)行給粉機(jī)出力。減少給粉機(jī)、磨煤機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)，可降低飛灰含碳量和提高主、再熱汽溫度。不同負(fù)荷、不同煤種要選擇合適的氧量，低負(fù)荷階段，氧量不要太大，因?yàn)檠趿刻?，主燃區(qū)通入較多的風(fēng)量，還原性氣氛減弱，會(huì)造成主燃區(qū)燃燒加強(qiáng)，主燃區(qū)將大部分可燃物燃燼，燃燼區(qū)可燃物減少。在燃燼區(qū)通入大量冷風(fēng)，反而對(duì)燃燼區(qū)燃燒不利，形成擾動(dòng)，造成燃燼區(qū)火焰擾動(dòng)，燃燼區(qū)熱負(fù)荷忽高忽低，易造成汽溫、汽壓以及氮氧化物的波動(dòng)。高負(fù)荷階段、氧量不要太小，因?yàn)檠趿刻?，主燃區(qū)燃料量增加后，因?yàn)楣┭醪蛔?，?dǎo)致固定碳燃燒時(shí)，無法混入足夠的氧，使不完全燃燒產(chǎn)物增加，不完全燃燒產(chǎn)物進(jìn)入燃燼區(qū)后，燃燒時(shí)間短，而且燃燒時(shí)，消耗大量氧量，影響CO、H2等氣體可燃物燃燒，造成汽溫偏低，飛灰含碳量增加。

目前該廠鍋爐在不同負(fù)荷階段和不同煤種下都能維持燃燒器出口氮氧化物排放值小于650 mg/m3，主、再熱汽溫度基本維持535℃以上，飛灰含碳量維持4%～6%之間，后屏部分管子壁溫超溫問題也有所緩解。當(dāng)前正在通過燃煤摻燒來提高燃煤揮發(fā)分、通過運(yùn)行優(yōu)化來精細(xì)調(diào)整，預(yù)期鍋爐效率和氮氧化物排放值會(huì)得到進(jìn)一步改善。

6 結(jié)語

a）貧煤鍋爐低氮燃燒器改造。入爐煤在經(jīng)過主燃區(qū)著火、燃燒，煤顆粒破裂并與氧氣反應(yīng)生成大量一氧化碳，經(jīng)過還原區(qū)，進(jìn)入燃燼區(qū)，在燃燼風(fēng)區(qū)域形成穩(wěn)定燃燒，才會(huì)使汽溫升高。而如何使火焰形成足夠穩(wěn)定的二次燃燒，成為影響汽溫的關(guān)鍵。

b） 通過配煤調(diào)整，適當(dāng)摻配高揮發(fā)分煤種，揮發(fā)分摻配至16%～19%之間，同時(shí)保證配煤熱值，降低運(yùn)行給粉機(jī)、磨煤機(jī)臺(tái)數(shù)，集中燃燒，可有效控制氮氧化物，并提高汽溫。

c）對(duì)應(yīng)負(fù)荷下選擇合適的臨界氧量，在臨界氧量下，不僅能提高主、再熱汽溫，還能使氮氧化物生成量在設(shè)計(jì)值內(nèi)。

The Influence of Low NOxBurner Retrofitting of a Lean Coal-fired Boiler on Steam Temperature

XUE Xinwei,ZHANG Zhiqiang
（Shanxi Zhangshan Electric Power Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi046021,China）

According to the combustion adjustment test of 300 MW lean coal-fired boiler after retrofit of separated over-fire air low NOxburner,the change of steam temperature under different loads and different oxygen contents is contrasted.It is found out that the combustion ratiodistribution between high-temperature low-oxygen combustion process in the main combustion zone and low-temperature rich-oxygen combustion process in the burned out zone is the main reason that causes fluctuations of the boiler main temperature and reheat steam temperature.The distribution of furnace combustion ratio is conducted，which improves the efficiency of the boiler and reduces nitrogen oxide emissions．

furnace；burn-out wind;flame center；oxygen content

TM621.2

B

1671-0320（2017）02-0055-03

2016-12-19，

2017-01-23

薛新偉(1972)，男，山西河曲人，2010年畢業(yè)于武漢大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，碩士，工程師，主要從事電廠生產(chǎn)調(diào)度和運(yùn)行管理工作；

張志強(qiáng)(1979)，男，山西定襄人，2003年畢業(yè)于太原理工大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)，工程師，從事鍋爐調(diào)整、運(yùn)行管理工作。