摘要：環(huán)境保護(hù)部和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局聯(lián)合發(fā)布了新修訂的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)大幅收緊了氮氧化物的排放限值。在越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求下，眾多火力發(fā)電廠采用低NOx燃燒技術(shù)對(duì)鍋爐進(jìn)行燃燒器改造。國(guó)華寧海電廠一期四臺(tái)鍋爐采用煙臺(tái)龍?jiān)措娏夹g(shù)股份有限公司低氮燃燒技術(shù)改造后，實(shí)現(xiàn)防渣、高效安全燃燒前提下，明顯降低了燃燒生成的NOx，取得良好效果。由于燃燒器改造，鍋爐本身燃燒特性發(fā)生了一些改變，本文針對(duì)這些變化，對(duì)鍋爐的運(yùn)行調(diào)整進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：氮氧化物、低氮燃燒、鍋爐特性、鍋爐運(yùn)行。

一、概述

浙江國(guó)華浙能發(fā)電有限公司一期四臺(tái)鍋爐采用上海鍋爐廠生產(chǎn)的型號(hào)為SG2028- 17.5- 908亞臨界強(qiáng)制循環(huán)、四角切向燃燒、一次再熱、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼構(gòu)架、全懸吊∏型結(jié)構(gòu)鍋爐鍋爐燃用煙煤。鍋爐的制粉系統(tǒng)采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配置6臺(tái)HP- 983型中速磨，其中5臺(tái)運(yùn)行，1臺(tái)備用。

此次改造采用了煙臺(tái)龍?jiān)垂镜偷紵夹g(shù)，主要改造如下：托底風(fēng)標(biāo)高高度不變，降低原燃燒器最上層一次風(fēng)噴口標(biāo)高，壓縮煤粉噴嘴間距，此處作為主燃燒區(qū)域；減小原二次風(fēng)噴口面積，在原燃燒器最上層一次風(fēng)上方約9米處增加7層燃盡風(fēng)，作為燃盡區(qū)（SOFA風(fēng)，可上下擺動(dòng)），形成縱向分級(jí)。主燃燒區(qū)域和燃盡區(qū)域之間作為還原區(qū)，無(wú)配風(fēng)進(jìn)入，主燃燒區(qū)生成的氮氧化物在此被還原成氮?dú)猓恢魅紵齾^(qū)下端部風(fēng)及一次風(fēng)采用原鍋爐設(shè)計(jì)方式逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，切圓適當(dāng)減??；其它二次風(fēng)改為與一次風(fēng)小角度偏置，順時(shí)針?lè)聪蚯腥耄纬蓹M向空氣分級(jí)；在兩層一次風(fēng)噴口之間增加貼壁風(fēng)。

二、改造后鍋爐特性變化

低氮燃燒技術(shù)改造后，鍋爐煙氣中氮氧化物明顯下降。75%- 100%額定負(fù)荷時(shí)，可降低到100- 120mg/Nm3。此次改造達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，同時(shí)對(duì)鍋爐的燃燒器結(jié)構(gòu)變化較大，對(duì)鍋爐的特性帶來(lái)一些改變。具體表現(xiàn)為：

1.鍋爐汽壓響應(yīng)較之前變慢。升降負(fù)荷時(shí)，汽壓變化慢，甚至出現(xiàn)CCS閉鎖增、閉鎖減的現(xiàn)象。

2.變負(fù)荷時(shí)，汽溫變化幅度大，容易出現(xiàn)超溫和欠溫情況。

3.擺動(dòng)主燃燒器擺角，對(duì)汽溫汽壓的影響效果變差。

4.風(fēng)量對(duì)汽溫影響發(fā)生較大變化。改造前，增加風(fēng)量時(shí)汽溫升高，改造后，適當(dāng)增加風(fēng)量汽溫會(huì)降低。

5.低負(fù)荷時(shí)候水位容易波動(dòng)。

三、原因分析

出現(xiàn)上述現(xiàn)象，從鍋爐結(jié)構(gòu)上分析原因如下：原燃燒器最下層托底風(fēng)高度不變，最上層一次風(fēng)噴口降低標(biāo)高1.8米。減小原二次風(fēng)噴口面積，主燃區(qū)二次風(fēng)風(fēng)率由原來(lái)的75%降低至56%。在原燃燒器最上層一次風(fēng)上方大約約9米處增加7層燃盡風(fēng)，風(fēng)率大約20%。最上層SOFA比原燃燒器頂高出10米左右。

燃燒分析：同樣煤量的工況下，主燃燒器區(qū)域的氧量較改造前下降20%，主燃燒區(qū)域氧量明顯降低，一次風(fēng)粉混合物噴出后，在主燃區(qū)缺氧燃燒，在抑制氮氧化物生成的同時(shí)，也抑制了燃料的燃燒，生成較多的一氧化碳。燃料的熱量不能完全釋放?？扇嘉镞M(jìn)入還原區(qū)后，因?yàn)榇颂師o(wú)配風(fēng)進(jìn)入，故燃燒放熱較弱。待未燃盡物進(jìn)入燃盡區(qū)后，才完全燃燒?？梢娙剂系耐耆紵跁r(shí)間上延后了。同時(shí)在空間上，火焰中心更長(zhǎng)、更高了，水冷壁區(qū)域的吸熱位置相對(duì)提高了。因此鍋爐的壓力響應(yīng)較改造前，明顯變慢了。在快速加減負(fù)荷時(shí)候，如調(diào)整不及時(shí)，變會(huì)出現(xiàn)因壓力偏差大，協(xié)調(diào)閉鎖加減負(fù)荷的情況。

加負(fù)荷時(shí)，在CCS的作用下，鍋爐主控會(huì)自動(dòng)加煤，以提高鍋爐壓力來(lái)響應(yīng)負(fù)荷變化。但因?yàn)殄仩t壓力響應(yīng)變慢，故煤量過(guò)調(diào)時(shí)間和過(guò)調(diào)量都較改造之前增大。因此燃燒延后、火焰中心較改造前更高，所以加負(fù)荷時(shí)更容易超溫了。同理，減負(fù)荷時(shí)，汽溫下降也較改造前更大。

因主燃燒區(qū)空間高度下降較多，主燃燒區(qū)的放熱量減少，火焰拉長(zhǎng)，故主燃燒器擺角對(duì)火焰中心的影響也相對(duì)減弱了。

如前文所述，本次改造的核心其實(shí)就是主燃燒區(qū)域缺氧燃燒來(lái)抑制氮氧化物生成，所以，在燃燒調(diào)整適當(dāng)增加風(fēng)量時(shí)，主燃燒區(qū)域風(fēng)量增加，更多燃料在主燃燒區(qū)就完成燃燒放熱，火焰中心因此下移，水冷壁吸熱增多，分隔屏和對(duì)流受熱面的吸熱份額就相對(duì)減少了，故適當(dāng)增加風(fēng)量，汽溫會(huì)下降。這與我們之前的認(rèn)識(shí)是相反的。當(dāng)然如果風(fēng)量增加超過(guò)一定量，煙氣溫度升高，對(duì)流受熱份額還是會(huì)明顯增大，汽溫上升。

調(diào)兩個(gè)階段，在兩個(gè)區(qū)域燃燒，雖然不會(huì)有明顯的分段，但是火焰卻被拉長(zhǎng)可見主燃燒區(qū)比原來(lái)大大壓縮了；焰中心比原來(lái)大大的提高了；3）主燃燒區(qū)域氧量明顯降低。

四、運(yùn)行調(diào)整應(yīng)對(duì)措施及注意事項(xiàng)

1）加負(fù)荷時(shí)，及時(shí)增加氧量偏置，提高總風(fēng)量，開大主燃燒器區(qū)域的風(fēng)門，關(guān)小燃盡風(fēng)區(qū)域風(fēng)門，甚至可以完全關(guān)閉2- 3層燃盡風(fēng)，讓更多的二次風(fēng)進(jìn)入主燃燒器區(qū)域，使燃料在主燃燒器區(qū)域燃燒充分，同時(shí)下擺主燃燒器擺角和SOFA風(fēng)擺角至水平位置，降低火焰中心，增加水冷壁吸熱，減少分隔屏和水平、煙道吸熱，這樣既可以提高鍋爐壓力響應(yīng)，又可以抑制汽溫快速上漲。減負(fù)荷時(shí)，進(jìn)行反向操作。

2）因主燃燒器區(qū)域缺氧燃燒，特別是在高負(fù)荷時(shí)，爐膛溫度高，主燃燒區(qū)在還原性氣氛下，飛灰容易熔化，鍋爐更容易結(jié)焦。雖然本次改造考慮到抑制鍋爐結(jié)焦，在水冷壁區(qū)域增加貼壁風(fēng)，但是在實(shí)際運(yùn)行中，還是要根據(jù)各臺(tái)鍋爐情況及燃煤情況，摸索合理的配風(fēng)方式，防止鍋爐嚴(yán)重結(jié)焦。

3）低負(fù)荷時(shí)，爐膛氧量較高，主燃燒區(qū)的缺氧現(xiàn)象不明顯，更多燃料在主燃燒區(qū)便可完全燃燒，因改造后主燃燒器空間位置較低，所以汽溫較改造前低，此時(shí)可以關(guān)小主燃區(qū)風(fēng)門，抬高火焰中心，提高氣溫，但是特別要注意主燃區(qū)的燃燒情況，避免火焰拉長(zhǎng)，燃燒分散，主燃區(qū)火焰、煙氣溫度下降，引起著火和燃燒不穩(wěn)。同時(shí)要注意防止因分級(jí)燃燒引起水位波動(dòng)過(guò)大。

4）低負(fù)荷時(shí)，爐膛氧量較高，主燃燒區(qū)的缺氧現(xiàn)象不明顯，氮氧化物的生成迅速增加，同時(shí)還原區(qū)作用消失。低氮燃燒器的作用下降。此時(shí)應(yīng)注意SCR氨氣調(diào)節(jié)跟蹤良好，避免煙氣出口處氮氧化物超標(biāo)。連續(xù)降負(fù)荷或者停制粉系統(tǒng)時(shí)，因煤量快速持續(xù)下降，風(fēng)量跟蹤煤量稍慢，主燃燒區(qū)缺氧燃燒現(xiàn)象消失，也會(huì)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。

5）因主燃燒區(qū)缺氧燃燒，燃燒區(qū)域煙氣中氧含量較低并存在還原性氣體（如CO、H2等）時(shí)，煤中的硫和氯會(huì)生成H2S和HCI氣體，并與水蒸氣形成腐蝕性較強(qiáng)的酸性氣體，與管壁金屬氧化膜發(fā)生腐蝕反應(yīng)，從而使金屬表面的保護(hù)膜遭到破壞。同時(shí)在還原性氣體中，游離態(tài)的原子硫可單獨(dú)存在。當(dāng)管壁溫度達(dá)到350℃以上時(shí)，游離態(tài)的原子硫與鐵反應(yīng)生成硫化亞鐵，使管壁受到腐蝕。在爐膛內(nèi)的還原氣氛中，H2S氣體可加快硫化物型高溫腐蝕，并直接腐蝕金屬管壁。因此，運(yùn)行中注意主燃燒區(qū)的氧量不可過(guò)低，同時(shí)在鍋爐大小修時(shí)注意檢查水冷壁區(qū)域的高溫腐蝕情況，根據(jù)情況對(duì)鍋爐的運(yùn)行提出調(diào)整建議。

參考文獻(xiàn)

[1]王靈梅主編；邢德山，蔡新春，李東雄.電廠鍋爐：中國(guó)電力出版社，2013：351

[2]祝新偉.壓力管道腐蝕與防護(hù)：華東理工大學(xué)出版社，2015：122

作者簡(jiǎn)介：馬俊斌（1986 —），男，浙江寧波人，畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，助理工程師，長(zhǎng)期從事集控運(yùn)行工作。