410 t/h锅炉低NOX燃烧器改造及运行优化

胡琦，龚家猷，胡伟

（1.神华国华电力研究院，北京100069；2.神华国华国际电力股份有限公司北京热电分公司，北京100025）

发电技术

410 t/h锅炉低NOX燃烧器改造及运行优化

胡琦1，龚家猷2，胡伟2

（1.神华国华电力研究院，北京100069；2.神华国华国际电力股份有限公司北京热电分公司，北京100025）

介绍了国华北京热电分公司410 t/h锅炉低NOX燃烧器改造情况及运行优化试验，对燃烧调整试验进行了细致的分析，对改造后的运行情况进行了总结，为运行中如何控制NOX的排放提出了可操作的指导建议。

低NOX燃烧器；一次风；三次风

0 引言

国华北京热电分公司4台锅炉为哈尔滨锅炉厂设计的410 t/h煤粉炉，原设计使用大同混煤，后改为神华和准格尔的混煤，煤质分析见表1。炉膛断面为9 800 mm×9 800 mm，由膜式水冷壁组成。顶棚管中心线标高39 000 mm，锅筒中心线标高42 600 mm，运转层标高9 000 mm，燃烧器布置在13～16 m标高之间。燃烧方式为四角喷燃切圆燃烧，均等配风，一次风喷嘴分为3层，制粉乏气作为三次风从燃烧器上部送入炉膛，采用单层燃烬风。

锅炉NOX原排放量基本在650～800 mg/m3（以下数值均换算到标况下）。近年来国家对于环境质量日益重视，北京市对燃煤发电厂环保排放提出了新的要求，而国华北京热电分公司锅炉的NOX排放大大超过了北京市即将出台的200 mg/m3的标准。

表1 煤种参数

为了满足北京市对于燃煤锅炉NOX的排放要求，将4台锅炉的燃烧器改为低NOX燃烧器，并将燃烧器的布置进行了改动。改造后，锅炉按照改造前的运行方式，锅炉烟气中NOX的排放浓度明显下降，由改造前的超过600 mg/m3下降到400 mg/m3左右。在此基础上，根据NOX生成机理结合改造后设备的特点，对锅炉进行了燃烧调整试验。

1 NOX的生成机理

燃煤锅炉烟气中NOX的构成原因目前在学术界一般认为由以下3个主要部分。

1.1 热力型

一般认为这部分NOX主要由空气中的N2在高温下与O2发生反应生成，其反应方程式如下：

该反应在温度＜1 350℃时不会发生，但是当＞1 350℃时，每升高100℃，NOX的生成量将成倍增加，这部分NOX占总排放量的5%～15%左右[1]。

1.2 瞬时反应型

在高温条件下空气中的N2与O2在“偶然”碰撞中发生反应生成NOX，约占总生成量的5%。

1.3 燃料型

燃料中的N元素，送入炉膛燃烧，受热后会随着挥发分的释放而产生大量的含N基团，如N，CN，HCN，NHi等，这些中间产物很不稳定，反应活性很强，遇到O2极易发生反应生成NOX，但是在缺氧的气氛中，这些中间产物则会彼此之间发生反应生成N2。

随挥发分释放的含N基团一般认为也是跟温度环境有关，周围烟气环境温度越高，释放的基团越多，生成的NOX也就越多，周围烟气环境温度越低，随挥发分释放出来的基团越少，生成的NOX则越少。

2 低NOX燃烧器改造

利用目前国内外广泛采用的燃料分级和空气分级技术，通过对燃烧器的改造，达到燃料和空气双分级的目的，通过调整风粉在炉膛空间的配置，来实现降低NOX排放的目的。

各喷口改造前后位置对比见表2和图1。

表2 喷口中心高度

图1 喷燃器改造前后位置对比

燃烧器宽420 mm，总高度为6 162 mm。再燃喷口布置在15 862 mm标高处，中心到屏底的距离为13.3 m。

将炉膛从下往上依次分为主燃区、再燃区和燃烬区3个部分。在主燃区送入75%的燃料在过氧条件下进行充分燃烧。再燃区将其余25%的煤粉燃料送入，并控制燃料/氧化学当量比＜1，形成还原性气氛，再燃燃料与主燃烧区生成的NOX进行还原反应，最终生成N2。在燃烬区加入其余空气，过量空气系数恢复到正常值（a=1.15，氧量2.7%），使未完全燃烧产物充分燃烧，以保证燃烬效果。主燃区低氧分级燃烧：在组织燃烧时，结合空气分级燃烧技术、低氧燃烧技术，并采用浙江大学自主研制的煤粉浓淡稳燃及低NOX燃烧技术，同时减少热力型和燃料型NOX的生成，使NOX生成总量大幅度降低，并有效减少炉内结渣现象。

3 燃烧调整试验

改造后，额定负荷410 t/h工况，各层二次风风量相同的情况下，实测得锅炉尾部烟气中NOX的浓度为400～450 mg/m3。

为了研究改造后锅炉的性能及风、粉的调节与NOX排放之间的规律，进行了燃烧调整试验，考察了不同制粉系统投运方式、燃烬风率等运行参数对锅炉效率及NOX排放的影响。

3.1 制粉系统运行试验

每台锅炉配2套中储式制粉系统，每台排粉机出口对应1层三次风喷口，三次风分上下2层布置。为了考察在相同负荷下三次风对NOX排放量产生的影响，在410 t/h负荷下进行了双磨、单磨和无磨3种工况试验。具体试验数据如表3所示。

表3 磨煤机不同投运方式试验结果对比

由表3可见，在双磨、单磨和无磨的运行工况下，NOX排放量依次降低。这主要是因为三次风中煤粉浓度较低，而氧量充足，三次风所带煤粉从燃烧初期就在富氧的条件下燃烧，而且三次风所在的位置也是热负荷比较高的部位，温度较高，因此易生成大量NOX，这部分生成的主要为燃料型NOX。磨煤机投运越多，由一次风携带出来的煤粉相应减少，三次风量就越大，故而NOX生成量就越多。

3.2 燃烬风开度调整试验

为了考察不同燃烬风量在满负荷状态下对NOX排放的影响关系，在410 t/h负荷下保持总风量和下二次风风量不变，上层二次风全开，通过调整中间2层三次风风门开度和燃烬风开度来实现对燃烬风率的调整。试验数据参见表4。

表4 不同燃烬风开度试验结果对比

从表4可以看出，随着中间2层风门的关小和燃烬风门的开大，燃烬风率增大，NOX排放呈现出先降后涨的趋势，为了验证此规律非偶然因素所致，特安排做了2次重复性试验，规律都一致。改变燃烬风门开度对NOX排放的影响很大，燃烬风门开度控制在80%左右为宜。

减小中二次风和上二次风风门开度，降低这2层二次风风量，将使下层喷燃器和第2层喷燃器出来的煤粉相对处于缺氧的环境中燃烧，可以有效地减少燃料型NOX的生成。而增大燃烬风则可以使下2层未完全燃烧的煤粉获得燃烬的补充，从而使燃烧更加完全。

神华煤挥发分高，是一种易燃煤种。易燃特性导致神华煤燃烧过快、过分集中，局部区域（燃烧器区）热负荷偏高，为热力型NOX的生成客观上创造了有利的条件。在＞1 350℃的条件下，温度每升高100℃，NOX的生成将成倍的增加。因此，在试验中减少中二次风和上二次风风量，可以起到延缓煤粉燃烧的目的，使燃烧在炉膛的垂直方向上更为均衡，热负荷更为均衡，减轻局部热负荷过高的压力，从而减少燃料型和热力型NOX的生成。此次燃烧器的改造根据这一原理，将燃烧器的距离在垂直方向拉大，也是为了均衡热负荷在垂直方向上的强度，从而起到降低NOX生成的作用。由于炉膛热负荷的分散，燃烧器区域附近水冷壁结渣也得到缓解。

4 运行策略

4.1 制粉系统的运行调节

从以上试验数据可以看出，无磨和单磨运行时NOX的排放是较低的。因此在实际的运行中，运行人员应该合理地配置制粉系统的运行方式，尽可能采取无磨和单磨运行方式，减少三次风带粉。比如在锅炉负荷比较低的时候（＜310 t/h），应该使制粉系统保持最大出力，提高粉仓粉位，创造停磨时间；在高负荷时，应该尽量减少三次风带粉量。

4.2 给粉的调节

应该尽量考虑提高下2层给粉机转速，让下2层给粉机多带粉运行，尽量减小上层给粉机转速，在负荷较低时，可以停止1～2个上层给粉机的运行。增加下2层给粉后，通过二次风的调节，刻意创造出下面2层给粉缺氧燃烧的氛围，使下2层给粉的燃烧滞后，从而降低该区域的热负荷，抑制NOX的大量生成。

由于在改造中将下一次风位置下移605 mm，下层喷燃器出来的煤粉燃烧空间减少，如果下一次风煤粉增加过多，下二次风将托不住下层煤粉，下层煤粉将大量掉落在冷灰斗，渣含碳量将增大，未完全燃烧损失也将增大。因此，在运行过程中，可以考虑增加第2层给粉机的转速，减少第1层给粉机转速。运行中，根据不同的负荷可以将下层给粉机与第2层给粉机转速偏差设定为5%～15%。实际试验证明，2层转速的偏差调节可以使NOX降低10～20 mg/m3。

4.3 二次风的调节

二次风的调节是降低NOX运行调节的关键，一般认为，创造还原性燃烧环境可以有效减少燃烧过程中燃料型NOX的生成。在实际运行中，由于下二次风要起托火的作用，不能关得太小。在此条件下，可以通过减少中二次风和上二次风的风量，配合下2层给粉的增加，使下2层燃烧器所处燃烧区煤粉的燃烧处于相对缺氧的还原性气氛，从而达到降低燃料型NOX生成的目的。表5是不同锅炉负荷和磨煤机组合工况时，各层二次风小风门开度的推荐值。

4.4 锅炉出口氧量的控制

锅炉出口氧量是表征燃料在炉膛里燃烧是否充分的参数。出口氧量过高将导致排烟损失增大，而且燃料在高氧量下燃烧将对NOX的生成产生负面的影响，但是过低的氧量会使飞灰可燃物含量增大，降低锅炉效率，所以在运行中，应该二者兼顾。

表5 不同工况各层二次风小风门开度控制值

从低氧燃烧试验和以上的试验结果来看，在氧量大于4%时，NOX的生成大大提高，在额定工况下飞灰可燃物为1.5%～2.0%；当氧量小于2.5%时，飞灰可燃物迅速增大到3.5%～4.5%。最终确定炉膛出口氧量控制在2.7%～3.3%之间为宜，此时飞灰可燃物可控制在2.0%～2.5%。

5 结语

根据燃煤锅炉烟气中NOX的主要生成因素，利用燃料和空气双分级的技术，有针对性地对锅炉进行了低NOX燃烧器的改造，降低了燃烧器区域的热负荷强度，减少了热力型NOX的生成。改造完成后，通过燃烧调整试验确定了最佳运行方式，有效降低了NOX的排放，取得了良好的效果。

[1]陈进生.火电厂烟气脱硝技术[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]赵振宇，赵振宙，李宝义.燃用神华混合煤的锅炉燃烧试验和研究[J].华东电力，2006（8）∶34.

（本文编辑：陆莹）

Retrofit and Operation Optimization of Low NOXBurner for 410 t/h Boiler

HU Qi1，GONG Jia-you2，HU Wei2
（1.Shenhua Guohua Electric Power Research Institute，Beijing 100069，China；2.Beijing Cogeneration Branch Company of CSEC Guohua International Power Co.，Ltd，Beijing 100025，China）

This paper introduces the low NOXburner retrofit and operation optimization tests for the 410 t/h boiler of CSEC Guohua Beijing Cogeneration Branch Company，analyzes the combustion adjustment tests in detail and summarizes the operation situation after the retrofit.The practical suggestions on how to control NOXemission in operation are also provided.

low NOXburner；primary air；tertiary air

TK223.2

：B

：1007-1881（2012）01-0028-04

2011-09-28

胡琦（1979-），男，山西运城人，硕士，工程师，从事发电设备管理工作。