沙角C电厂3号锅炉低氮燃烧改造技术特点与优化调整

刘小赟

广东省东莞市虎门镇沙角C电厂

火电厂大气污染物排放要求越来越严，特别是《火电厂大气污染物排放标准（GB13223-2011）发布后，大部分国内早期投运的火电厂都着手进行锅炉低氮燃烧改造，以达到新的NOX排放要求，或者是降低锅炉尾部烟气脱硝（SCR）装置入口浓度。低氮燃烧改造是一种经济有效的减排方法，是燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。低氮燃烧技术目前主要采用各种低氮燃烧器加上不同形式分离燃烬风（SOFA）组合方式。但因现场改造缘故，锅炉的具体形式、参数特性、改造综合目标不同，选择的具体方案也有所不同，即使是相同的改造方案，改造后运行方式、优化调整不同也会造成不同的结果。有针对性的改造方案和改造后的运行优化调整在锅炉低氮燃烧改造项目中起到至关重要的作用。

1 改造前锅炉特性

沙角C电厂3×660MW机组为亚临界压力、一次中间再热、单汽包、控制循环、四角切圆燃煤锅炉。配置6台HP983中速磨煤机，采用带波纹钝体WR型燃烧器，上层布置了OFA、OFB两层紧凑燃烬风。

1.1 炉膛尺寸小。炉膛宽深高为19.558m×16.4325m×56.995m,容积为15485m3，炉膛容积热负荷为112KW/m2，燃烧器区域热负荷为1.33×103KW/m2。无论是在炉膛截面上还是在炉膛高度上，均远小于同类600MW机组的炉膛，炉内结焦现象较严重。

1.2 燃煤煤种范围较广。锅炉设计煤种为澳大利亚进口煤、校核煤种为神府东胜煤，近几年燃烧的煤种还有神华、印尼、内蒙伊泰、山西平煤、俄罗斯煤等，在燃烧器改造前NOX的排放浓度在400～750mg/Nm3之间变化，煤种变化时甚至达到800mg/Nm3以上。

1.3 再热汽温偏低。改造前再热汽温通常比设计10～15℃，过热器减温水流量在90t/h左右，而且炉膛左右烟温偏差较大。

2 改造综合目标及技术特点

鉴于锅炉特性，首先要保证锅炉效率，在各种煤种下燃烧稳定，改善烟温偏差、提高再热汽温等总和目标，不能过份追求很低的NOX排放。加上若最后要达到重点地区NOX小于100mg/Nm3的新排放标准，最终还是要在尾部烟道加装SCR脱硝装置，因此低氮燃烧改造的NOX排放目标定在300～350mg/Nm3为宜。

2.1 侧墙对冲燃烬风系统布置方式

改造最大的技术特点是侧墙对冲燃烬风布置方式，在主燃区37.7m标高处，左右侧墙各布置4个SOFA风口，见图1。总的SOFA风比例在20%～30%范围可调，该布置方案很好地解决了原炉膛高度不够，若在四角增加两层SOFA风口造成与炉管屏底距离太近的问题。喷口可水平和垂直方向均可±15°角摆动，这样可控制燃烬风的流向、流量和速度，更好地控制燃烬风的偏转的分布，有助于对CO、未燃尽碳、排烟温度和氧量的控制，实现最优化的减排方案的同时，不会影响燃烧效率。

图1 侧墙对冲SOFA风置

2.2 强化着火型直流燃烧器

把原来波纹钝体WR型燃烧器改成如图2所示的强化着火型直流燃烧器。该设计利用流线型稳定火焰，在喷嘴流道中间设置两片机翼型流线板，作为火焰稳定器。燃烧器的内、外罩壳的四角都采用圆形弧度结构，气流的扩张角变小，一次风刚度增加，避免煤粉在喷嘴的堆积，同时内罩壳及分隔板都隐蔽在喷口内，这有利于避免炉膛的热辐射，该燃烧器具有喷口处不易结渣，不易烧坏变形的优点。同时燃烧器轻便、摆动灵活，不易卡涩。

图2 强化着火型直流燃烧器

2.3 控制底层CO生成

增加底层二次风口水平调节功能，见图3。目的是通过优化调节减少该区域CO形成,从而改善水冷壁的结焦和水冷壁腐蚀问题。

图3 底层二次风口

3 运行优化调整

低氮燃烧改造后运行优化调整非常重要，整个过程要覆盖机组实际运行时的不同负荷、不同煤种，机组安全性、经济性、各技术参数达到最优的同时，锅炉出口NOx排放尽可能达到最小。

3.1 运行优化调整过程

通过锅炉不同负荷（100%ECR、75%ECR、50%ECR）共30个不同工况调整测试，对运行氧量、SOFA风挡板开度、SOFA风喷口水平及垂直摆角、底部二次风水平摆角、配风方式、风箱炉膛压差、制粉系统投运方式等参数的调整，寻求最佳的锅炉运行工况，将锅炉效率维持在较佳水平并控制烟气NOX、CO排放量及炉膛出口烟温偏差均在较低水平，为今后经济运行提供依据。表1为100%负荷下不同制粉系统投运方式试验记录(试验煤种：A、C磨澳大利亚煤，B、D、E磨伊泰煤，F磨优混煤)。

表1 100％负荷不同制粉系统投运方式试验记录表

3.2 运行优化调整分析

从优化调整的过程来看，炉左靠前墙侧2个SOFA风喷口水平摆角向前墙侧偏转+15°、其他喷口水平0°位置、所有AA层二次风喷口水平摆角向外侧偏离+10°为各工况综合效果最佳位置。通过调整SOFA风口，锅炉两侧CO排放接近平衡；在锅炉满负荷BCDEF磨投运工况及锅炉60%-80%工况下，锅炉再热汽温接近平衡。再热汽温偏低问题有较大改善，过热器减温水量比原来减少。但在锅炉满负荷A磨投运工况及锅炉低负荷工况下，SOFA风的调节并不能够完全消除两侧再热汽温偏差问题。在下台机组的设计中，可以加大SOFA风喷口水平摆角可调幅度，从而，最大限度地通过SOFA风喷口水平摆角的调整消除燃料分配不均带来的影响。

3.3 运行优化方式

经过各工况的调整试验，得出SOFA风挡板开度、运行氧量、风箱-炉膛差压与负荷之间最佳运行方式如图4、图5、图6。

图4 SOFA风挡板开度与负荷曲线

图5 运行氧量与负荷曲线

图6 风箱-炉膛差压与负荷曲线

4 结语

沙角C电厂3号锅炉低氮燃烧改造克服了原炉膛尺寸小、燃煤煤种广等困难。通过改造及后期运行优化调整后，锅炉主蒸汽、再热蒸汽温度正常，烟温偏差、再热汽温偏低问题有较大改善。在不同负荷下，锅炉NOX排放控制在300mg/Nm3左右，见表2。在达到降氮效果的同时，保证了锅炉燃烧稳定和锅炉效率，达到良好的综合效果。

表2 改造后不同负荷参数表

[1]王春昌. 低NOX空气分级燃烧技术与锅炉容量的匹配性研究[J]. 热力发电, 2010, 39(5):6-8.WANG Chun-chang. Study on matchability of low NOX staged burning technology for air with the boiler capacity[J].Thermal Power Generation, 2010, 39(5):6-8.

[2]朱利军. 300MW燃煤锅炉低氮氧化物燃烧的改造[J]. 广东电力, 2009, 22(4):64-67.

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