长海＃9锅炉低氮燃烧器改造分析

何兆来

（佛山市南海长海发电有限公司，广东 佛山528211）

0 引言

我国的“十二五”规划对火电企业大气污染排放作出了严格规定，其中，珠三角地区在2014年7月1日开始执行NOx排放量小于100mg／Nm3的新标准。既要达标排放又要降低运行费用，低氮燃烧器的改造就成为火电企业脱硝改造中“先降后脱”的必然趋势。我公司位于佛山南海区，是严控氮氧化物排放的重点地区，为了达到氮氧化物排放标准，有效降低氮氧化物的排放量，我公司于2010年1月着手进行机组锅炉脱硝工程改造。烟气脱硝技改项目第一阶段拟采用低氮燃烧技术，其中我公司＃9锅炉低氮燃烧器改造最先进行，其对现有燃烧器进行了整体综合改造，为其他机组锅炉改造积累了经验。

1 设备概述

我公司＃9锅炉为杭州锅炉厂生产的单锅筒、自然循环、集中下降管、型布置、固态排渣的中温中压燃煤锅炉，于1992年8月建成投产。锅炉前部为炉膛，四周布满光管式水冷壁，尾部竖井烟道中交错布置两级省煤器和两级空气预热器。采用角置直流式煤粉燃烧器，正四角切向布置，假想切圆为430mm，喷口布置形式从下到上依次为：下二次风、下一次风、上一次风、中二次风、上二次风、三次风。在下二次风中装有高能点火装置及点火油枪，单只油枪出力0.8t／h，采用钢球磨、中间储仓热风送粉系统。由于煤源复杂多变，锅炉实际燃用煤种变化较大。

2 锅炉低NOx燃烧器改造采用的技术

SOFA技术是有效控制NOx排放的成熟技术，脱硝率一般在30%～60%，此次燃烧器改造以SOFA空气分级燃烧技术为主，同时揉和低NOx喷嘴、低氧燃烧、偏转二次风等多项技术，控制整个燃烧过程中NOx的生成。SOFA技术把炉膛从下往上依次分为主燃区和燃尽区。主燃区控制氧／燃料化学当量比在0.85左右，形成还原性气氛，抑制主燃区NOx的生成；在燃尽区加入其余空气，过量空气系数恢复到正常值（α≈1.15，氧量2.7%），使未完全燃烧产物充分燃烧；同时下一次风采用低NOx喷嘴，减少着火初期NOx的生成，使NOx生成总量大幅降低，并有效减少炉内结渣现象。

2.1 低NOx喷嘴

将锅炉燃烧器原一次风喷嘴改为强化着火低NOx喷嘴，既可达到脱NOx目的又可保证稳燃效果。喷口设周界风以满足以后掺烧神华煤的要求。

2.2 偏转二次风技术

采用偏转二次风技术，原上二层二次风偏转，延缓二次风与一次风的混合，在炉内形成风包粉燃烧，减少煤粉撞到水冷壁上引起的结渣，同时实现空气水平分级，减少NOx的生成，抑制燃烧初期NOx生成。

2.3 SOFA空气分级结合低氧燃烧技术

在原燃烧器上方增设2层SOFA风，将燃烧区域分成2个：欠氧的主燃烧区域和氧量充足的燃尽区域。

3 改造目标

（1）通过改造＃9锅炉燃烧系统，将氮氧化物排放降低到250mg／Nm3以下，并在此基础上保证锅炉效率不低于改造前的状况。

（2）改造后锅炉的出力维持不变，过热蒸汽达到原设计值，过热蒸汽的减温水量可控制在燃烧器改造前水平。

中华民族的玉文化源远流长，新石器时代的早期就有了玉器，红山文化可为这一时期玉文化的卓越代表，到临近文明时期的良渚文化、凌家滩文化、石家河文化，玉文化蔚为大观。从新石器早期到新石器晚期，其玉文化既有一脉相承性，又有发展性。新石器早期的玉文化侧重于以玉事神，其玉器本质上为巫或神，可名之为巫玉或神玉，而新石器晚期的玉文化则侧重于以玉成礼，其玉器的本质应为礼，应名之为礼玉。良渚文化、凌家滩文化、石家河文化都以玉器著名，其玉器也多以礼为本质，相比较而言，良渚文化更为突出，可谓礼玉文化的代表。

（3）保证改造后锅炉运行的安全性、经济性及可操作性。提高燃烧系统对煤种的适应性，防止结渣及高温烟气腐蚀。改造后锅炉的控制模式基本维持不变，燃烧火焰更稳定。

4 改造方案

4.1 总体方案

本次改造本着在满足性能要求的前提下尽量减小燃烧系统的改动量，以节省投资，缩短设计、制造与安装周期的原则。

本次改造维持燃烧角不变，喷口布置形式从上而下为2—2—3—2—2—1—1—2。一次风采用水平浓淡技术，整体更换，主燃烧器最上层二次风采用局部偏置风结构，重新供货，其主要作用是防止水冷壁发生高温腐蚀现象。原主燃烧器最下层点火二次风不动，根据最新的核算结果对喷口进行局部封堵。

两层SOFA燃烧器（风门和配套的电动执行器除外）重新供货，并且对SOFA布置的标高进行了调整——低位SOFA下移400mm，新的标高为14500mm；高位SOFA上移800mm，新的标高为17200mm。

低位SOFA可水平摆动20°，摆动方式为手动，通过补充一定量燃烧需要的氧气，使进入富氧区域的未燃尽碳进一步减少，同时可以起到消除残余扭转的作用，还可对炉膛出口烟温偏差进行有效调节。高位SOFA可上下摆动15°，并有效控制炉膛出口烟温和飞灰含碳量。

SOFA风道做相应调整，高位SOFA所在区域刚性梁（标高17100mm）做配套改造。SOFA区域水冷壁让管整体移动，不足的直管段部分补充供货。

4.2 改造后燃烧器喷口布置及特点

主燃烧器喷口布置方式与原燃烧器相似，从下到上依次为：下二次风、下一次风、上一次风、中二次风、上二次风、三次风。主燃烧器上部设2层SOFA喷口，即上SOFA和下SOFA。各喷口特点如下：

4.2.1 一次风

一次风喷口布置标高维持不变。

一次风喷口设水平波形钝体，钝体迎风面设耐磨陶瓷片，防止喷口磨损。运行时在钝体后形成回流区，强化燃烧，保证稳定燃烧，降低着火初期NOx排放。喷口周围设周界风，周界风引自二次风箱，设手动调节风门，可根据燃用煤种需要调整风量，防止喷口烧坏，同时周界风还起到强化水冷壁附近氧化性气氛的作用，防止水冷壁结焦和高温腐蚀。

4.2.2 二次风

二次风仍采用原配风布置方式，但主燃烧器3层二次风喷口面积均有不同程度减小。各层二次风的功用与改造前有所不同：下二次风和中二次风用于煤粉着火后的助燃，上二次风在三次风投运时关小，仅留少量冷却风，三次风停运时，相邻的上二次风全开，保证主燃烧区域送风。

4.2.3 三次风

三次风喷口布置标高维持不变。

4.2.4 SOFA 风

要获得好的低NOx排放效果，SOFA风布置在距离主燃烧区域越远的位置越好，但其布置高度也受到碳燃尽的影响。考虑到本项目为改造项目，燃尽风提高过多可能对锅炉整体性能产生影响，加上锅炉在主燃烧器上方布有下降管，紧靠炉膛四角布有锅炉立柱，SOFA风喷口布置在两侧墙下降管上方。SOFA喷口仍设2层，采用下倾10°布置方式，并可在此基础上上下手动摆动15°，以适应燃料煤种变化。

设置2层SOFA风的目的主要是保证SOFA风率调节时风速能始终维持一较佳值，当锅炉负荷降低导致SOFA风量减小时，关小一层SOFA风门，则可维持另一层SOFA风仍在设计风速附近运行。

喷口布置假想切圆采用“一、二次风大小切圆”方式。下二层一次风形成直径为400mm的逆时针假想切圆。下二次风也按400mm设计，以防止托浮煤粉离析和冷灰斗结渣。中二次风、上二次风形成逆时针直径为800mm的假想切圆，由于本项目SOFA风离炉膛出口较近，为防止炉膛出口扭转残余过大，SOFA风采用200mm小切圆布置。

这样设计炉内空气动力场，一次风煤粉气流进入炉膛，被偏转的二次风裹在炉膛中央，形成富燃料区，四周水冷壁附近则形成富空气区，这种设计还有着火稳定、结焦及高温腐蚀倾向低和NOx形成量少等优点。SOFA风采用小切圆布置，可有效降低炉膛出口扭转残余。

4.3 燃烧器设计参数

由于此次改造不改动现有制粉系统和送粉系统，燃烧器维持一次风量、风速、风温不变，二次风速和风温也维持不变，SOFA风引自热风箱，其风速和风温与二次风相同，正常运行时一层SOFA风关小；原设计三次风量与厂内其他锅炉比偏小，设计计算三次风量仍为原设计值。考虑到NOx控制需要，略微减少送入炉膛的总热风量。

一次风喷口面积与改造前相同，改造后主燃烧器二次风喷口总面积198000mm2，SOFA风喷口总面积147000mm2，原燃烧器二次风喷口总面积237192mm2。正常运行时，上二次风和一层SOFA风仅留少量冷却风。改造前后各喷口面积如表1所示。

表1 改造前后各喷口面积对比

5 改造效果

＃9锅炉燃烧器改造后，在热态下针对不同负荷工况、不同入炉煤质进行了较为全面的试验，试验结果较为理想，在保证锅炉运行效率的前提下，氮氧化物排放量可稳定在低于250mg／Nm3的水平。改造后氮氧化物减排率超过50%，实现了＃9锅炉低氮燃烧器改造的目标。改造后的效果如表2所示。

表2 改造后的效果

6 结语

燃烧器改造后NOx明显降低，不仅改善了本地区的空气质量，降低了电厂脱硝运行费用，取得了明显的环境效益及社会效益，同时为实现我国“十二五”期间节能减排目标做出了巨大贡献。

［1］黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整［M］.北京：中国电力出版社，2007

［2］侯向阳.燃煤锅炉燃烧优化的调整试验研究［J］.电力建设，2006（6）

［3］宋国良.高浓度煤粉着火低NOx排放特性的机理及实验研究［D］.杭州：浙江大学，2006