480 t/h 锅炉低氮燃烧器改造与运行优化调整

单锦宏

(盐城发电有限公司，江苏盐城 224003)

随着世界范围内环保压力的与日俱增,燃煤电厂的NOx排放越来越受到重视，在降低NOx的排放方面，使用低氮燃烧器是一个重要的选择，且具有应用广泛、结构简单、经济等优点，是燃煤电厂NOx控制的首选技术[1，2]。

1 改造前锅炉概况

盐城发电有限公司10 号锅炉为上海锅炉厂2004年制造，2005年7 月投产，锅炉型号为SG-480/13.7-M775 型，480 t/h 锅炉超高压自然循环锅炉，锅炉本体呈Π 型露天布置，采用全钢双排柱构架悬挂结构方式。燃烧器采用四角布置切向燃烧方式，在炉膛中心形成D700 mm的假想切圆，逆时针旋转，燃烧器的箱体固定于水冷壁上，随水冷壁一起向下膨胀；炉膛截面深×宽=9.6 m×9.6 m，宽深比为1:1，炉膛容积为2761 m3；燃烧器共设置四层一次风喷嘴，“下下”、“下上”一次风集中布置，采用水平浓淡分离燃烧技术；一次风设计风速为24 m/s，二次风设计风速为45 m/s，每组燃烧器各有二次风挡板四组，均由电动执行机构单独操作，燃烧器一次风喷嘴除下一次风不摆动，其余喷嘴均可手动上下摆动。制粉系统采用钢球磨中间储仓式乏气送粉系统，每台锅炉共配置2 台TDM350/600 型磨煤机。燃煤设计煤种为烟煤，目前正常为掺配煤入炉。

2 低氮燃烧器改造技术方案

更换现有燃烧器组件，包括四角风箱、风门挡板、燃烧器喷嘴体、角区水冷壁弯管等。对燃烧器进行重新布置，主燃烧器整体下移，改变假想切圆直径，调整各层煤粉喷嘴的标高和间距，增加新的燃尽风组件以增加高位燃尽风量。更换A 层微油燃烧器和其他3 层一次风喷口、喷嘴体及弯头，一次风全部采用上下浓淡中间带稳燃钝体的燃烧器；采用新的二次风室，适当减小端部风室、油风室及中间空气风室的面积；主燃烧器区域下端部AA 及燃尽风（OFA）、高位燃尽风（SOFA）二次风及一次风为逆时针方向旋转,切圆直径D831 mm，其他的二次风改为与一次风形成5°角偏置，顺时针反向切入，形成横向空气分级；在燃尽风室两侧和BC 两层一次风喷口之间加装贴壁风，风量重新合理分配，并调整主燃烧器区一二次风喷口面积，使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求，主燃烧器区的二次风量适当减小，形成纵向空气分级，改造后燃烧器主要设计参数如表1 所示。

表1 改造后燃烧器主要设计参数

在原主燃烧器上方增加3 层SOFA 分离燃尽风喷口，在主燃烧器上部两侧墙大风箱上盖开孔,向上延接SOFA 燃尽风道,与原大风箱结构相似,保持较大的流通面积，形成统一的等压大风箱，阻力小，供风量能得到满足，分配足量的SOFA 燃尽风量，SOFA 喷口可同时做上下左右摆动。改造后燃烧器由下至上依次为：AA 二次风、A 一次风（微油燃烧器）、AB 二次风、B 一次风、BC 二次风（带贴壁风）、C 一次风、CD 二次风（油）、D 一次风、OFA 二次风（带贴壁风）、SOFA1、SOFA2、SOFA3，改造后燃烧器分布方式如图1 所示。

图1 改造后燃烧器分布方式

3 改造后运行调试

（1）试验中选取OFA，CD，BC，AB 二次风门，在130 MW 左右负荷下保持不同的开度燃烧所得到的飞灰含碳量，以检验主燃区二次风量大小对飞灰含碳量的影响。试验过程中二次风门开度从30%到100%，飞灰含碳量从3.6%降至1.6%，氮氧化物排放从250 mg/m3左右升至340 mg/m3左右。试验结果表明二次风门开度越大，飞灰含碳量越小，说明燃烧越充分，但是氮氧化物排放也随之升高，而且主燃区局部热负荷也增大，增加了主燃区结焦的可能性，因此运行中保持合适的二次风门开度。

（2）在130 MW 负荷下测定，不同氧量对应不同的NOx排放及CO 排放水平，试验结果表明，当实测氧量降低至2.0%以下时，会使CO 排放显著激增，达到25 μL/L，尤其是尾部烟道的两侧达到35 μL/L 左右；增加氧量至3.0%时，CO 就会明显降低，降至10 μL/L以下，但是NOx的排放也相应会升高，因此在运行中应尽量控制氧量在合理范围内。

（3）本次改造新增加了三层SOFA 燃尽风，试验为了检验SOFA 风门开关对汽温和氮氧化物的影响，为以后运行确定最佳开度，试验选取SOFA3 进行开关试验。试验结果表明，当SOFA 高位燃尽风开启后，主汽温有小幅上升3℃左右，再热汽温则变化不明显，而氮氧化物从270 mg/m3左右降至240 mg/m3左右，下降30 mg/m3左右，降氮效果明显。

（4）SOFA 燃尽风摆角试验在130 MW 负荷下进行，投入主、再热汽温调节自动，将摆角由水平位（50%）逐渐向下摆动至20%后，观察主蒸汽温度出现小幅降低，而再热汽温则变化不明显，同时随着摆角向下，还原空间相对减小，氮氧化物会略有升高，而后将摆角逐渐向上摆动，由20%逐渐摆至70%，主、再热汽温随之升高5℃，减温水量也随之逐渐增大，而氮氧化物从约270 mg/m3降至约230 mg/m3，下降40 mg/m3。

4 改造后运行优化调整

10 号炉调试期间，按厂家提供的配风方式进行配风，即加减负荷时，调整燃尽风门开度，二次风门基本不作调整，加减负荷过程中，主、再热汽温波动幅度较大，在运行人员有准备的超前调节、提前干预情况下，在120 MW 加至135 MW 负荷时，主汽温度最高升至577℃；在110 MW 减至90 MW 负荷时，主汽温度最低降至497℃。加、减20 MW 负荷时汽温变化幅度达34℃，机组负荷自动控制（AGC）达不到调度要求，不能投入运行，厂家初期提供配风方式如表2 所示。

表2 厂家初期提供配风指导 %

经厂家和公司专业技术人员多次试验分析，认为主燃烧器区的二次风量减小过大，阻力较大，送风机出口风压较改造前增加，二次风和燃尽风配比与设计存在偏差是汽温波动大主要原因。为减少汽温波动，通过优化运行，改变配风方式和调整锅炉燃烧方式，机组AGC 达到调度要求，投入运行。

（1）在加负荷时，为了防止主燃区过度贫氧，火焰中心上升，造成汽温急剧升高，应提前开启二次风门，给主燃区加氧，这样可以阻止火焰中心上升，如果汽温上升过快，可以将SOFA3 关闭，摆角下摆（百分比调小），待汽温稳定后再恢复，避免汽温急剧升高。减负荷时，为了防止火焰中心迅速下移，应提前将二次风门关小，同时要保证氧量及时跟进，避免出现大幅波动，减负荷时如果汽温下降过快，将SOFA3 全开100%，摆角上摆（百分比调大），优化后配风方式如表3 所示。

（2）低氮改造前，锅炉燃烧调整方式是保持A 层给粉机转速并切换成手动，B，C，D 层给粉机投入燃烧自动控制，高低负荷时投停D 层给粉机。为控制加减负荷时汽温波动，保持B 层给粉机稳定转速并切换成手动，C 层、D 层给粉机投入燃烧自动控制，高低负荷时投停A 层给粉机，正常运行时，在低负荷下尽量保持甲磨运行，增加上层一次风的带粉量。通过配风和燃烧方式调整，10 号机组加减负荷对锅炉蒸汽参数汽温的影响减少约10℃，投入机组AGC，达到调度要求。AGC 投入后，锅炉排烟温度和飞灰可燃物有一定上升。

表3 优化运行后配风方式

5 改造后性能试验

锅炉燃烧系统改造后，经过燃烧系统调试，锅炉原有特点及燃煤适应性不变，锅炉出力及主要运行参数达到基准设计值，炉膛未发生生严重结焦及高温腐蚀。改造前后性能考核试验部分数据如表4 所示。从表4可看出，低氮燃烧器改造后，氮氧化物及一氧化碳排放浓度、飞灰含炭量、排烟温度、锅炉效率等指标均较改造前好转，低负荷段主、再热汽温较改造前偏低，高负荷段减温水量较改造前增加，锅炉耗氧量较改造前增加，主要原因是燃烧器整体下移后，二次风与燃尽风配比与设计存在一定偏差，低负荷段火焰中心下移，主、再热汽温偏低；高负荷段，二次风量供应不足，燃尽风过量，拉长燃烧区域，火焰中心上移，主、再热汽温上升，减温水量上升。低氮燃烧器改造后机组性能试验在稳定工况下进行，在实际机组运行中，为保证主、再热汽温满足负荷调节性能要求，飞灰含炭量、排烟温度、锅炉效率等指标和性能试验工况存在一定偏差。

6 结束语

480 t/h 锅炉因锅炉炉膛空间较小，实施低氮燃烧器技术改造难度相对较大。本次10 号炉采用空气分级和煤粉再燃烧技术方案进行改造后，氮氧化物及一氧化碳排放浓度、飞灰含炭量、排烟温度、锅炉效率等指标均达到了设计要求，其中氮氧化物排放浓度从450～550 mg/Nm3降到260 mg/Nm3左右，达到国内同类机组先进水平，年减排氮氧化物800 t 左右。低氮燃烧器改造后，机组加减负荷过程中，主、再热汽温波动幅度较大，在优化调整后虽基本达到调节要求，但牺牲了飞灰可燃物和排烟温度和炉效一些指标，在后续改造中应对二次风门风道进行调整，合理分配二次风与燃尽风分配比，减少送风阻力，后续改造后应重新进行配风优化调整，并将二次风门投入自动，以减轻运行人员操作强度。

表4 改造前后性能考核试验部分数据

[1]吴碧君，刘晓勤.燃煤锅炉低NOx燃烧器的类型及其发展[J].电力环境保护，2004，20（3）：24-27.

[2]周俊虎，赵玉晓，刘建忠，等.低NOx煤粉燃烧器技术的研究进展与前景展望[J].热力发电，2005（8）：1-7.