1000 MW 机组塔式锅炉NOx排放的试验研究

卞康麟

(江苏省电力公司，江苏 南京 210008)

近年来，国内新建的大型燃煤电站锅炉均采用低NOx燃烧器结合炉内空气分级技术[1]，通过对炉膛内煤粉燃烧过程合理组织实现低NOx生成和排放[2，3]。锅炉燃烧优化也是首选的锅炉低NOx燃烧技术，燃烧优化是通过锅炉燃烧器运行参数的调整实现的，采取优化控制炉膛出口氧量、燃烧器一、二次风量合理配比、平衡送入每只燃烧器的风粉量等方法，从而在燃烧过程中把NOx的生成量降到最低[4]。通过采用低NOx燃烧优化技术进行某厂1000 MW 机组塔式锅炉NOx排放特性试验，降低了锅炉NOx的排放浓度，分析锅炉NOx排放浓度与电站锅炉运行参数的关系，提出该锅炉高效低NOx运行方式，可用于指导同类型锅炉的燃烧优化运行。

1 设备概况

该1000 MW 超超临界塔式锅炉的炉膛尺寸为：21 480 mm×21 480 mm，冷灰头下沿标高为4450 mm，炉顶管中心标高为111 275 mm。炉膛由管子膜式壁组成，水冷壁采用下部螺旋管圈和上部垂直管圈的布置方式。锅炉采用四角切圆燃烧方式，设计和校核煤种均为烟煤，配中速磨煤机一次风正压直吹式制粉系统。燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器，共设置12 层煤粉喷嘴。锅炉燃烧系统为典型的LNTFS 燃烧器布置。煤粉燃烧器及CFS 喷嘴的水平布置如图1 所示。该1000 MW 超超临界塔式锅炉的主要设计参数见表1。

图1 燃烧器喷口的水平面布置

表1 锅炉额定工况主要设计参数

2 试验标准及方法

试验依据美国机械工程师协会性能试验法规ASME PTC4.1（Steam Generating Units）[5]和GB13223—2011 [6]进行。试验测试项目及方法见表2。相关运行数据在试验中于DCS 中每15 min 记录1 次。试验测点布置示意图见图2。

表2 测试项目及方法

3 试验结果及分析

3.1 试验煤质化验分析结果

该1000 MW 机组塔式锅炉NOx排放特性试验煤质化验的工业分析和元素分析结果见表3。

图2 试验测点布置示意图

表3 试验煤质分析结果 %

3.2 变氧量试验

在机组负荷为1000 MW 下，运行磨组为ABCDE组合，维持负荷、蒸汽参数、二次风配风方式及磨煤机运行工况稳定，进行了4个工况的变炉膛出口氧量试验。变氧量试验工况1～工况4 分别控制表盘氧量平均值分别为2.62%，2.48%，2.77%和3.12%，实测氧量两侧平均值分别为3.41%，2.89%，3.59%和3.68%。试验结果表明，锅炉NOx排放浓度随氧量的上升而呈上升趋势，工况1～工况4 试验实测的锅炉NOx排放浓度 分 别为230 mg/m3，213 mg/m3，240 mg/m3和248 mg/m3（NOx排放浓度均折算到6%O2下，下同）。

3.3 变二次风配风方式试验

在机组负荷为1000 MW 下，运行磨组为ABCDE组合，维持负荷、蒸汽参数及磨煤机运行工况稳定，进行了4个工况的变二次风配风试验。变二次风配风试验工况1～工况4 分别为正塔配风方式、均等配风方式、束腰配风方式和倒塔配风方式。试验结果表明，该1000 MW 塔式锅炉NOx排放浓度正塔配风方式时最高，倒塔配风方式时最低，其他2 种配风方式居中，工况1～工况4 试验实测的锅炉NOx排放浓度分别为247 mg/m3，223 mg/m3，222mg/m3和214 mg/m3。

3.4 变煤层二次风试验

在机组负荷为1000 MW 下，运行磨组为ABCDE组合，维持负荷、蒸汽参数及磨煤机运行工况稳定，进行了2个工况的变煤层二次风试验。变煤层二次风试验工况1 和工况2的煤层二次风开度分别保持在20%和40%，其锅炉NOx排放浓度分别为230 mg/m3和213 mg/m3。试验结果表明：随着煤层二次风的开大，锅炉NOx排放浓度略有减小。

3.5 变油层二次风试验

在机组负荷为1000 MW 下，运行磨组为ABCDE组合，维持负荷、蒸汽参数及磨煤机运行工况稳定，进行了2个工况的变油层二次风试验。变油层二次风试验工工况1 和工况2的油层二次风风门开度分别为20%和40%，其锅炉NOx排放浓度分别为229 mg/m3，247 mg/m3。试验结果表明：通过开大油层二次风风门挡板，锅炉NOx排放浓度明显增大，其主要原因是开大油层二次风正好增加了在煤质初期挥发分析出燃烧所需要的氧气，减弱了燃烧器区域的还原性氛围，故NOx排放浓度上升明显。

3.6 变CCOFA 风门试验

在机组负荷为1000 MW 下，运行磨组为ABCDE组合，维持负荷、蒸汽参数及磨煤机运行工况稳定，进行了2个工况的变CCOFA 风门开度试验。试验工况1和工况2的两层CCOFA 风门开度分别为100%和60%。试验结果表明，将CCOFA 风门开度从100%关小到60%，锅炉NOx排放浓度平均值从229 mg/m3上升到243 mg/m3。其主要原因是由于CCOFA 风位于主燃烧器区的上部，在主燃烧器区域附近形成了分级燃烧，因此CCOFA 风门开大，NOx排放浓度下降。此外，CCOFA 风风门开大也有利于减少节流损失，降低二次风压和风机电耗。建议在机组满负荷运行时，控制CCOFA 风风门保持全开状态。

3.7 变SOFAF 风量试验

在机组负荷为1000MW 下，运行磨组为ABCDE组合，维持负荷、蒸汽参数及磨煤机运行工况稳定，进行3个工况的变SOFAF 风门开度试验。其中，工况1的SOFA 风风门保持全开；工况2 保持最上层SOFA-VI 风门全关，其他SOFA 风风门全开；工况3保持最上层SOFA-VI 风门全关，SOFA-V 风门开50%，其他SOFA 风风门全开。试验工况1～工况3 得到的锅炉NOx排放浓度分别为229 mg/m3，249 mg/m3和266 mg/m3。试验结果表明：随着关小SOFA 风风门开度，锅炉NOx排放浓度则呈降低趋势。究其原因，主要是逐步关小上层SOFA 风风门开度，使得送风风压提高，在其他风门开度不变的前提下，主燃烧器区域的风量份额相对提高，增加了燃烧初期以及下层燃尽风区域的氧量供应，煤粉颗粒的燃尽效果得到提升，也恰恰是由于这个原因，主燃烧区域和下层燃尽风区域氧量的增加也直接导致了燃料型NOx大量生成，故NOx排放浓度随SOFA 风风门的逐步关小而大幅上升。

4 结束语

采用低NOx燃烧优化技术进行该电厂1000 MW机组塔式锅炉NOx排放特性试验研究，结果表明：（1）锅炉NOx排放浓度随氧量的上升而呈上升趋势。为保证锅炉高效低NOx运行，建议该锅炉在机组负荷为1000 MW 负荷下燃用试验煤种相近煤种时，控制DCS中炉膛出口氧量为2.5%左右。（2）在机组负荷为1000 MW 负荷下，为进一步降低该塔式锅炉的NOx排放浓度，建议二次风方式采用均等配风方式或倒塔配风方式运行；锅炉煤层二次风开度控制为40%；油层二次风风门开度控制为20%左右；CCOFA 风风门保持全开状态；并保持6 层SOFA 风风门全开。

[1]江哲生，董卫国，毛国光.国产1000 MW 超超临界机组技术综述[J].电力建设，2007，28(8)：6-13.

[2]高小涛，黄 磊，张恩先，等.1000 MW 机组锅炉氮氧化物排放影响的试验研究[J].热能动力工程，2010，25(2)：221-225.

[3]高小涛.电站锅炉燃用混煤的煤质特性分析[J].江苏电机工程，2009，28(1)：63-66.

[4]高小涛，章名耀.SG-1036/17.5-M871 锅炉NOx排放特性的试验研究[J].锅炉技术，2007，38(2)：77-80.

[5]ASME PTC4.1（Steam Generating Units）蒸汽锅炉性能试验规程[S].美国机械工程师协会，1964.

[6]环境保护局，国家质量监督检验检疫总局.GB13223—2011 火电厂大气污染物排放标准[S].北京：中国环境科学出版社，2011.