低氮燃烧技术在300MW发电机组的应用

张宝国， 李明尚， 冯仁海

（十里泉电厂，山东枣庄2771 03）

0 引言

随着现代工业生产的发展以及生活水平的提高，全球环境污染日趋被重视，尤其是氮氧化物的大气污染问题，人们发现：人体健康的伤害、高含量硝酸雨、光化学烟雾、臭氧减少以及其他一些问题均与低浓度NOX有关系，而且其危害性比人们原先设想的要大得多。因此，伴随着脱硫技术的日趋成熟，针对降低排放烟气中氮氧化物浓度人们也开始了防治技术的研究和开发。中国华电国际十里泉发电厂对#6锅炉燃烧系统进行了垂直空间大尺度分级燃烧布置改造，实现低氮燃烧，以达到降低氮氧化物排放的标准。

1 机组概况

十里泉发电厂2×330 MW机组四期工程6号锅炉为哈尔滨锅炉厂制造[1]，采用了美国C E燃烧工程公司的引进技术，型号HG-1021/18.2-YM 9型。锅炉为亚临界、一次中间再热、自然循环锅炉，燃料为烟煤。该锅炉为单炉膛、平衡通风、四角切圆燃烧方式，过热汽采用两级喷水调温、再热汽采用摆动喷燃器调温，异常情况采用事故喷水减温。

该炉宽14048 mm、深度1185 8 mm。顶棚标高6074 0 mm，A层（最下一层）一次风煤粉燃烧器中心线距离冷灰斗拐角4753 mm，F层（最上一层）一次风煤粉燃烧器中心线距离分隔屏屏底2091 8 mm。炉膛由Φ63.5×7.2膜式水冷壁组成。

该炉采用钢球磨中储仓乏气送粉系统，原煤由煤仓下来进入球磨机，由空气预热器来的热风做为干燥剂与原煤一起进入磨煤机，磨煤机磨制成的煤粉经过粗粉分离器。绝大多数在旋风分离器中被分离出来，并进入煤粉仓，乏气由通过排粉机把煤粉送入炉膛，不合格的煤粉在重返回磨煤机再次碾碎。配有4台型号为DTM 350/600的筒式钢球磨煤机，磨煤机最大出力为45.88 t/h，磨煤机最大出力储备系数1.275，煤粉细度R 90≤23%，设计燃煤为烟煤，点火、助燃用油为#0轻柴油。

1.1 锅炉主要技术参数

见表1。

1.2 锅炉燃煤情况

锅炉燃用枣庄当地煤种为主。2011年1～8月的实际入炉煤分析结果汇总见表2。从表中可以看出，煤成分较为稳定。

表1300 MW机组锅炉设计参数

在燃用该煤种的条件下，锅炉效率为90%～92%，均低于锅炉B M C R工况设计值92.16%；NO x排放浓度为530～690 mg/m3，远高于次烟煤的NO x排放浓度400 mg/m3。

表2 入炉煤种成分汇总

1.3 改造前燃烧器布置

采用正四角布置的切向摆动式燃烧器，在炉膛四角布置了煤粉燃烧器（垂直浓淡分离WR燃烧器结构）共24只，每角6只；布置油燃烧器12只，每角3只；其中每角布置2个燃烬风室，一个上端风室、一个下端风室、两个中间空气风室，一次风喷嘴可以上下摆动各27°，二次风及油喷嘴可作上下各30°的摆动，顶部燃烬风室可以作向上25°、向下5°的摆动，以此来改变燃烧中心区的位置，调节炉膛内各辐射受热面的吸热量，从而调节再热气温。由于燃烧器摆动机构可靠性差，目前已经停用，各燃烧器、风嘴及油喷嘴全部水平固定。在2010年大修中，将原设计燃烧器两个假想切圆直径（＃2、＃4角为Φ1041.2，＃1、＃3角为Φ1047）分别调小到Φ850和Φ900，同时安装了一套侧边风系统防止水冷壁高温腐蚀。

图1 炉膛区域分布及水平截面示意图

图2 改造前、后燃烧器结构对比图a）改造前 b）改造后

2 燃烧系统改造

（1）在距离最上层一次风燃烧器中心线约5.5 m位置处布置4层刚性预置反切10°的SOFA分离式燃尽风，增加大空间垂直分离的SOFA燃烧装置（喷嘴、燃尽风角风箱、风门、大风箱、风道及摆动机构），占燃烧总风量的30%左右，以强化未燃尽煤粉的富氧燃烧，提高煤粉燃尽率以及降低CO含量，同时极大地减少进入炉膛上部及水平烟道的烟温偏差，消除锅炉两侧汽温偏差。这样在炉膛的纵向空间尺度上，将燃烧系统改造为主燃烧区和上部燃尽区，中间为大空间的NO x还原区。改造工作会涉及到标高3197 0位置处的腰箍梁的改造，及以此标高线为中心，总高为4.6 m左右的水冷壁的更换。引燃尽风风道过程中，原有的楼梯平台需要根据现场情况进行改造。如图2所示。

（2）将原设计的一次风煤粉燃烧器全部改为带对置丘体高效浓淡分离装置的水平浓淡煤粉燃烧器（浓淡比为8∶2，如图3所示。），同时浓一次风煤粉射流大反切逆向进入，炉膛向火面，在强化炉膛下部主燃烧区域煤粉的着火稳燃能力的基础上，极大地降低NO x的生成，同时防止煤粉喷嘴钝体的磨损。最下层更换最新技术的小油枪煤粉燃烧器。

（3）在主燃烧器区域，采用水平浓淡分离一次风的“风包粉”技术和淡侧大周界风技术，使得在靠近水冷壁区域形成具有较低温度、较低CO浓度、低粉、高氧的水冷壁壁面防结渣及高温腐蚀区。

图3 水平浓淡煤粉燃烧器结构图

（4）采用不增加热风道阻力的燃尽风风道设计，在热风道末端合适的位置开孔引出燃尽风风道，将二次风未进入主燃烧器大风箱之前直接引至燃尽风大风箱（如图4所示），并且加装导流板，这样可不增加二次风的阻力，从而不增加厂用电，且保证了足够的SOFA配风及主燃烧器配风要求。

图4 二次风系统示意图

3 低氮燃烧运行调节[3]

进行低氮燃烧调整、降低烟气NOX浓度时，应在确保机组安全、稳定和经济运行的条件下进行，确保各运行参数不得发生越限现象。

（1）尽量减少锅炉主燃区的运行氧量值，实现合理配风。关小运行燃烧器周界风控制挡板开度，开度一般保持在20%～15%左右，如给粉机转速增加时，应适当开大对应周界风风挡板开度。

（2）及时关闭停运燃烧器对应的一次风挡板门；维持排粉机出口风压在4.0～4.5 kPa。

（3）机组负荷在190 MW以下时，应开大上部两层SOFA挡板开度在80%～90%左右，下部两层SOFA挡板开度维持在40%～50%左右；同时维持原有两层OFA燃尽风挡板开度在40%以上（随机组负降低而逐渐开大）。机组负荷在190 MW以上时，维持四层SOFA挡板开度在80%～90%左右，也可以保持上部两层开度稍大于下部两层挡板的开度；同时维持原有两层OFA燃尽风挡板开度在20%以下或全部关闭（随机组负荷增加而逐渐关小），调整时还应参照屏过出口两侧烟温偏差不大50℃。正常调整过程应缓慢进行，注意对主、再热蒸汽温度影响。

（4）正常运行中全开最下层A A层二次风挡板开度。

（5）机组在高负荷运行期间（一般大于200 MW），应尽可能降低炉膛送风量，维持较低氧量值运行（一般不得低于2.5%），但一定要确保锅炉燃烧稳定。若因机组快速增带负荷使给粉机转速大幅增加时，应适当开大对应二次风挡板开度，防止主燃区因煤粉过多、严重缺风造成锅炉灭火。只有在给粉机转速相对稳定时，再适当关小二次风挡板开度。

（6）通过3月份试验发现，二次风配风方式采取“收腰”型时，对降低烟气NOX浓度效果最佳。所以在对二次风进行调整时，应可能按照该方式进行，即保持最上部和最下部二次风挡板开度大于中间部位的二次风挡板开度。

（7）降低烟气NOX浓度必然会导致锅炉效率下降，日常调整中，只要控制NOX浓度在要求范围内即可，不要将NOX浓度控制的太低，此时可以适当关小SOFA风，开大二次风，提高锅炉燃烧效率。

（8）在主、再热汽温等条件允许的情况下，尽可能投入下层燃烧器运行，使火焰中心下移，炉膛中心温度降低，有助于减少NOX生成；同时使燃烧区与SOFA之间的还原区域延长，有助于NOX被还原。

4 改造结果

（1）锅炉空预器后烟气中氮氧化物浓度如图5所示。改造后氮氧化物排放浓度均低于300 mg/m3，较修前明显降低。

图5 干燥前、后氮氧化物浓度对比图

（2）锅炉效率如图6所示。效率提高了1.44%，锅炉效率明显提高，且均高于锅炉B M C R工况设计值92.16%。

5 结语

图6 改造前、后锅炉效率对比图

对比修前修后效率可知：320 MW工况锅炉效率提高了1.54%，300 MW工况锅炉效率提高了2.17%，270 MW工况锅炉效率提高了1.85%，240 MW工况锅炉

综上所述，此次技术改造使机组烟气中的氮氧化物浓度得到了大幅度降低，达到了国家环保排放标准的要求。同时，锅炉效率也得到了较好的提升，大大提高了机组运行的经济性，实现了节能减排的目的。

[1]Q W/04.17.00.0101-2013.330 MW机组集控运行规程[S].

[2]郑体宽.热力发电厂[M].2版.北京：中国电力出版社，2008.

[3]容銮恩，袁镇福.电站锅炉原理[M].北京：中国电力出版社，1997.

[4]林万超.火电厂热经济系统节能理论[M].西安：西安交通大学出版社，1994.