机组锅炉脱硝改造后存在问题与改进措施

黄海斌

（山西漳泽电力股份有限公司漳泽发电分公司，山西 长治 046021)

1 概述

某公司锅炉为原苏联制造的ZG-670-B.8-545KT型、单汽包、自燃循环、双炉膛、固态排渣、煤粉锅炉。锅炉烟气中的NOx排放直接影响大气环境，为了降低锅炉烟气中NOx对环境的污染，该公司进行了烟气脱硝改造，改采用龙源低氮燃烧器技术，以降低炉膛煤粉燃烧过程中的NOx生成量，并结合凯天环保科技股份有限公司开发的采取选择性催化还原(selective catalytic reduction，以下简称SCR)法的尾部烟气脱硝装置，实现了锅炉烟气氮氧化物达标排放。

烟气脱硝装置运行后，由于对低氮燃烧器运行中风粉配合掌握不好，导致对NOx生成的抑制效果不佳，氨反应器入口NOx含量相对较高，氨气消耗量增大；另一方面，由于设备改造不完善和运行调节不尽合理，导致主、再热汽温偏高，减温水投入量增大，飞灰含碳量相对增加，降低了锅炉运行的经济性。

2 原因分析

NOx的来源有2个方面：一是燃烧时空气中的氮高温氧化生成的NO(热力NO)，其活化能非常强，因此控制燃烧温度是降低热力NO的有效措施；二是煤粉中的氮化合物在煤粉着火燃烧时，随挥发分从煤粉中析出与氧发生反应生成的NOx。由于燃烧调节配风不合理，一次风风量大，导致燃料挥发分析出，燃烧生成NOx，导致NOx含量增大；同时由于二次风分级配风不合理，二次风较早混入强化燃烧，使着火燃烧区温度提高，导致生成大量热力NO。由于一次风量大，二次风混入较多，使燃烧产生还原性的气体减少，降低了抑制燃料型NO生成的效果，导致NOx生成量增大，增加了脱硝氨气消耗量。

在锅炉运行中，由于一次风量大、风速较高，使煤粉着火燃烧滞后，炉膛火焰中心上移。由于低氮燃烧器以缺氧燃烧为机理，二次风配比较小、混入时间推后，使煤粉气流着火燃烧滞后，煤粉燃烧不完全；同时运行中一、二次风配比不合理，二次风旋流强度大使二次风出口旋流扩散角增大，推迟了二次风与一次风混合，增加了煤粉气流不完全燃烧程度。

燃烬风布置的不合理使炉膛燃烧不完全，增大了飞灰含碳量。低氮燃烧技术的机理主要是通过煤粉气流着火燃烧时的富燃料缺氧燃烧来控制NOx的生成。而煤粉完全燃烧的实现则主要由燃烬风完成，即下层喷燃器不完全燃烧后，没有完全燃烧的煤粉颗粒随烟气上升，在燃烬风区域与大量的燃烬风混合进一步燃烧。但该公司改造时，将燃烬风口布置在原三次风口位置，与上层燃烧器间距3.5 m，使烟气中未完全燃烧的颗粒进入燃烬风区域时间过短，使燃烧生成的NOx在还原性介质条件下的分解还原能力下降，导致炉膛出口烟气NOx含量增大；同时燃烬风取自二次风箱，运行中往往为了控制过剩空气量而保持较低的二次风压，使燃烬风强度不够，不能很好地射入炉内烟气，造成其产生的扰动较小，降低了煤粉完全燃烧的水平，导致飞灰含碳量增大。

由于煤粉在喷燃器出口着火燃烧滞后，使火焰中心上移，炉膛出口烟温上升。燃烬风大量进入使烟气量增大，导致对流受热面受热增大，主、再热汽温升高。为控制主、再热汽温，增大减温水使用量，尤其是再热汽减温水的大量使用，使机组低压蒸汽流量增加，高压蒸汽做功减少，机组效率降低。

原锅炉设计为富氧燃烧方式，炉膛出口过剩空气系数约为1.25，煤粉燃烧器风粉混合充分能保证煤粉在炉内的完全燃烧，设计煤粉细度约为12 %。但喷燃器改造后，低氮燃烧器是基于缺氧燃烧、二次风滞后混入一次风的燃烧模式，原先的煤粉细度不能满足炉膛内完全燃烧的要求，造成烟气飞灰含碳增大，降低了锅炉效率。

3 改进措施

3.1 加强燃烧调整、合理配风

加强锅炉燃烧调整、合理配风，达到既降低NOx生成又保证煤粉炉内完全燃烧的效果。在正常运行中，根据煤质变化合理调节一次风速，对挥发分高的煤，保持一次风粉浓度在1.5～1.7，增大外二次风配比；对挥发分低、发热量大的煤，保持一次风粉浓度在1.1～1.3，增大内二次风配比和二次风旋流强度，保证煤粉前期着火燃烧。通过不同煤质情况下的合理配风，使煤粉挥发物析出和着火缺氧燃烧在喷燃器出口，使大部分燃料氮化合物在富燃料条件下进入气相，实现对燃料氮化合物生成NOx的抑制。

同层燃烧器合理配风，保证煤粉完全燃烧。根据旋流喷燃器对冲布置的特点，为保证煤粉完全燃烧，合理配置一次风速风量，降低一次风速，缩短喷燃器出口煤粉着火距离，保证燃烧稳定；各喷燃器二次风配比，采用“前期配风小、二次风旋流强度大，后期配风大、旋流强度小”的方式，既保证煤粉前期的缺氧燃烧以降低NOx的生成量，又满足煤粉后期完全燃烧，防止火焰旋流扩散角过大造成飞边结焦。停运喷燃器时，在保证火嘴不超温的前提下，尽量关小相应的一、二次风门，减少进入炉膛的风量。根据氧量调节燃烬风和燃烧区域的风量配比，实现炉内煤粉高效燃烧和低NOx排放，还可通过控制燃烬风防止锅炉主、再热汽温超温。

3.2 提高燃烬风压和气流强度

通过提高燃烬风压和气流强度，增加燃烬风气流刚度，确保燃烬风能有效射入炉膛烟气并与烟气充分混合。由于二次风箱压力低、燃烬风压低、燃尽风射流穿透力不足，降低了燃烬风混合燃烧能力，使其燃烬作用大幅下降，氧量、排烟量相应增大。所以在保证燃烧稳定的情况下应尽可能提高二次风压，增加燃烬风的穿透力，提高炉内煤粉完全燃烧程度，降低飞灰含碳量。

3.3 进行受热面改造

根据设备改造后运行状况的变化，为降低排烟温度，减少主、再热蒸汽减温水使用量，建议进行局部受热面改造置换，适当减少低温过热器的受热面，合理增大省煤器的受热面。一方面降低过热汽温度，减少减温水量投入；另一方面提高给水温度。由于省煤器受热面的增加，给水吸热量增大，排烟温度下降。给水温度的提高，造成炉膛吸热量减小，燃料消耗减少，提高机组运行经济性。

通过锅炉运行中的合理配风，使炉膛燃烧过程中的NOx生成量明显降低，在相同运行工况下，脱硝反应器入口NOx量下降；脱硝氨气消耗量减少。结合机组负荷变化情况合理调节风粉配比和锅炉送风量，在保证燃烧的前提下，满足了低氮缺氧燃烧要求，既抑制了燃烧过程中NOx的生成，也保证了煤粉完全燃烧，使锅炉不完全燃烧热损失明显下降，提高了锅炉燃烧效率。

1 王文宗．火电厂烟气脱硫及脱硝实用技术[M]．北京：中国水利水电出版社，2009.