低氮燃烧技术在330MW燃煤发电机组的应用

蒋忠

近年来国务院及环保部相继出台了一系列严格的环保政策，要求燃煤发电机组在2014年7月1日后烟氣中NOx排放浓度不超过100mg/Nm3。响应国家环保政策，我公司势必对6台燃煤机组实施进行烟气脱硝改造，为确保烟气脱硝装置投运后的NOx排放不超过100mg/Nm3，公司进行了认真调研，决定先对锅炉燃烧系统进行低氮改造，以实现炉膛出口NOx浓度不超过200mg/Nm3，为后期脱硝改造打下基础。本文以#6机组为例介绍了我公司低氮燃烧改造过程。

1.分级燃烧技术的脱硝原理

锅炉NOx的生成主要取决于燃烧区域的氧量和火焰温度，氧量越大或温度越高则NOx生成越多。分级燃烧技术的原理就是在燃烧器前部加装浓淡分离器，并在燃烧器上部合理布置空气喷口（SOFA，俗称火上分）。浓淡分离器使制粉系统喷入炉内的风粉混合物（一次风）分为浓淡两相，浓相在内，淡相在外。浓相集中相对区域着火时，火焰温度虽高，但是氧量相对较少，故生成NOx的几率相对减少;淡相在外，氧量虽大，但由于距火焰集中区域较远，温度较低，故NOx的生成也不会很多。另外，在锅炉燃烧器上方布置SOFA喷口的目的，是为了在燃烧器上部构建充分的燃烧区域，使浓相缺氧燃烧后残留的可燃成份被再次充分燃烧，提升锅炉效率的同时减少炉膛结渣。

2.改造概况

2.1概述

江阴苏龙热电有限公司#6机组装机容量330MW，锅炉为亚临界、一次中间再热、控制循环汽包炉，单炉膛、Π型露天布置，全钢架悬吊结构，平衡通风，固态排渣，设计燃烧煤种为高挥发份烟煤，采用摆动式燃烧器、四角布置切圆燃烧方式，配用双进双出正压直吹式制粉系统。

2.2锅炉燃烧系统改造

锅炉原设计采用单炉膛四角布置的摆动式直流燃烧器切圆燃烧方式，配以3台双进双出正压直吹式制粉系统，共有6层一次风喷嘴，其中4层运行即可带额定负荷。燃烧器采用WR同轴一次风燃烧器，上部两层布置紧凑型OFA空气喷口。

本次改造采用大改方案，更换现有的全部主燃烧器，重新布置燃烧器一二次风射流方向;增加贴壁风喷口;在主燃烧器上部加装SOFA喷口，将原锅炉侧墙二次风风箱上取风引入SOFA喷口;主燃烧器区风箱风道、挡板风箱、风门执行器及摆动气缸等全部更换，以实现燃烧器改造后的可靠控制和精确配风，主要改造项目如下：

2.2.1更换6层四角主燃烧器一二次风组件、风箱风道、挡板风箱及电气、热工附件;2.2.2在燃烧器组上方新增高位燃烬SOFA风风道、膨胀节、风箱、挡板风箱、喷口、风门执行器、摆动执行器;2.2.3主燃烧器区水冷壁管屏开孔、燃烬风区域水冷壁割断，由上海锅炉厂按照先要求重新设计制造水冷壁，采用弯管焊接方式进行恢复;2.2.4原油枪点火器、火焰检测器、微油燃烧器及油枪利旧，保护拆除恢复;2.2.5一次风管安装可调缩孔，根据动力场试验结论进行调整;2.2.6新增电气、仪表及控制设备，包括电源盘、控制柜、电缆等;2.2.7新增支吊架、楼梯平台、检修起吊设施、防腐、保温设计等相应附属设备。

改造后实现#2、#4角一次风顺时针切圆，#1、#4角一次风对冲布置。AA层下端部风射流方向与一次风相同，其它二次风与一次风顺时针方向偏离较小度角，最终在炉内形成顺时针较小的切圆，同时为了保护水冷壁及形成水平空气分级，在四层二次喷口上布置了贴壁风结构。

与原燃烧器相比，最上层一次风通过重新布置，距过热器的距离增加约1280mm，建立了更大的燃烧还原区，防止炉膛出口烟温增加从而保证了汽水参数正常。此外，SOFA喷口设计成上下左右摆动型（上下±30度，左右±10度），以实现运行值班员可通过喷口摆动调整燃烬区内合理的空气分布，达到NOx的最低排放的同时还能克服改造后火焰中心位置的改变造成炉膛出口烟温差所带来的影响，实现对炉膛出口温度及烟温差的有效调整。

3.改造效果

3.1热态燃烧调整试验

此次改造历时80天时间，为保证改造后锅炉的燃烧稳定和安全经济运行，由烟台龙源电力技术股份有限公司组织、我公司配合，以国家标准GB-10184--88《电站锅炉性能试验规程》为依据对进行了热态燃烧调整试验，结果如下：

3.1.1改造后#6机组额定出力（330MW）时的锅炉效率为93.53%;3.1.2通过机组在不同负荷点时对二次风及SOFA和周界风配风方式、锅炉燃烧氧量、燃烧器摆动角度进行动态调整试验，均可找到锅炉NOx排放浓度不超过100mg/Nm3的运行方式，同时保证了锅炉主、再气温可控;3.1.3根据对机组在不同负荷点运行方式及设备控制参数、配风方式进行调试，向热工控制专业提供风门的自动控制推荐参数，结合实际情况修改DCS组态策略，实现了改造后锅炉燃烧及主、再汽温控制高度自动化。

3.2改造后燃烧调整措施

从#6机组改造后运行情况看，主燃区时有结焦，分析原因为改造后氧量变化幅度较大，运行调整有一定难度，当燃烧调整过程中当氧量较低时产生CO等还原性气体，从而导致炉膛结焦。此外，受我公司目前燃用煤种的影响，当机组以设计额定速率减负荷时主汽温度下降较快，调整不及时可能越低限。发电部针对这些问题制订了燃烧调整措施：

3.2.1机组增、减负荷时，风量调整应及时，将炉膛氧量控制在2.5～4.5之间，以避免加负荷时缺氧燃烧导致炉膛结焦和减负荷时过氧燃烧导致NOx排放增加等情况的发生;3.2.2SOFA燃烧器摆动喷嘴原则上在控制在50%左右区间（调整线性灵敏区域）;3.2.3在运行中若发现主燃料区的风门开关对NOx排放影响有限时，尽量开足主燃烧区的风门以保证充分燃烧，预防锅炉结焦;3.2.4运行值班员每2小时看火打焦一次，严格执行锅炉吹灰定期制度;3.2.5燃尽区风门在各种工况都应该保持基本开足状态，以确保NOx排放达标，当风门开足状态NOx排放仍无法控制时，应及时降低机组负荷。