浅谈600 MW亚临界燃煤机组锅炉低氮燃烧器的改造

白学云

摘  要：为降低脱硝SCR的运行费用，某公司对6号机组锅炉燃烧器进行改造，目前某公司6号炉的NOX排放浓度通常在580 mg/Nm3左右，改造后的燃烧器将会降低燃煤在炉膛炉膛燃烧过程中的NOX的生成量。文章重点介绍锅炉低氮燃烧器改造方案，浅谈燃煤机组锅炉NOX生成机理和燃烧器对NOX生成的控制。

关键词：燃煤锅炉低氮燃烧器氮氧化物（NOX）选择性催化还原

中图分类号：TK226+.1     文献标识码：A      文章编号：1006-8937（2016）03-0008-03

1  概  述

 随着中国燃煤电厂的不断发展以及环保形势的不断严峻，近年来，中国针对燃煤电厂大气污染物排放的控制出台了多项法规、政策、标准，对于近年来国内多个城市频繁出现的雾霾天气，国家越发关注和重视大气污染物的排放，作为火力发电厂，大气污染物排放的有效控制更是迫在眉睫。

从发达国家角度来说，存在比较高的控制污染物排放标准，一般情况下火电厂都应用低氮燃烧技术以及脱硝、脱硫设备。但是国内火电厂具备比较落后的锅炉低氮燃烧早起投运技术，普遍比较高的存在NOX排放质量浓度，火电厂早期投运锅炉控制NOX排放质量浓度的时候，会受现场条件的影响，改造以及增设锅炉尾部烟气脱硝设备工作量和难度相对比较大，而且还拥有比较高减排成本，一种有效、经济的减排方式就是低氮燃烧器改造。因此，为降低脱硝SCR的运行费用，某公司对6号机组锅炉燃烧器进行改造，改造后的燃烧器将降低燃煤在炉膛炉膛燃烧过程中的NOX的生成量。

2  设备简介

2.1  锅炉原设计情况

 某公司依据临界压力自然循环汽包、Π型方式布置2×600 MW锅炉。合理应用一次中间再热、平衡通风、尾部双烟道以及前后墙对冲燃烧，再热汽温的时候需要应用烟气挡板进行适当调节，依据固态方式实施排渣，属于全钢构架和全悬吊结构。燃烧器采用东锅自行开发设计的外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器（DBC-OPCC型），组织对冲燃烧，满足燃烧稳定、高效、可靠、低NOx的要求。锅炉主要设计参数，见表1。

2.2  原燃烧器的布置情况

 原燃烧器采用东锅自行开发设计的外浓内淡型低NOX旋流煤粉燃烧器（DBC-OPCC 型），组织对冲燃烧，存在低NOX旋流式煤粉燃烧器30个，燃烧器30个，分三层方式来对锅炉前后墙水冷壁进行布置，每层都需要具备燃烧器5个。

布置燃烧器的过程中，需要分析燃烧器的相互影响作用：燃烧器有3 680 mm的列间距，4 400 mm的层间距，距屏底19 947 mm距离的是上层燃烧器中心线，距冷灰斗拐点3 250 mm距离的是下层燃烧器中心线;侧墙2 990 mm距离的是最外侧燃烧器中心线，可以在一定程度上阻止侧墙高温腐蚀和结渣。在燃烧器上方适当安置相应的燃尽风调风器，前后墙各安装5只。原低NOx旋流式燃烧器示意图，如图1所示。

2.2.1  燃烧器

燃烧器主要包括以下几种配风：中心风、一次风、二次风以及三次风，都需要经过一次风管，在不同的燃烧阶段分别把燃烧器内中心风以及同心三次风、二次风环形通道送入炉膛。其中布置二次风通道的时候存在固定轴向旋流器，布置三次风的时候合理应用切向旋流型式，拥有可调节旋流强度。

2.2.2  燃尽风调风器

燃尽风调风器的配风由内外两部分组成。中心部分为直流风，外部为旋流风，其结构，如图2所示。

2.2.3  中心风管

中心风母管自大风箱两端引入中心风，通过各支管与燃烧器内的中心风管相连，提供油枪运行时所需要的风量，并起到停运时冷却和防止灰渣集聚的作用。

2.2.4  风门用电动执行器

大风箱（其中包括燃尽风箱和二次风箱）入口处风门都需要安装一定执行器，能够进行连续调节，全炉总共存在16只。中心风母管入口位置需要安置一定的风门执行器。

2.2.5  大风箱

一般来说大风箱都具备燃烧需要的二次风。大风箱主要包括两个燃尽风风箱和六个二次风箱。经锅炉两侧风道把空预器二次风送入前后墙风箱中。每只风箱仅仅只可以为一层5只燃尽风调风器或燃烧器提供需要的风。

2.2.6  燃油装置

一般来说都是通过两级点火方式布置锅炉，也就是高能点火器可以把轻油油枪点燃，轻油油枪可以把煤粉点燃。每个燃烧器都需要一个油枪，组合式高能点火器以及油枪需要具备一定的气动推动器，在燃烧器中心风管中进行合理布置。

B-MCR锅炉热输入量的30%就是油枪总容量，需要满足低负荷助燃、点火以及暖炉的设计要求。一般单支油枪存在       1 350 kg/hr的出力，机械雾化形式的油枪。

3  低氮燃烧器改造的原因

3.1  生成类型

热力型NOx、燃料型NOx、快速型NOx，经过大量实践可以发现，燃料型NOx是煤粉炉主要成分，占总量大约75%～80%，剩下的基本上都是热力型NOx，极少的存在快速型NOx，挥发生成燃料型NOx大约占据60%～80%，焦炭中燃料N经过多次反应形成燃料型NOx。

3.2  生成机理

燃烧双区--浓相富燃料的时候，迅速析出挥发分气相反应也就是HCN、Hi+O2→NOx，形成形成缺氧现象，促使NOx可以与NHi进行一定反应形成N2，并且相互反应的NHi会降低NOx的形成;燃烧淡相富氧的时候，相对低的燃烧温度会影响和抑制NOx的形成。

两段--第一燃烧区段进行缺氧挥发份燃烧，具备越高的煤粉浓度就会越少形成NOx，第二燃烧区段燃烧大量可燃物（焦炭），经过相反应焦炭燃料N会更少形成成NOx，且有一部分不被CO和碳表面还原，实际生成NOx含量不能符合可能生成NOx。

基于此，可以适当提高燃料中释放挥发份的速率，从而达到增加发份燃烧率的目的;在刚开始燃烧的的时候，不仅需要适当氧来为燃烧提供一定能量，还应该尽可能具备比较低钢梁水平区域，以便于可以尽可能能降低NOx的生成;对燃料富集区域燃料和温度进行控制和优化，确保驻留时间，以便于尽可能降低NOx的生成;在燃料富集区域适当提高煤焦粒子的驻留时间，从而可以降低燃烧煤焦粒子的时候，释放氮氧化物形成NOx的可能概率;必要的时候应该及时补充燃，确保可以充分燃尽。

4  改造设计

4.1  改造设计概述

在不改变原有燃烧器的整体布置形式及燃烧方式条件下，在原燃烧器中心标高和开孔中心位置对30只旋流煤粉燃烧器进行改造，更换为北京哈宜节能环保科技有限公司的LNASB燃烧器，如图3和图4所示。

4.2  改造燃料设计特性

 低氮燃烧器改造设计煤种：低位发热值17.56 MJ/kg，干燥无灰基挥发分36%，收到基灰分30%，收到基水分11.6%，以此煤种作为将来验收考核煤种。

校核煤种1：低位发热值18.5 MJ/kg，干燥无灰基挥发分35%，收到基灰分28%，收到基水分10%;

校核煤种2：低位发热值16.8 MJ/kg，干燥无灰基挥发分36%，收到基灰分31.2%，收到基水分12.3%。

4.3  燃烧器改造方案

4.3.1  整体布置情况

①按照设计惯例，锅炉前后墙需要分别布置煤粉燃烧器三层，每层都需要合理安置煤粉燃烧器五个，在前后水冷壁上燃烧器成水平形式布置，交替布置单个燃烧器左旋以及右旋。燃烧器扩椎角度减小10 °，由原来的45 °减小至35 °。并且燃烧器内二次风角度改成可调式。典型的棋盘式旋流布置图，如图5所示。

②取消原有的燃尽风，并将原燃尽风处水冷壁管段用直管连接，在原燃尽风标高向上提高4 m，即改造后的燃尽风中心线距最上层燃烧器中心线7.5 m。并在前后墙各增加5只燃尽风，即前后墙各10只燃尽风。

③取消标高为38 204 mm前后墙各6支吹灰器。

 ④在锅炉前后墙对称布置两个大燃尽风箱，沿风箱宽度方向，风箱中部利用隔板可以适当把燃尽风箱相等的分为左右独立风室，调节的时候合理应用左右侧风门挡板，以便于可以满足实际均匀分配规范。

4.3.2  低氮燃烧器改造后整体布置

低氮燃烧器改造后整体布置图，如图6所示。

5  低氮燃烧器改造的目标

改造完成燃烧器以后，需要能够同时符合以下目标：符合原有锅炉性能设计参数，例如，再热蒸汽温度、出力、主蒸汽温度、锅炉效率、减温水量等需要符合原设计保证值;在600 MW负荷，省煤器出口氧量3.5%的前提下，NOx排放<280 mg/Nm3（O2=6%）、飞灰含碳量不大于3%。项目实施后要求不能降低锅炉原有的燃煤适应性。

 改造后一个大修周期（6年）内燃烧器不可以由于高温、磨损等因素造成更换部件，并且也不会出现由于磨损等导致煤粉泄漏。

6  结  语

 由于当下发电企业的各种实际因素，低氮燃烧器改造并不能够完全达到当前环保的要求，但是可以通过增加锅炉尾部烟气脱硝技术，使发电厂NOx的排放降低至更低的水平，这使得发电企业不仅能够最大化的提供清洁能源，同时也避免了环境污染，而且，这也是发电企业适应当下清洁发展、节约发展的一项重要举措。

参考文献：

[1] 郭巍.低氮燃烧器改造对锅炉运行的影响[J].山东工业技术，2015，（17）.

[2] 焦林生，薛晓垒，金理鹏.600 MW机组低氮燃烧器改造效果分析[J].科   技视界，2013，（36）.