天山铝业有限公司#2锅炉燃烧器改造

张连生

(天津军粮城发电有限公司，天津　300300)

天山铝业有限公司#2锅炉燃烧器改造

张连生

(天津军粮城发电有限公司，天津300300)

摘要：天山铝业有限公司自备电厂#2锅炉NOx排放质量浓度高达500 mg/m3(标态，干基，折算到6% O2)左右，为降低脱硝成本及防止空气预热器堵灰影响锅炉整体出力，进行宽煤种适应性及深度低氮、防渣燃烧改造。改造后的燃烧器未出现结焦情况，NOx质量浓度有效降低且波动趋于稳定。

关键词：燃烧器； 煤种；制粉系统； 低氮；防渣

0引言

为了贯彻执行《中华人民共和国大气污染防治法》，积极响应新国标GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》[1]，防治火电厂NOx排放造成的污染，改善大气环境质量，降低机组脱硝成本，天山铝业有限公司于2014年10月对自备电厂#2锅炉进行了低NOx、防渣燃烧改造。

改造后，在锅炉出力不变的前提下，提升对准东煤的掺烧能力，控制NOx排放质量浓度在200～250 mg/m3(标态，干基，折算到6% O2)，同时锅炉效率不降低。

1工程概况

天山铝业有限公司自备电厂锅炉为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的HG-1235/17.5-YM2型亚临界参数、一次中间再热、自然循环汽包炉，平衡通风、直流式燃烧器、四角切圆燃烧方式，燃用烟煤，采用紧身封闭布置。

锅炉的燃烧器布置在炉膛水冷壁四角，水冷壁四角处燃烧器的中心线分别与炉膛中心的2个假想圆相切，2个假想切圆的直径分别为ø548 mm和ø 1 032 mm。水冷壁每个角的燃烧器共有15层喷口：其中一次风喷口5层、二次风喷口6层(其中3层二次风喷口内设有油枪)，还有用于降低NOx生成量的顶二次风喷口1层、燃尽风(SOFA)3层。一次风喷口四周有周界风，每个角的燃烧器分上、下2组，上组燃烧器有6层喷口，下组燃烧器有7层喷口。

燃烧器为水平浓淡燃烧器，在一次风风管中采用“百叶窗”式的煤粉浓缩器。

锅炉采用正压直吹式制粉系统，配置5台ZGM95G-Ⅱ型中速辊式磨煤机，每台磨煤机出口由4根煤粉管道接至对应层燃烧器(从下往上依次为A，B，C，D，E)。

该电厂设计煤种、校核煤种挥发分较高，属着火稳定易燃尽煤种，但煤灰熔点较低，结渣倾向明显。燃烧系统对煤种适应性较差，尤其是燃用新疆准东地区具有极强的沾污性和高温腐蚀性的高碱金属煤种时，不可避免地会发生锅炉结焦的倾向，因此，较适合采用空气分级低NOx技术，同时，防止结渣也是改造重点。

2改造方案

2.1燃烧系统改造范围

(1)主燃烧器一次风标高不变[2-3]。

(2)更换4层(B，C，D，E)一次风喷口(第1层A等离子点火装置不做改动)，调整周界风率；将一次风喷口改为异型钝体结构，保证煤粉气流及时、稳定着火；一次风喷口水平方向上的周界风与一次风呈夹角设计，改善一次风两侧补气条件；更换4层一次风喷嘴体，改为垂直浓淡形式。

(3)调整一次风切圆直径，一次风与二次风呈大小切圆布置。加强还原性燃烧区域内的煤粉浓度以及一、二次风的湍动混合，保证低氮、防渣的同时，提高燃烧效率[4-5]。

(4)减少2层辅助风，调整CD层二次风标高，更换6层二次风辅助风喷口(最下层辅助风除外)，对各层二次风率重新进行分配，为增加高位燃尽风率创造条件。

(5)更换四角二次风挡板风箱，调整二次风风道隔板，与各层二次风率调整后相适应。

(6)主燃烧器区喷口可以上下摆动25°，调节再热器汽温[6-7]。

(7)更换全部SOFA风箱、喷口、SOFA水冷壁管屏。

2.2燃烧器改造说明

采用宽煤种适应性、防渣、低氮洁净煤燃烧技术(AESL)[8]对锅炉进行低NOx改造，具体措施如下。

2.2.1炉膛垂直高度上的功能分布

根据煤粉在炉内的燃烧过程以及炉型结构，对燃烧器进行合理的分组布置，并在垂直方向上设置多个功能燃烧区域，即稳燃区、还原区、氧化区和燃尽区，如图1所示。

图1　燃烧器改造立面布置

稳燃功能区主要是通过采取改善煤粉气流的补气条件、着火初期燃料富集、异型一次风喷口形状设计以及合理的一次风速控制等措施，保证煤粉气流及时、稳定着火。还原功能区是将该区域内的过剩空气系数控制在合理的范围内，在火焰中心区域形成强烈的还原性气氛，抑制燃料型NOx的生成，同时，该区域的燃烧温度也得到有效控制，热力型NOx的生成量也大幅度减少。氧化功能区的过量空气系数控制较还原功能区明显升高，保证焦炭颗粒在该区域燃烧所必需的空气量。火焰缓冲功能区内没有一、二次风进入，下部燃烧火焰上升到该区域以后进行缓冲：一方面可延缓火焰的旋转上升速度，给焦炭颗粒的燃尽创造时间条件；另一方面，为火焰有效瘦身，防止燃烧过于集中而导致水冷壁结焦。在火焰上升过程中，还原功能区和氧化功能区交替出现，目的在于将整个主燃烧区域内的过剩空气系数控制成类正弦曲线态势(炉内过剩空气系数分布曲线如图2所示)，既能保证深度低氮燃烧，又能保证炉膛水冷壁不结渣，还能保证焦炭颗粒在主燃烧区域具有较高的燃尽率。燃尽功能区内的过剩空气系数进一步提高，补充焦炭颗粒燃烧所必需的空气量。第2个燃尽功能区布置在较高的位置，剩余设计空气量将从该区域送入，以保证焦炭颗粒的充分燃尽，AESL洁净煤燃烧技术的炉内过剩空气系数整体偏小0.10～0.15。

图2　沿炉膛高度方向炉内过剩空气系数分布曲线

一、二次风切圆重新调整，一次风与二次风呈大小切圆布置。在炉膛截面上一、二次风形成“风包粉”态势，中心区形成还原性气氛，近壁区形成氧化性气氛，防止结渣及高温腐蚀；同时，顶部的燃尽风采用对冲布置，加强后期高温烟气的湍动混合，对燃尽以及炉膛出口烟温调节十分有利。

2.2.2一次风采用垂直浓淡分布技术

采用浓淡型燃烧器，一次风用百叶挡块方法实现浓淡分离。最下层不作改动，第2层为上浓下淡，第3层为下浓上淡，第2，3层组成了高稳燃特性的组合浓淡分布，此区域过剩空气系数在1.0左右，满足基本燃烧需要，保证锅炉炉膛足够高的温度水平。第4层为上浓下淡，第5层为下浓上淡，第4，5层组成了新的浓淡分布，运行时可适当降低此区域的过量空气系数，在缺氧的状态下，NOx还原物大量析出，还原已生成的NOx。

燃尽风采用较高位布置，距最上层一次风7 m以上。燃尽风设计采用3层，运行时调整手段灵活，以寻求不同负荷段的最优燃尽风位置。燃烧器改造设计参数见表1，改造前、后燃烧器名称对比见表2。

表1　燃烧器改造设计参数

3低氮运行要求

3.1制粉系统

(1)燃用煤种磨煤机出口温度在85～95 ℃之间比较合理：首先，能够有效提升磨煤机的干燥出力；其次，在同等条件下，使一次风气流着火提前，燃烧稳定性提高的同时，为降低飞灰可燃物含碳量创造了有利条件；最后，磨煤机出口温度的提高，为合理降低磨煤机通风量提供了速度保障。另外，提高一次风温还能在低负荷时稳定燃烧。停磨时应将磨煤机内余粉吹扫干净，防止自燃[9]。

表2　改造前、后燃烧器名称对比

(2)磨煤机的最低出力要保证额定值的40%以上，否则磨盘上的煤层过薄会造成磨辊的强烈磨损和振动。磨煤机最小通风量应维持额定值的70%，过低的通风量会造成一次粉管内煤粉的沉积和磨煤机风环风速的降低，从而导致石子煤排放量的骤增。准确的风煤比曲线如图3所示，供参考使用。

图3　准确的风煤比曲线

3.2风烟系统

(1)一次风、二次辅助风门及周界风各层风门开度尽量维持在30%～50%，二次风箱与炉膛的差压跟负荷的匹配如图4所示。

图4　二次风箱与炉膛的差压跟负荷的匹配

(2)运行过程中保持合理的风煤比，在二次风的调整上要重点参考风箱与炉膛的差压以及表盘氧量等参数。

(3)建议尽量保持氧量下限运行。

(4)调整再热器汽温时优先采用燃烧器摆动，不提倡关闭上层二次风抬高火焰中心的办法。

4改造后效果分析

改造后，拉长了燃尽区，实现了垂直方向的煤粉浓淡分离，在燃烧组垂直方向由火球变为火柱，实现了煤粉分层燃烧，进而降低了NOx。改造前、后#2锅炉出口NOx质量浓度对比见表3。

表3　改造前、后 #2锅炉出口NOx质量浓度对比

改造后，在低于80%额定负荷的情况下，NOx质量浓度降低了50～100 mg/m3；在高于80%额定负荷的情况下，NOx质量浓度降低了180～270 mg/m3，且波动趋于稳定。

5结束语

改造后，燃烧器未出现结焦情况，NOx质量浓度较改造前有大幅降低且波动趋于稳定，利于脱硝系统的跟踪调整，但距离技术协议的要求确实还有一定的距离，尚未达到技术要求。但是，改造后降低了脱硝氨的使用量，相对延长了脱硝系统的使用寿命；同时，降低了空气预热器上铵盐的附着，对防止堵灰有明显效果，空气预热器前、后差压明显降低。

锅炉厂家生产设计锅炉时应进行整体设计，充分考虑采用低氮燃烧器及防结焦结渣技术，防治火电厂NOx排放造成的污染；中速磨煤机厂家应重视提升单台磨煤机的出力；已投产的机组可参考这个具体实例进行升级改造。

参考文献：

[1]火电厂大气污染物排放标准：GB 13223—2011[S].

[2]火力发电厂设计技术规程：DL 5000—2000[S].

[3]火力发电厂汽水管道设计技术规定：DL/T 5054—1996[S].

[4]电站煤粉锅炉炉膛防爆规程：DL/T 435—2004[S].

[5]火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程：DL/T 5121—2000[S].

[6]火力发电厂热工控制系统设计技术规定：DL/T 5175—2003[S].

[7]火力发电厂热工自动化就地设备安装、管路及电缆设计技术规定：DL/T 5182—2004[S].

[8]锅炉性能试验规程：ASME PTC4.1—1998[S].

[9]电力建设施工及验收技术规范(锅炉机组篇)：DL/T 5047—1995[S].

(本文责编：刘芳)

收稿日期:2015-11-03；修回日期:2016-04-06

中图分类号：TM 621.2

文献标志码：B

文章编号：1674-1951(2016)04-0040-03

作者简介：

张连生(1975—)，男，天津人，助理工程师，从事电厂运行方面的工作(E-mail:249208260@qq.com)。