某300MW电站机组低氮燃烧器改造研究

幸双喜， 郑海国，张 健， 刘亮亮

发电技术

某300MW电站机组低氮燃烧器改造研究

幸双喜1， 郑海国2，张 健2， 刘亮亮2

（1.国电科学技术研究院太原电力技术分院，山西太原030000；2.西安格瑞电力科技有限公司，陕西西安719400；3.西安交通大学能源与动力工程学院，陕西西安710094）

太原某300MW机组采用SCR后，NOx排放还是不能满足国家要求。使用新型燃烧器和分级燃烧等技术对机组进行了低氮改造，在上游降低了NOx的生成量，在下游脱硝装置和之前相同的情况下，NOx排放量降低了约70%。改造后，通过燃烧调整试验，机组的排烟温度较改造前降低了6℃左右，飞灰含碳量变化不大，锅炉效率略有提高。

低氮燃烧器； NOx； 分级燃烧技术

0 引言

电站机组通过烟囱排到大气中的污染物主要有氮氧化物、硫氧化物、粉尘颗粒，为处理这些污染物，电站设有相应的设备SCR或SNCR、脱硫塔、除尘器。但有些电厂单靠这些设备并不足以达到国家规定的污染物排放浓度[1～5]，本文探讨了太原某300MW电厂通过低氮燃烧器改造在上游减少氮氧化物生成量的可行性。

1 锅炉概况

太原某电厂#12锅炉由波兰拉法克公司制造，型号BP-1025，总体型式为：亚临界压力、中间再热、低倍率全负荷再循环、全悬吊、平衡通风、单炉膛、四角切圆燃烧、固态排渣、燃煤锅炉。该炉采用正压直吹式制粉系统，喷燃器为直流，四角切圆布置，假想切圆直径1514mm。炉膛每个角上有五组燃烧器，每组燃烧器由上、下两层二次风、周界风及一层煤粉燃烧器组成。每

层煤粉燃烧器配一台RP-1043XS中速碗式磨煤机，满负荷时四台运行，一台备用。锅炉为半塔式布置，本体呈立方体，标高87.6 m，前后墙分别布置了6只油枪，分三层布置，第一层标高10.5m，第二层标高23m，第三层标高27.7m，每层沿炉墙宽度均匀布置2只，每只油枪配一只电弧点火器，油系统设计出力为20%MCC。

机组原采用SCR进行脱销，改造前进行了锅炉性能试验，各负荷下NOx排放浓度均较高，不能满足目前的环保要求。各负荷NOx排放折算浓度具体为：300MW负荷下，为990.8mg/m3；270MW负荷下，为963.5mg/m3；225MW负荷下，为766.5mg/m3。

锅炉主要设计参数见表1。

表1 锅炉主要设计参数

2 改造方案

针对该电厂锅炉及其他系统实际运行情况，采用新型燃烧器和分级燃烧技术对该机组进行了低氮改造。

改造后各燃烧器的变化为：A层一次风点火燃烧器“下淡上浓”；B层一次风点火燃烧器“下浓上淡”；C层一次风燃烧器“下浓上淡”；D层一次风燃烧器“下淡上浓”；E层一次风燃烧器“下浓上淡”。A、B一次风燃烧器相临同项亲和，C、D、E一次风燃烧器相临同项亲和，总体保持基本均等布置，热容量单元相对独立，相互支持燃烧，高效稳定燃烧，能够起到优化燃烧、降低NOx排放的目的。改造示意图如图1所示。改造过程中使用的措施有：

（1）采用高位燃尽风技术。

高位燃尽风技术可以使得燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区空气量与理论空气量的比值由原来的λp=1.25变为λp=0.84～0.92。在距主燃烧器上层一次风喷口中心线约7669mm处布置3层12只燃尽风喷口，采用角部布置方式，燃尽风量约占总空气量的21%，燃尽风喷口风速较高，约为40～50m/s，所有燃尽风喷口均可以垂直、水平方向上摆动。根据锅炉运行状况（燃尽、NOx排放、过热器汽温偏差等）进行喷口角度的适当调整，有效调节炉膛出口烟温偏差，并保证过热器管壁不出现超温问题。

（2）主燃烧器区二次风喷口的设计。

重新设计、更换全部主燃烧器区二次风喷口。主燃烧器区二次风喷口面积根据主燃烧器区有组织二次风减少的设计思想进行相应缩小，保证出口的二次风达到较高风速。保证最下层较大二次风的喷口面积，使其具有较大的出口动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。

（3）采用高效燃烧的新一代垂直浓淡煤粉燃烧技术对主燃烧器进行改造。

新一代高浓缩比浓淡一次风煤粉燃烧器主要在高效煤粉浓缩技术上有了大幅度的改进。改造的喷口周围保留适当大小的周界风风量，同时设置偏置周界风。一次风浓淡喷口之间采用水平V型隔板，推迟浓淡一次风的混合速度。采用这样的措施，可以有效地推迟浓淡煤粉气流的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量。高浓度的浓一次风煤粉气流，强化一次风的着火和稳燃性能，利用早期快速析出挥发分有效降低NOx生成量，可保持高的煤粉颗粒的燃尽度。主燃烧器平面布置如图2所示。

（4）高浓缩比、低阻力煤粉浓缩技术。

新一代煤粉浓缩器具有非常优异的气固流动和煤粉浓缩特性浓缩器具有优异的低流动阻力特性，局部阻力系数小于2，并具有较高的煤粉浓缩比，浓缩率可达1.4～1.8以上；在保证高浓缩比的条件下，浓淡喷口出口气流流量分配更为均匀，浓淡一次风风量比在0.8～1.2以内；浓缩器叶片相互搭配结构得到进一步的优化，使浓缩器内气固流动特性和出口气流速度分布更为合理，有效减轻对易磨损部位的冲刷强度和叶间局部阻力损失。

（5）采用延迟混合型一、二次风布置以及侧二次风的周界风喷口偏置设计。

燃烧器二次风喷口采用收缩型结构，推迟一二次风的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量。一次风喷口出口四周设计有偏置型周界风喷口，对运行或停运的一次风喷口起到冷却保护作用，一次风在向火侧和上下两侧设有小扳边，推迟周界风与一次风的混合，在一次风喷口背火侧设计较大出口动量的侧二次风，对炉膛水冷壁面起到防止结渣、防止高温腐蚀的保护作用。

3 低氮改造效果

机组采用新型燃烧器和分级燃烧技术改造后，通过燃烧调整，在燃煤未发生变化的基础下，使得锅炉出力和运行参数达到基准值。对300MW、270MW、225MW负荷工况下的锅炉效率、飞灰含碳量、排烟温度和空预器入口NOx进行了测试，结果见表2。

表2 改造前后锅炉运行参数变化

从表2可以看出，低氮改造后，锅炉的NOx排放浓度大幅减少：300MW负荷下，改造前NOx浓度为990.8mg/m3，改造后为273.72mg/m3，下降了72.4%；270MW负荷下，改造前NOx浓度为963.5mg/m3，改造后为204.78mg/m3，下降了78.7%；225MW负荷下，改造前NOx浓度766.5mg/m3，改造后为250.79mg/m3，下降了67.3%。

改造后，燃烧风量分级送入炉膛，炉膛顶部增加燃尽风喷口，主燃烧区的空气量变少，氮氧化物生成量降低，在后部脱销装置不变的情况下，NOx排放浓度平均降低了70%以上。新型燃烧器和二次风喷口的设置也使炉膛内的燃烧工况得到了优化。燃烧调整后，机组的排烟温度平均降低6℃左右，飞灰含碳量总体变化不大，锅炉效率平均提高了1%左右。低氮改造达到了预期的节能减排效果。

由此可见，通过上游的低氮改造降低NOx生成浓度，可以有效减轻脱硝装置的减排压力，适应国家的环保要求。

4 结语

（1）机组采用新型燃烧器和分级燃烧技术进行低氮改造后，炉膛内生成的NOx大幅减少，有效减轻了脱硝装置的减排压力，NOx排放浓度下降了70%以上。

（2）新设计的燃烧器和二次风喷口优化了炉膛内的燃烧工况，进行燃烧调整后，锅炉排烟温度平均下降了6℃左右，飞灰含碳量变化不大，效率提高了1%左右。但燃烧调整试验也表明，NOx生成浓度、飞灰含碳量、锅炉效率相互制约，如果想续降低NOx生成浓度，将造成飞灰含碳量提高、锅炉效率降低。

（3）在低氮改造过程中，能够针对性地解决燃煤锅炉在运行中存在的各种问题。通过采取不同的燃烧器和二次风喷口设计，在降低NOx的同时，保证锅炉燃尽、燃烧稳定性好、炉内避免、减缓结渣和高温腐蚀，提高锅炉效率，实现节能和减排。

[1]焦林生，薛晓垒，金理鹏.600MW机组低氮燃烧器改造效果分析[J].科技视界，2013，36：340～342.

[2]鲁鹏飞.某600MW机组烟煤锅炉低NOx改造及效果分析[J].陕西电力，2013，41（2）：84～87.

[3]陈辉，黄启龙，戴维葆，等.国内300MW等级电站锅炉低氮燃烧器性能比较与评价[J].华东电力，2013，（05）：1116～1119.

[4]单锦宏.480t/h锅炉低氮燃烧器改造与运行优化调整 [J].江苏电机工程，2014，（11）：76～78.

[5]张圣伟，陈继学，洪民，等.低氮燃烧器改造及应注意的问题[J].发电设备，2013，（11）：432～435.

Study on Low NOx Burner Retrofit for a 300MW Unit Boiler

XING Shuang-xi1， ZHENG Hai-guo2， ZHANG Jian2， LIU Liang-liang2
（1.China Electric Power Research Institute of Science and Technology of Taiyuan Electric Power Technology Branch，Shanxi 030000，China
2.Xi'an Green Power Technology Co.，Ltd，Xi'an 710094，China）

TheNOxemissionconcentrationofa300MW unitBoilerinTaiyuanexceednational standardsthoughSCR wasused.Thus，weusedthenewtypeburnerandthewholefurnacestagedcombustiontechnologytoconducetedthelowNOx combustionsystem.IntheupstreamdecreasedtheproductionofNOx，theNOxemissionsdecreasedby about70%.Afterthe transformation，theexhaustgastemperatureoftheunitwasreducedbyabout6℃comparedwiththatbeforethetransformation，thecarboncontentofflyashwasnotchangedmuch，andtheboilerefficiencyisincreasedslightly.

lowNOxburner； NOx； stagedcombustiontechnology

TK227.1

B

2095-3429（2016）03-0040-03

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.03.009

2016-03-01

修回日期：2016-05-09

幸双喜（1984-），男，江西高安人，本科，工程师，从事火电厂锅炉燃烧优化方面的试验、研究工作。