低氮燃烧器改造在350MW机组上的应用

王俊峰

【摘 要】 本文主要论述了：某电厂2*350MW机组低氮燃烧器通过采用大风箱布置，新增加燃尽风4层（SOFA ）与双尺度低NOx燃烧技术相结合系统，实现了NOx排放浓度的明显下降，下降幅度达60%～70%；并有效控制炉膛结焦，超温；以及吹灰器使用次数同时进行了等离子点火配套改造，取消了原有的微油点火装置及上层大油系统，降低全年耗油量；在NOx排放量得到大幅度降低的同时提升燃烧效率。

【关键词】 低氮燃烧器 空气分级 浓淡分离 锅炉效率

1 锅炉概述

锅炉为单炉膛“∏”型布置，紧身封闭，高强螺栓连接，全钢架悬吊结构，采用四角切向燃烧、摆动燃烧器调温，固态除渣、平衡通风。可采用定压运行，也可采用定-滑-定的运行方式。炉膛截面为14212×14212mm的正方形，配有正四角切向燃烧器，为炉膛四围热负荷均匀提供了良好条件。炉室净高57.5m，炉膛截面积为202m2，炉膛容积9549.37m3，上排一次风喷口中心线至屏底距离19.5m，下排一次风喷口中心线至灰斗拐角为4.54m。炉膛截面热负荷为4.38MW/m2，容积热负荷为92.6kW/m3，炉膛出口烟气温度为1011.3℃。水冷壁按受热情况，沿炉膛高度与宽度的热负荷分布划分28个回路，炉膛水冷壁采用膜式结构，由Φ60×7.5mm，SA210C光管和内螺纹管与6mm扁钢相焊制成，节距S=76mm，折焰角处由Φ70×10mm的内螺纹管组成。在炉膛四角处的水冷壁管子形成燃烧器的水冷套。

2 锅炉存在问题

（1）响应国家号召，节能减排要求，锅炉燃煤燃烧过程中排放的NOx气体危害大且较难处理的大气污染物，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。

（2）受热面结渣，过热器超温，锅炉效率低。

3 改造技术要求

（1）确保锅炉燃烧脱硝后NOX排放小于100mg/nm3硫含量小于200mg/nm3。

（2）过热器后屏温度小于568度。

（3）结焦问题好转，能适应高热值的煤。

4 改造方案简介

对燃烧器进行重新布置，改变假象切圆直径，由原来的ΦA728*ΦA915改为ΦA415*ΦA728，调整各层煤粉及辅助风标高和间距，增加新的燃尽风组建以增加高位风量。原主燃烧器上方约9 m处增加4层分离燃尽风SOFA喷口，分配足量的SOFA燃尽风量，SOFA喷口可同时做上下左右摆动。燃烧器系统风门由下至上依次为：AA二次风、A（一次风）微油已取消、AB（二次风）、B（一次风）、（增加4台等离子燃烧）；BB（油枪）；BC二次风（带贴壁风）、C（一次风）、CC（二次风已取消）DD（二次风已取消改为CD为二次风）、D（一次风）、DE油枪已取消（二次风带贴壁风）、EE（二次风已取消）、E（一次风）EF二次风（带贴壁风）、F二次风（已取消）、OFA二次风（带贴壁风）、WA贴壁风、SOFA1～SOFA4，通过改造，主燃烧区域风量减少25%，形成在主燃烧区低氧燃烧、燃尽区采用富氧燃烧，将燃烧生成的NOx还原为氮气，减少氮氧化物的生成。主燃烧器区域减少的25%风量通过燃尽风系统吹入炉膛，形成富氧燃烧区域，将主燃烧器区域未燃烧完全的煤粉燃烬，减少飞灰含碳量控制炉膛温度，减少NOX生成，在主燃烧器上方7.6米，增加了4层燃尽风（SOFA），采用大风箱布置，同时进行了等离子点火配套改造。

5 低氮燃烧器技术

炉内燃烧过程NOx生成主要有三种类型，燃料型、热力型及快速型三种，燃料型NOx约占80—90%，是各种低NOx技术控制的主要对象。其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，快速型NOx生成量很少。本次改造将采取的相关措施控制燃料型及热力型NOx的生成，因为燃料型NOx占总量的80-90%，是燃烧器改造主要控制对象，一般有低NOx燃烧器、低过量空气系数、燃料及空气分级、烟气再循环等技术手段。特别是空气分级技术，因为较易实施，无需再燃燃料等，得到普遍应用。近年来国内外已发展多种空气分级技术，但是由于我国煤质复杂，往往易出现锅炉结渣，飞灰含碳量较高等问题。因为采用空气分级以后，一部分空气被分离至燃烧器顶部作为燃尽风，使灰熔点降低不易结焦。

本电厂改造设计煤质挥发份较高烟煤，较适合于采用双尺度特点的空气分级降NOx技术，但考虑到灰熔点变低的可能性，制定改造方案时特别注意防止改造后锅炉结渣，降NOx的同时防止局部区域出现锅炉结渣及高温腐蚀的倾向发生，并保持较高的锅炉效率。双尺度低NOx燃烧技术以炉膛大空间作为对象，通过对燃烧器进行双尺度特点的布置，可同时具有防渣、防腐、高效稳燃，超低NOx排放，是一项成熟的低NOx燃烧技术实施系统优化达到防渣、燃尽、低NOx一体化的目的。双尺度技术是从解决真型炉存在的实际问题出发，炉膛中心形成了“中心区”有较高煤粉浓度、较高温度、适宜氧浓度、较高燃烧强度，炉膛近壁区形成温度低保证近壁区三场特性利于防渣。采用双尺度技术后，水冷壁得到重点保护，炉膛不结渣、可实现长时间炉膛不吹灰，采用低NOx燃烧器、一次风喷口集中且浓淡组合、接力热回流环涡稳燃等技术手段，在燃烧过程尺度上利用热力与动力不对称性原理使三种动涡连续相扣，特别是喷口处煤粉热解着火后碳的着火燃烧区段的三场特性利于与炉中心复合射流大涡的复合连接。环涡内碳粒有较高的内回流率延长了在环涡内停留时间，显著提高了环涡内碳燃烧发热量，环涡稳燃、着火、碳燃烧、碳燃尽全过程链环稳固，针对目前锅炉运行中存在的问题制定了本方案。对燃烧器进行重新的结构布局，针对易于结焦的区域进行煤粉控制燃烧，强调消除炉内燃烧的峰值温度，更加均匀化的温度场分布对煤粉燃烧的过程尺度进行控制，力求对锅炉较高经济性的追求。

6 燃烧器低NOx改造措施

（1）在主燃烧器上方合适位置引入适量的燃尽风（总风量20—30%），燃尽风采用多喷口多角度射入，沿高度方向从下至上形成三大区域，分别为氧化还原区（总风量的70—80%）、主还原区、燃尽区。由于有较大燃尽风量的存在，主燃烧器区存在氧化还原交替存区，氧化有助于煤粉初期燃烧，升高炉温，促进煤粉燃尽，但会产生较多的NOx，局部还原区可以初步还原产生的NOx，使NOx在初始燃烧时就得到抑制。主还原区内已生成的NOx得到充分还原，燃尽区内将作为燃尽风的二次风及时补充进来，促进焦碳最后燃尽。通过纵向三区布置，形成纵向空气分级，NOx将得到极大抑制，飞灰可燃物也会得到控制。

由于实现纵向空气分级，相对地燃烧器区域有所扩大，燃烧器区域热负荷降低，炉内温度峰值降低，可以减少或消除热力型NOx产生。

（2）横向双区布置：燃烧器改造后，调整二次风射流方向，与一次风小角度偏斜，在炉内分别形成两个较小的相反旋向的切圆。关键节点区的两层一次风之间还会布置我公司特有的贴壁风喷口，形成横向空气分级。这种横向空气分级布置，可使沿炉膛截面形成中心区和近部区两区分布，中心区较高的煤粉浓度、较高的温度水平；近壁区较低的颗粒浓度、较低的温度水平，由于贴壁风的存在，近壁区可保留足够的氧的存在。一二次风偏置后可使一次风初始燃烧时，二次风不能过早混合进来，可形成局部缺氧燃烧，在火焰内就进行NOx还原，抑制NOx产生；同时二次风偏斜角度较小，而且与一次风形成反切，在火焰末端二次风能够充分掺混合进来，使缺氧燃烧时产生的焦炭再燃烧，保证煤粉燃尽。横向空气分级与纵向空气分级一起形成空间空气分级。

（3）低NOx燃烧器：一次风设计喷口为上下浓淡分离形式，中间加装稳燃钝体形式，浓淡燃烧除可降低NOx外，还可对煤粉稳燃、提前着火有积极作用。同时钝体能优先增加卷吸的高温烟气量，进一步强化稳燃。

（4）适当降低一次风率，保证煤粉及时着火，并可有效降低NOx生成。

（5）节点功能区的建立将下层一次风设计为上浓下淡燃烧器喷口，上层一次风布置为下浓上淡一次风喷口，两层一次风喷口中间的二次风小角度与一次风射流偏置，同时布置贴壁风喷口。这样的喷口组合，同时具有稳燃、降低NOx的作用，将燃尽风门和贴壁风风门开大，可实现NOx和飞灰可燃物同时降低。

7 改造后效果

低氮燃烧器改造后在额定工况下，在BMCR工况下，火焰偏斜较小，烟气流场和热负荷分布均匀，锅炉无超温结焦现象。低氮燃烧器改造后省煤器出口NOx由改造前810mg/nm3左右降到300mg/nm3以内；锅炉热效率达到93.28%左右。

8 结语

此次改造取得了圆满的成功，并达到国家环保要求，锅炉效率提高0.28%，超出设计出力1165t/h，最高可带负荷1270t/h稳定运行。