锅炉热态燃烧调整试验

杨玉清 董 敏

(中国石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

为进一步强化大气污染治理，改善空气质量，并根据《2030年巴黎协定》的规定，我国正在执行越来越严格的环保政策。中国石化上海石油化工股份有限公司(以下简称上海石化)热电部2#炉选择性催化还原(SCR)反应器入口氮氧化物(NOx)质量浓度为450 mg/m3左右，由于SCR催化剂寿命有限，喷氨量和氨逃逸量大会导致空预器堵塞，因此需要把SCR反应器入口NOx质量浓度降低到350 mg/m3以下，才能避免空预器堵塞、延长催化剂寿命。同时，2#炉煤粉在炉膛内燃烧不充分，飞灰中炭的质量分数达到8.2%，不完全燃烧热损失高，导致锅炉效率偏低，直接影响经济效益[1-2]。针对以上两大问题，文章通过热态调整试验，分析其问题关键，提出优化运行建议。

1 锅炉设备概况

上海石化热电部2#炉为北京巴布科克·威尔科克斯公司生产的B&WB-410/9.8-M型锅炉，该锅炉为自然循环、Π型布置，设计燃料为晋北代表性煤，锅炉炉膛深度和宽度均为9 980 mm。

燃烧器采用四角切圆布置，干燥剂送粉，直流燃烧器，假想切圆直径为400 mm。制粉系统采用两台DTM320/580钢球磨。燃烧器布置方式从下到上依次是下二次风燃烧器、下层浓稀相燃烧器、中层外燃式微油点火燃烧器、中层可调式二次风燃烧器、上层外燃式燃烧器、上层可调式二次风燃烧器、上上层可调式二次风燃烧器、A层可调式燃尽风装置、B层可调式燃尽风装置。中、上、上上二次风燃烧器以及A、B燃尽风燃烧装置可左右摆动，即切圆可调燃烧器。设计参数见表1。

表1 锅炉燃烧器设计配风参数

其配备的制粉系统为钢球磨、中间储仓式、乏气送粉系统，分3#磨和4#磨系统，其中3#磨的乏气作为上层4个和下层2个共6个燃烧器的一次风；4#磨的乏气作为中层4个和下层2个燃烧器的一次风。

2 试验过程

2.1 一次风压调整

本调整试验以常规运行工况为基础，运行氧量按分散控制系统(DCS)氧量2.5%左右维持不变，通过调节排粉机入口挡板门5和再循环风门门6改变一次风压，一次风压按2.80(原始工况)，2.65，2.50 kPa三种方式进行，详见表2。

随着一次风压的降低，二次风压上升了0.2 kPa，高温过热器出口烟温下降了20 K左右，说明煤粉气流着火提前。为了保证制粉安全，一次风压没有继续下调，炉膛温度、飞灰中炭的质量分数、NOx、喷口温度、排烟烟气成分等参数并没有很大的变化。在18.4 m层的观火孔(下层燃尽风附近)处用红外高温仪进行温度测量，可见炉膛火焰中心位置偏高。从9 m层及燃烧器区域观火孔观测，积渣情况并没有差异，随着一次风压的降低也没有出现烧喷口的现象。总的来说，由于涉及制粉系统安全，一次风压下降有限，工况变动不明显。

表2 一次风压调整试验工况

2.2 二次风配风方式调整

本调整试验以常规运行工况为基础，运行氧量按DCS氧质量分数2.5%左右(甲氧质量分数2.7%，乙氧质量分数2.3%)维持不变,保持一次风压2.8 kPa不变，按正宝塔(习惯运行工况配风)、均等、倒宝塔、缩腰四种二次风配风方式进行试验(见表3)。从表3中可见配风方式换成倒宝塔和缩腰后，NOx明显降低，而两者相比，缩腰配风NOx更低。

表3 二次风配比 %

在18.4 m层的观火孔(下层燃尽风附近)处用红外高温仪进行温度测量，结果见表4。从表4中可见：随着下层、中下层、中上层二次风的关小，炉膛火焰中心下降了，常规工况下煤粉初期燃烧的供风增加，这部分风不参与燃烧反而起冷却作用，推迟了煤粉着火。总的来说，缩腰型的配风方式煤粉气流着火早，火焰中心稍低，燃烧状况改善，NOx质量浓度降低，针对目前使用的煤种，此种配风方式比较合理。

表4 炉膛温度测量结果 ℃

2.3 运行氧量调整

在双磨380 t/h下，按照一次风压2.8 kPa，缩腰型配风方式，按运行氧质量分数2.2%，2.5%，3.2%三种方式进行了优化试验(见表5)。

从表中5数据中可以看出：运行氧质量分数为3.2%时，反应器入口NOx为446 mg/m3，NOx偏高，而排烟氧质量分数6.5%，排烟损失大；运行氧质量分数为2.5%时，排烟氧质量分数为6.3%，排烟损失大；氧质量分数为2.2%时，反应器入口NOx为341 mg/m3，减温水量21.4 t/h，飞灰中炭的质量分数为6.2%。因此综合考虑运行氧质量分数为2.2%时更为合适。

3 整体燃烧优化调整

由于氧量、CO、NOx、一次风压、一次风投运数量、燃尽风、周界风、二次风投运方式以及制粉系统电耗出力等因素相互影响，需要折中寻优，在380 t/h负荷下进行了综合性优化试验。考虑到制粉安全，一次风压保持2.8 kPa，而二次风配风按缩腰型，周界风、中心风全关，运行氧量2.2%，给粉机均等给粉，进行了整体燃烧优化调整。从优化结果可知，NOx虽然同样持续波动，但是相比于原始工况，优化后的NOx下降了100 mg/m3左右，喷氨量从65 kg/h下降到47 kg/h。另外，燃烧稳定性提高，锅炉负荷波动小，飞灰中炭的质量分数从原来的7.9%下降到5.9%，炉效从90.01%上升到90.50%，经济性大大提升(见表6)。

4 结论及建议

(1)锅炉一次风压不宜过高。一方面，一次风率高，锅炉燃烧大量掺冷风，空预器预热的风量少，空预器出口的烟气温度高，因此锅炉的排烟热损失大大增加；另一方面，由于一次风速过高，煤粉着火迟，不利于煤粉的燃尽，飞灰中炭的质量分数高。但是，降低一次风压运行，细粉分离器入口弯头处容易积粉。而对于2#炉，如果为了保持系统通风量，开大再循环风门，会导致磨煤机入口温度上升，容易产生闪爆。所以，有必要对2#炉做制粉系统试验，在保证制粉系统安全运行的同时，降低一次风率，改善燃烧，使得煤粉提前着火，降低固体未完全燃烧热损失和排烟热损失。

(2)煤粉初期燃烧氧量过多导致NOx大量产生，关小中上、中下层二次风有利于改善煤粉着火，提高燃烧稳定性，降低NOx产生，建议采用缩腰型的二次风配风方式。

(3)周界风、中心风过大不利于燃烧稳定性，导致NOx生成较多，在现有煤种下，建议关闭周界风和中心风，如果有个别火嘴温度超温则适当开启其周界风。

(4)燃烧过程中，如CO、飞灰中炭的质量分数不明显升高，建议尽量降低运行氧量，以提高锅炉热效率。