低氮燃烧器在670T锅炉上的运用探讨

李岩波+孙军峰+郭文江+陈学军

摘要： 低氮燃烧器是一种新型环保燃烧器，可降低锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物。本文针对漳泽发电分公司670T锅炉进行低氮燃烧器改造后的运行情况、燃烧调整方法和出现的问题进行全面分析比较，并提出针对性运行调整措施，使锅炉运行更加经济与安全，达到环保排放要求。

Abstract： Low-NOX burner is a new kind of green burner， and it can reduce the nitrogen oxides produced during combustion of boiler. This paper analyzed the operating conditions， combustion adjustment methods and emerging problems of boiler 670T of Zhangze Power Generation Branch Company after transformation of low-NOX burner， and proposed targeted adjustment measures to achieve more economical and safe operation of boiler and meet environmental emissions requirements.

关键词： 低氮燃烧器；一次风速；火焰中心

Key words： low-NOX burner；once wind speed；flame center

中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0057-02

1 设备概况

漳泽发电分公司#3锅炉为单汽包、自然循环、双炉膛、超高压中间再热、固态排渣煤粉锅炉。在炉膛左右两侧墙上13600mm和18100mm标高处分上下两层布置16支旋流式煤粉喷燃器，每侧8支，每层4支。在上层喷燃器以上的左右两侧墙20600mm标高处还对称布置三次风喷燃器8支，每侧墙各4支。燃烧器为双蜗壳旋流式燃烧器，其一次风蜗壳内部加装有特殊的内螺纹均流线，二次风结构为可调的轴向叶片，一、二次风旋转方向相同，相邻两燃烧器旋转方向相反。为适应环保排放要求，降低锅炉烟气中的NOX含量，达到环保排放标准，漳泽发电分公司#3炉于2013年12月至2014年1月利用B级检修机会对该炉进行了燃烧设备的改造。

2 NOX生成机理与低氮燃烧技术

2.1 NOX生成机理 燃料燃烧所生成的NO主要来自两方面：一是燃烧所用空气中氮的氧化，即“热力型NO”；二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化，即“燃料型NO”。另外还有“瞬发型NO”。

2.2 降低NOX的燃烧技术 ①降低主燃烧区域的氧气浓度，当过量空气系数а<1时，燃烧区处于富燃料燃烧状态，这对减少NOX生成有明显的效果。②在炉墙附近及炉膛上部增大氧气浓度，进行过化学当量的富氧燃烧，避免水冷壁及过热器的高温腐蚀，同时促进煤粉的完全燃烧。

3 低氮燃烧器改造方案

3.1 燃烧器部分 为增加主燃烧区燃料浓度，实现分级燃烧，将标高为18100mm处的8只燃烧器整体下移1000mm，在竖直方向上与原燃烧器位置一一对应，下层燃烧器标高位置不变。将16只原燃烧器整体改造为LYSC-3型（非偏置型）低NOX燃烧器，一次风气流通道内布置旋流叶片（弱旋）。二次风分为外二次风和内二次风两部分送入炉膛，同时将三次风喷口下移，布置在上下喷燃器中间，将三次风流量的2/3送入炉膛，增加了主燃区的燃料浓度，使主燃区在富燃料状态下燃烧，从而抑制NOX的生成。

3.2 燃尽风部分 为达到深化炉膛内空气分级燃烧的目的，在两侧墙水冷壁标高为20700mm的位置处各布置4个内径为722mm的燃尽风喷口，保证燃尽风喷口的通流面积不变。原三次风风量的1/3作为新布置的燃尽风喷口的中心部分，新增燃尽风的风率为20%，这样，总的燃尽风风率达到27%。

3.3 三次风部分 在两侧墙水冷壁标高为16100mm的位置处增设8个内径为506mm的三次风喷口，风量为原三次风风量的2/3。为了避免三次风气流对主燃烧器的气流造成影响，下移后的三次风喷口布置位置需考虑气流相互影响。原三次风风量的1/3作为燃尽风（标高为20700mm）的中心风使用。

4 低氮燃烧器改造后出现的问题、原因分析及措施

4.1 运行中出现的问题 ①低负荷时再热汽温偏低，平均低于530℃。②锅炉在加负荷时容易发生超温现象，减温水用量较大；③飞灰含碳量略有升高，由之前的平均4.5%升高至5.1%；④锅炉效率有所降低，由之前的平均91.3%降至90.6%。

4.2 原因分析 ①低氮空气分级燃烧技术改造之后，主燃区的温度下降较多，炉内温度分布更加均匀。水冷壁的沾污结渣情况会有很大改善，炉内水冷壁吸热增强，炉膛出口烟温下降，锅炉的过热汽温、再热汽温下降，特别是在低负荷时更为明显。②锅炉在加负荷时，如果主燃烧区的风量不能及时送入，在燃料投自动的情况下，给粉机转速会大幅升高，使主燃区的煤粉浓度升高很快，虽然一定程度上抑制了NOX的生成，但使得煤粉燃烧推迟，火焰中心明显上移，致使炉膛出口烟温升高，从而引起过热汽温升高甚至出现超温现象。

4.3 运行措施 ①根据燃用煤种调整燃烧器各挡板位置：下层燃烧器：内二次风旋流叶片开度60度，内二次风盖板开度100%，外二次风旋流叶片开度45度。上层燃烧器：内二次风旋流叶片开度60度，内二次风盖板开度50%，外二次风旋流叶片开度45度。燃尽风：旋流叶片开度0度（直流），三次风冷却风门开度20%。三次风全部切换至下层三次风火嘴。②高负荷时：氧量控制在3.5%-4.0%；下层燃烧器二次风门开度40～50%，上层二次风门开度25～35%，燃尽风门开度60%-100%。一次风调整：应根据风粉浓度变化情况，及时提高一次风速和一次风总风压，确保一次风风粉浓度显示均匀稳定。③低负荷时：燃烧调整以稳定燃烧为主，下层二次风门开度20-25%，上层二次风风门开度20%，燃尽风根据氧量情况适当关小，最小可关至15%，炉膛出口氧量维持在4～5%，最大不超5%。

5 结论

通过一段时间运行后，#3炉于2014年3月1日至3月15日进行了改造后的性能试验，试验要求在燃用实际煤种，机组660t/h、570t/h、500t/h负荷三个工况进行测试；测量NOX排放浓度、改造后的锅炉效率、飞灰含碳量、CO排放浓度，并检查炉膛以及燃烧器喷口附近的结焦情况。

通过表1、2可以看出：

5.1 锅炉660t/h出力工况热效率与设计值（91.831%、670 t/h）相比，提高约0.239个百分点。

5.2 锅炉飞灰含碳量达到了本次燃烧器改造后“飞灰含碳量小于5%”的目标。

5.3 在锅炉660t/h、570t/h、500t/h出力工况下，炉膛烟气NOX含量（O2=6%，标基干态）分别为537mg/m3、541mg/m3、541mg/m3，达到保证值（省煤器出口锅炉NOX排放值为不高于550mg/Nm3）；炉膛烟气CO含量分别为37ppm、26ppm、34ppm，达到保证值（不大于100ppm）。

表1 不同负荷下锅炉效率及主要参数表

■

表2 不同负荷下锅炉排放值

■

6 结束语

通过此次改造，虽然锅炉在刚运行初期出现一系列问题，但通过运行人员对改造设备的熟悉和燃烧方式及配风的合理调整后，使锅炉运行更加安全、经济、稳定，达到了改造初期要求，最重要的是大幅度降低了NOX排放，取得了明显的环境效益，值得在分公司其它锅炉上运用和推广。

参考文献：

[1]任建兴，瞿晓敏，傅坚刚，等.火电厂氮氧化物的生成与控制[J].上海电力学院学报，2002，18（3）：19-23.

[2]张成恩.分级燃烧技术的应用[J].锅炉技术，1998（6）.

[3]漳泽发电分公司#3炉性能试验报告[R].endprint

摘要： 低氮燃烧器是一种新型环保燃烧器，可降低锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物。本文针对漳泽发电分公司670T锅炉进行低氮燃烧器改造后的运行情况、燃烧调整方法和出现的问题进行全面分析比较，并提出针对性运行调整措施，使锅炉运行更加经济与安全，达到环保排放要求。

Abstract： Low-NOX burner is a new kind of green burner， and it can reduce the nitrogen oxides produced during combustion of boiler. This paper analyzed the operating conditions， combustion adjustment methods and emerging problems of boiler 670T of Zhangze Power Generation Branch Company after transformation of low-NOX burner， and proposed targeted adjustment measures to achieve more economical and safe operation of boiler and meet environmental emissions requirements.

关键词： 低氮燃烧器；一次风速；火焰中心

Key words： low-NOX burner；once wind speed；flame center

中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0057-02

1 设备概况

漳泽发电分公司#3锅炉为单汽包、自然循环、双炉膛、超高压中间再热、固态排渣煤粉锅炉。在炉膛左右两侧墙上13600mm和18100mm标高处分上下两层布置16支旋流式煤粉喷燃器，每侧8支，每层4支。在上层喷燃器以上的左右两侧墙20600mm标高处还对称布置三次风喷燃器8支，每侧墙各4支。燃烧器为双蜗壳旋流式燃烧器，其一次风蜗壳内部加装有特殊的内螺纹均流线，二次风结构为可调的轴向叶片，一、二次风旋转方向相同，相邻两燃烧器旋转方向相反。为适应环保排放要求，降低锅炉烟气中的NOX含量，达到环保排放标准，漳泽发电分公司#3炉于2013年12月至2014年1月利用B级检修机会对该炉进行了燃烧设备的改造。

2 NOX生成机理与低氮燃烧技术

2.1 NOX生成机理 燃料燃烧所生成的NO主要来自两方面：一是燃烧所用空气中氮的氧化，即“热力型NO”；二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化，即“燃料型NO”。另外还有“瞬发型NO”。

2.2 降低NOX的燃烧技术 ①降低主燃烧区域的氧气浓度，当过量空气系数а<1时，燃烧区处于富燃料燃烧状态，这对减少NOX生成有明显的效果。②在炉墙附近及炉膛上部增大氧气浓度，进行过化学当量的富氧燃烧，避免水冷壁及过热器的高温腐蚀，同时促进煤粉的完全燃烧。

3 低氮燃烧器改造方案

3.1 燃烧器部分 为增加主燃烧区燃料浓度，实现分级燃烧，将标高为18100mm处的8只燃烧器整体下移1000mm，在竖直方向上与原燃烧器位置一一对应，下层燃烧器标高位置不变。将16只原燃烧器整体改造为LYSC-3型（非偏置型）低NOX燃烧器，一次风气流通道内布置旋流叶片（弱旋）。二次风分为外二次风和内二次风两部分送入炉膛，同时将三次风喷口下移，布置在上下喷燃器中间，将三次风流量的2/3送入炉膛，增加了主燃区的燃料浓度，使主燃区在富燃料状态下燃烧，从而抑制NOX的生成。

3.2 燃尽风部分 为达到深化炉膛内空气分级燃烧的目的，在两侧墙水冷壁标高为20700mm的位置处各布置4个内径为722mm的燃尽风喷口，保证燃尽风喷口的通流面积不变。原三次风风量的1/3作为新布置的燃尽风喷口的中心部分，新增燃尽风的风率为20%，这样，总的燃尽风风率达到27%。

3.3 三次风部分 在两侧墙水冷壁标高为16100mm的位置处增设8个内径为506mm的三次风喷口，风量为原三次风风量的2/3。为了避免三次风气流对主燃烧器的气流造成影响，下移后的三次风喷口布置位置需考虑气流相互影响。原三次风风量的1/3作为燃尽风（标高为20700mm）的中心风使用。

4 低氮燃烧器改造后出现的问题、原因分析及措施

4.1 运行中出现的问题 ①低负荷时再热汽温偏低，平均低于530℃。②锅炉在加负荷时容易发生超温现象，减温水用量较大；③飞灰含碳量略有升高，由之前的平均4.5%升高至5.1%；④锅炉效率有所降低，由之前的平均91.3%降至90.6%。

4.2 原因分析 ①低氮空气分级燃烧技术改造之后，主燃区的温度下降较多，炉内温度分布更加均匀。水冷壁的沾污结渣情况会有很大改善，炉内水冷壁吸热增强，炉膛出口烟温下降，锅炉的过热汽温、再热汽温下降，特别是在低负荷时更为明显。②锅炉在加负荷时，如果主燃烧区的风量不能及时送入，在燃料投自动的情况下，给粉机转速会大幅升高，使主燃区的煤粉浓度升高很快，虽然一定程度上抑制了NOX的生成，但使得煤粉燃烧推迟，火焰中心明显上移，致使炉膛出口烟温升高，从而引起过热汽温升高甚至出现超温现象。

4.3 运行措施 ①根据燃用煤种调整燃烧器各挡板位置：下层燃烧器：内二次风旋流叶片开度60度，内二次风盖板开度100%，外二次风旋流叶片开度45度。上层燃烧器：内二次风旋流叶片开度60度，内二次风盖板开度50%，外二次风旋流叶片开度45度。燃尽风：旋流叶片开度0度（直流），三次风冷却风门开度20%。三次风全部切换至下层三次风火嘴。②高负荷时：氧量控制在3.5%-4.0%；下层燃烧器二次风门开度40～50%，上层二次风门开度25～35%，燃尽风门开度60%-100%。一次风调整：应根据风粉浓度变化情况，及时提高一次风速和一次风总风压，确保一次风风粉浓度显示均匀稳定。③低负荷时：燃烧调整以稳定燃烧为主，下层二次风门开度20-25%，上层二次风风门开度20%，燃尽风根据氧量情况适当关小，最小可关至15%，炉膛出口氧量维持在4～5%，最大不超5%。

5 结论

通过一段时间运行后，#3炉于2014年3月1日至3月15日进行了改造后的性能试验，试验要求在燃用实际煤种，机组660t/h、570t/h、500t/h负荷三个工况进行测试；测量NOX排放浓度、改造后的锅炉效率、飞灰含碳量、CO排放浓度，并检查炉膛以及燃烧器喷口附近的结焦情况。

通过表1、2可以看出：

5.1 锅炉660t/h出力工况热效率与设计值（91.831%、670 t/h）相比，提高约0.239个百分点。

5.2 锅炉飞灰含碳量达到了本次燃烧器改造后“飞灰含碳量小于5%”的目标。

5.3 在锅炉660t/h、570t/h、500t/h出力工况下，炉膛烟气NOX含量（O2=6%，标基干态）分别为537mg/m3、541mg/m3、541mg/m3，达到保证值（省煤器出口锅炉NOX排放值为不高于550mg/Nm3）；炉膛烟气CO含量分别为37ppm、26ppm、34ppm，达到保证值（不大于100ppm）。

表1 不同负荷下锅炉效率及主要参数表

■

表2 不同负荷下锅炉排放值

■

6 结束语

通过此次改造，虽然锅炉在刚运行初期出现一系列问题，但通过运行人员对改造设备的熟悉和燃烧方式及配风的合理调整后，使锅炉运行更加安全、经济、稳定，达到了改造初期要求，最重要的是大幅度降低了NOX排放，取得了明显的环境效益，值得在分公司其它锅炉上运用和推广。

参考文献：

[1]任建兴，瞿晓敏，傅坚刚，等.火电厂氮氧化物的生成与控制[J].上海电力学院学报，2002，18（3）：19-23.

[2]张成恩.分级燃烧技术的应用[J].锅炉技术，1998（6）.

[3]漳泽发电分公司#3炉性能试验报告[R].endprint

摘要： 低氮燃烧器是一种新型环保燃烧器，可降低锅炉燃烧过程中产生的氮氧化物。本文针对漳泽发电分公司670T锅炉进行低氮燃烧器改造后的运行情况、燃烧调整方法和出现的问题进行全面分析比较，并提出针对性运行调整措施，使锅炉运行更加经济与安全，达到环保排放要求。

Abstract： Low-NOX burner is a new kind of green burner， and it can reduce the nitrogen oxides produced during combustion of boiler. This paper analyzed the operating conditions， combustion adjustment methods and emerging problems of boiler 670T of Zhangze Power Generation Branch Company after transformation of low-NOX burner， and proposed targeted adjustment measures to achieve more economical and safe operation of boiler and meet environmental emissions requirements.

关键词： 低氮燃烧器；一次风速；火焰中心

Key words： low-NOX burner；once wind speed；flame center

中图分类号：TK227.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）25-0057-02

1 设备概况

漳泽发电分公司#3锅炉为单汽包、自然循环、双炉膛、超高压中间再热、固态排渣煤粉锅炉。在炉膛左右两侧墙上13600mm和18100mm标高处分上下两层布置16支旋流式煤粉喷燃器，每侧8支，每层4支。在上层喷燃器以上的左右两侧墙20600mm标高处还对称布置三次风喷燃器8支，每侧墙各4支。燃烧器为双蜗壳旋流式燃烧器，其一次风蜗壳内部加装有特殊的内螺纹均流线，二次风结构为可调的轴向叶片，一、二次风旋转方向相同，相邻两燃烧器旋转方向相反。为适应环保排放要求，降低锅炉烟气中的NOX含量，达到环保排放标准，漳泽发电分公司#3炉于2013年12月至2014年1月利用B级检修机会对该炉进行了燃烧设备的改造。

2 NOX生成机理与低氮燃烧技术

2.1 NOX生成机理 燃料燃烧所生成的NO主要来自两方面：一是燃烧所用空气中氮的氧化，即“热力型NO”；二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化，即“燃料型NO”。另外还有“瞬发型NO”。

2.2 降低NOX的燃烧技术 ①降低主燃烧区域的氧气浓度，当过量空气系数а<1时，燃烧区处于富燃料燃烧状态，这对减少NOX生成有明显的效果。②在炉墙附近及炉膛上部增大氧气浓度，进行过化学当量的富氧燃烧，避免水冷壁及过热器的高温腐蚀，同时促进煤粉的完全燃烧。

3 低氮燃烧器改造方案

3.1 燃烧器部分 为增加主燃烧区燃料浓度，实现分级燃烧，将标高为18100mm处的8只燃烧器整体下移1000mm，在竖直方向上与原燃烧器位置一一对应，下层燃烧器标高位置不变。将16只原燃烧器整体改造为LYSC-3型（非偏置型）低NOX燃烧器，一次风气流通道内布置旋流叶片（弱旋）。二次风分为外二次风和内二次风两部分送入炉膛，同时将三次风喷口下移，布置在上下喷燃器中间，将三次风流量的2/3送入炉膛，增加了主燃区的燃料浓度，使主燃区在富燃料状态下燃烧，从而抑制NOX的生成。

3.2 燃尽风部分 为达到深化炉膛内空气分级燃烧的目的，在两侧墙水冷壁标高为20700mm的位置处各布置4个内径为722mm的燃尽风喷口，保证燃尽风喷口的通流面积不变。原三次风风量的1/3作为新布置的燃尽风喷口的中心部分，新增燃尽风的风率为20%，这样，总的燃尽风风率达到27%。

3.3 三次风部分 在两侧墙水冷壁标高为16100mm的位置处增设8个内径为506mm的三次风喷口，风量为原三次风风量的2/3。为了避免三次风气流对主燃烧器的气流造成影响，下移后的三次风喷口布置位置需考虑气流相互影响。原三次风风量的1/3作为燃尽风（标高为20700mm）的中心风使用。

4 低氮燃烧器改造后出现的问题、原因分析及措施

4.1 运行中出现的问题 ①低负荷时再热汽温偏低，平均低于530℃。②锅炉在加负荷时容易发生超温现象，减温水用量较大；③飞灰含碳量略有升高，由之前的平均4.5%升高至5.1%；④锅炉效率有所降低，由之前的平均91.3%降至90.6%。

4.2 原因分析 ①低氮空气分级燃烧技术改造之后，主燃区的温度下降较多，炉内温度分布更加均匀。水冷壁的沾污结渣情况会有很大改善，炉内水冷壁吸热增强，炉膛出口烟温下降，锅炉的过热汽温、再热汽温下降，特别是在低负荷时更为明显。②锅炉在加负荷时，如果主燃烧区的风量不能及时送入，在燃料投自动的情况下，给粉机转速会大幅升高，使主燃区的煤粉浓度升高很快，虽然一定程度上抑制了NOX的生成，但使得煤粉燃烧推迟，火焰中心明显上移，致使炉膛出口烟温升高，从而引起过热汽温升高甚至出现超温现象。

4.3 运行措施 ①根据燃用煤种调整燃烧器各挡板位置：下层燃烧器：内二次风旋流叶片开度60度，内二次风盖板开度100%，外二次风旋流叶片开度45度。上层燃烧器：内二次风旋流叶片开度60度，内二次风盖板开度50%，外二次风旋流叶片开度45度。燃尽风：旋流叶片开度0度（直流），三次风冷却风门开度20%。三次风全部切换至下层三次风火嘴。②高负荷时：氧量控制在3.5%-4.0%；下层燃烧器二次风门开度40～50%，上层二次风门开度25～35%，燃尽风门开度60%-100%。一次风调整：应根据风粉浓度变化情况，及时提高一次风速和一次风总风压，确保一次风风粉浓度显示均匀稳定。③低负荷时：燃烧调整以稳定燃烧为主，下层二次风门开度20-25%，上层二次风风门开度20%，燃尽风根据氧量情况适当关小，最小可关至15%，炉膛出口氧量维持在4～5%，最大不超5%。

5 结论

通过一段时间运行后，#3炉于2014年3月1日至3月15日进行了改造后的性能试验，试验要求在燃用实际煤种，机组660t/h、570t/h、500t/h负荷三个工况进行测试；测量NOX排放浓度、改造后的锅炉效率、飞灰含碳量、CO排放浓度，并检查炉膛以及燃烧器喷口附近的结焦情况。

通过表1、2可以看出：

5.1 锅炉660t/h出力工况热效率与设计值（91.831%、670 t/h）相比，提高约0.239个百分点。

5.2 锅炉飞灰含碳量达到了本次燃烧器改造后“飞灰含碳量小于5%”的目标。

5.3 在锅炉660t/h、570t/h、500t/h出力工况下，炉膛烟气NOX含量（O2=6%，标基干态）分别为537mg/m3、541mg/m3、541mg/m3，达到保证值（省煤器出口锅炉NOX排放值为不高于550mg/Nm3）；炉膛烟气CO含量分别为37ppm、26ppm、34ppm，达到保证值（不大于100ppm）。

表1 不同负荷下锅炉效率及主要参数表

■

表2 不同负荷下锅炉排放值

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6 结束语

通过此次改造，虽然锅炉在刚运行初期出现一系列问题，但通过运行人员对改造设备的熟悉和燃烧方式及配风的合理调整后，使锅炉运行更加安全、经济、稳定，达到了改造初期要求，最重要的是大幅度降低了NOX排放，取得了明显的环境效益，值得在分公司其它锅炉上运用和推广。

参考文献：

[1]任建兴，瞿晓敏，傅坚刚，等.火电厂氮氧化物的生成与控制[J].上海电力学院学报，2002，18（3）：19-23.

[2]张成恩.分级燃烧技术的应用[J].锅炉技术，1998（6）.

[3]漳泽发电分公司#3炉性能试验报告[R].endprint