燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响

燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响

尚海

（贵州黔东电力有限公司贵州省黔东南州镇远县557702）

摘要：目前，我国的科技发簪十分迅速，为研究燃烧调整对NOx排放和锅炉效率的影响，在330MW煤粉炉机组满负荷运行工况下，通过调整过量空气系数、SOFA风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角，测定了尾部烟道SCＲ入口A、B两侧的NOx排放浓度及其相关数据，并计算得到锅炉效率，研究了各因素对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。结果表明，运行氧含量较低时能降低NOx浓度并保证较高的锅炉效率；倒塔配风的NOx排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约9.1%和7.8%，倒塔配风最低，正塔配风最高；锅炉效率随着SOFA风开度的减小呈先上升后下降趋势，而NOx浓度呈递增趋势；随着周界风开度的逐渐增大，锅炉效率先减小后增加，而NOx排放逐渐增大，周界风开度变化7%，锅炉效率变化1%左右；随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下降趋势，而NOx浓度呈下降趋势。

关键词：NOx排放；燃烧优化调整；锅炉效率；电站锅炉；过量空气系数；配风方式

引言

生物质是一种低碳清洁的可再生能源，气化作为生物质能转化利用的一条主要途径，正日益受到重视。在我国降低散煤消耗以及提升生物质能利用规模的产业发展背景下，通过气化将生物质转化为低热值燃气后将其送入中小锅炉内燃烧供热已经成为工业锅炉去煤化一条重要途径；另一方面，生物质气化后将燃气送入大型煤粉锅炉混烧发电的技术路线也已成为发电行业关注的热点。

1试验

1.1试验机组概况

本文试验对象是上锅生产的SG－1151/17.5－M4008亚临界参数汽包炉，采用自然循环、四角切向燃烧，单炉膛，一次再热，平衡通风，锅炉紧身封闭，室内布置，固态排渣，为全钢架悬吊结构π型汽包锅炉，锅炉最大连续蒸发量1151t/h。制粉系统采用中速磨煤机直吹式制粉系统，共设5台中速磨煤机，其中4台运行，1台备用。空气预热器进风加热方式、一次风和二次风系统均采用暖风器加热系统，锅炉主要设计参数（设计煤种）见表1。

表1锅炉主要参数

1.2测量方法

测量手段包括烟气组分测量和燃烧室出口温度测量两部分。烟气组分测量通过TESTO350加强型烟气分析仪实现，该仪器利用电化学分析法测量烟气中的O2、CO、NO和NO2含量，利用电调制非分光红外（Non-DispersedInfrared，NDIR）测量CO2含量，由于该仪器自带进气干燥装置，测得数据均为干基排放数据。测量精度如表1所示。测量时在柔和燃烧器出口布置水冷Y型取样探针，正对烟气来流均匀布置等面积的取样孔，保证测量结果为出口烟气的平均值，烟气分析仪如图1所示，具体测量位置如图2所示。每个工况稳定后进行测量，测量时间不低于30s量结果取稳定时间段内的平均值。

图1烟气分析仪

图2实验台控制系统示意图

1.3试验内容

对于已投运的电站机组，影响其高效稳定燃烧和NOx生成的因素众多，主要有：①煤种基本特性，主要指燃用煤的挥发分、含碳量、含氮量、发热量等燃料的基本特性。②运行参数，主要指运行过程中，一次风、二次风、燃尽风的配比关系与风速参数，以及煤粉粒度、燃烧器的摆动角度等运行中的可控参数。③锅炉的结构参数，主要指机组设计的结构特性，燃烧器类型和燃烧方式以及炉膛设计的基本参数，如截面热负荷、排渣方式。本文针对以上影响因素，进行了NOx排放和机组效率的耦合试验。试验前保证机组的主、副机能够正常运转，检查整个机组的严密性，保证不泄露。试验前进行炉膛及受热面的吹扫作业并对试验所用的测量仪器、仪表等进行校核和标定。1）首先进行氧含量优化调整试验，试验时保持机组负荷稳定在330MW，维持一次风压、二次风配风方式、周界风开度、SOFA风配风方式、燃烧器摆角、磨煤机组合等不变，改变氧含量，实测排烟温度、氧含量、NOx、CO排放浓度、大气参数，采集原煤、飞灰、大渣，并记录相关DCS数据，煤粉燃烧器布置及平面示意如图3所示。

图3喷口布置形式

2）SOFA（分离燃尽风）风优化调整试验时保持机组负荷稳定，维持运行氧含量、二次风配风方式、周界风开度、磨通风量、燃烧器摆角、磨煤机组合等不变，研究SOFA风配风，对锅炉主要运行参数及性能的影响。试验中实测排烟温度、炉膛温度、氧含量、NOx和CO排放浓度、大气参数，采集原煤、飞灰、大渣，并记录相关DCS数据。3）周界风开度优化调整试验时，保持机组负荷稳定，维持运行氧含量、SOFA配风，二次风配风方式、磨通风量、燃烧器摆角、磨煤机组合等不变，研究周界风开度对锅炉主要运行参数及性能的影响。试验中进行锅炉效率测试，实测排烟温度、炉膛温度、氧含量、NOx和CO排放浓度、大气参数，采集原煤、飞灰、大渣，并记录相关DCS数据。4）燃烧器摆角优化调整试验时，保持机组负荷稳定，维持运行氧含量、二次风配风方式、SOFA风配风、磨通风量、周界风开度、磨煤机组合等不变，研究燃烧器摆角对锅炉主要运行参数及性能的影响。

2试验结果与讨论

2.1散热量对NOx的影响

由表2可知，A、B、C三种工况的燃烧室为石英玻璃，向外传热方式主要是向石英玻璃辐射热量，热量接着由空气自然对流带走，A、B、C工况的热量损失为18%~25%；而D、E、F三种工况的燃烧室为水冷套，燃烧器内的热量主要由水冷壁内的水通过强制对流带走，水冷壁的散热效果明显强于石英玻璃。图4为不同工况下NO~随当量比的变化，由图可知，当量比从0.6逐渐升到0.75时，A、B、C三个工况下的NO~均升高。相同当量比下提高空气流量，即提高射流速度NOx没有明显的变化。D、E、F三个工况下NOx的变化也具有相同的趋势，提高空气流量并不能明显改变NOx的值。说明尾气中NOx受射流速度的影响并不随燃烧室散热量的改变而变化。对比A、B、C三个工况和D、E、F三个工况可以发现，NOx随当量比的变化曲线逐渐向当量比更高的方向移动，当量比等于0.72时，A、B、C三个工况下的NOx明显高于工况E的NOx，说明随着燃烧室散热量的增加，相同当量比下尾气中NOx含量下降，其原因可能是燃烧室散热量增大导致燃烧室内整体温度下降，热力型NOx生成与温度相关，也会下降，导致整体NOx含量下降。

表2测量工况表

图4NOx随当量比的变化

2.2燃烧器摆角对NOx排放和锅炉效率的影响

燃烧器摆角是影响炉内温度场分布的主要参数，设置合理的燃烧器摆角是为了控制锅炉再热器出口汽温。但实际运行中，燃烧器摆角设置不当造成的机组汽温、汽压异常也时有发生，通过合理优化调整方案，控制燃烧器摆角从而改变火焰中心高度，进而直接影响主汽的温度和压力，同时影响锅炉的送煤量和风量。330MW负荷工况下，最佳运行氧含量、最佳SOFA风开度、二次风配风方式和最佳周界风开度条件下进行了3个变燃烧器摆角工况（33%、37%和40%），摆角越大，表明摆角越低，45%表示水平。

结语

1）通过优化调整炉内的过量空气系数可降低SCＲ进口NOx浓度，并保证较高的锅炉效率。2）依据分级燃烧原理降低NOx浓度的3种二次风配风方案试验中，倒塔配风的NOx排放浓度比正塔配风和均等配风分别低约9.1%和7.8%，其浓度在倒塔配风时最低，正塔配风时最高。

参考文献：

[1]王娟，苗韧，周伏秋．“十三五”能源与煤炭市场化改革与发展［J］．煤炭经济研究，2015，35（1）：9－13．

[2]张晓辉，孙锐，孙绍增，等．200MW锅炉空气分级低NOx燃烧改造实验研究［J］．热能动力工程，2008，23（6）：676－681．