300MW机组锅炉低氮燃烧改造及优化运行技术研究

300MW机组锅炉低氮燃烧改造及优化运行技术研究

王立东

（大唐辽源发电厂吉林省辽源市136200）

摘要：随着国家对发电企业节能减排的门槛不断提高，火电厂面临的经营压力和环保压力日趋严重。氮氧化物是燃煤火电厂烟气排放的污染物之一，其所含成份能形成酸雨的原因之一，能引起温室效应，破坏臭氮层；同时，对人体的心、肝、肾和造血组织会有损害。到2020年，我国的氮氧化物排放量按现今增长速度将达到2363～2914万吨。因此，控制氮氧化物排放已刻不容缓。

关键词：300MW机组锅炉；低氮燃烧；改造技术

火电厂大气污染物排放控制问题，已越来越受到世界各国政府的关注和重视。国家对污染物排放控制标准也逐步提高，火电厂普遍应用了脱硫、脱硝装置和低氮燃烧技术。因此，根据环境保护部的火电厂氮氧化物防治技术政策的技术路线要求，低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。

一、低氮燃烧器改造目的

燃烧器及配风方式在改造后，主要是为了实现了炉膛内部真正的浓淡分离和浓相相对集中达到炉内燃烧梯度分级要求，实现最初的降低NOx和着火稳定性目的。但改造后存在前屏易超温、热偏差较大、再热汽温偏低以及单C制粉系统运行主再热汽温均偏低的现象。且采用的低氧分级燃烧技术对锅炉的稳燃有一定的影响。

二、低氮燃烧技术改造技术方案的选择

1、边界风的设置

300MW机组锅锅炉大多属于四角切圆燃烧方式，且燃烧煤种多有变化，应考虑设置边界风，使得水冷壁区域的煤粉浓度得到有效降低，氧浓度提高到最大，有利于提高水冷壁的氧化性气氛，防止火焰多度吹向水冷壁，弱化水冷壁结焦倾向。水平浓淡燃烧方式，能设计采用偏置周界风，而对于垂直浓淡燃烧方式，常常设计采用附壁射流贴壁风。二者在设置边界风的理念中，都充分考虑水冷壁结焦弱化的思想。边界风的设置涉及边界风喷口尺寸、边界风风速与风率等参数，同时还要考虑边界风与燃烧器喷口的匹配等问题。

2、OFA喷口选择及SOFA风设计

原有锅炉燃烧系统中常常设OFA喷口，能否利旧使用，也是低氮燃烧技术改造过程中要重点考虑的一个问题。主燃烧器上层OFA喷口常常反切，以削弱炉膛气流旋转，减小炉膛出口烟温偏差，效果较为明显。如果原OFA喷口尺寸、以及风速风量设置与低氮燃烧技术改造方案有冲突的情况，也可将其封堵或改造利用。将较大比例的二次风（SOFA）布置在燃烧器的上部，实现锅炉燃烧的空气分级燃烧技术，不仅能够控制氮氧化物的生成，同时能够保证炉膛燃尽区进一步完全燃烧从而降低飞灰可燃物的含量，维持锅炉燃烧效率。SOFA风的存在，在于形成燃尽区。燃尽区的位置与大小是SOFA风设计的关键，SOFA喷口标高、SOFA喷口组数与层数、SOFA风风速与风量比例等参数应该被设计者重点考虑。

三、低氮燃烧器改造后稳定燃烧分析

1、低氧燃烧控制氮氧化物与稳定燃烧分析

根据低氮燃烧的要求，炉膛的主燃烧区域减小过量空气系数，进行贫氧燃烧，降低主燃烧区域的炉温，来抑制氮氧化物的生成。但过低的氧量控制，使锅炉燃烧的稳定性及安全性大大折扣。以高负荷300MW为例，将总风量由改造前的80%降至70%～75%，调整关小主燃烧区域的辅助风挡板，SOFA1-3层采用SOFA1：80%；SOFA2：100%SOFA3：100%配风方式，与之前的大风量，SOFA风挡板不开或小开度相比，SCR入口氮氧化物有了显著下降，但此种配风方式下炉膛抗扰能力下降，炉膛风箱差压只能维持在600pa左右，严重偏离该炉改造前给定的优化值850pa以上。在风烟系统主要辅助设备出现故障时及煤质突变时，很可能造成灭火，所以安全起见，只能适当增加氧量或者关小上层SOFA风挡板。

2、分级梯度燃烧控制氮氧化物与稳定燃烧分析

从燃烧方面控制氮氧化物的排放上讲，低氮燃烧器改造范围较小，实际控制上只能实行水平浓淡燃烧加配风调整手段，低负荷运行时仅仅能满足稳定燃烧，燃烧效率上讲又有所下降。负荷较高时，燃烧稳定，抗扰能力较强，分级梯度燃烧可以发挥明显作用。低负荷以负荷150MW为例，总风量控制在45%～50%由于炉膛风箱差压的限制，上层sofa风开度不能很大，每层开度的大小将影响汽温的热偏差，严重时达到40度，且任一层SOFA风开大至50%以上后，会造成B层火检短闪，严重影响燃烧的稳定性。所以从客观上讲，150MW负荷基本上是用SOFA风来调整热偏差，分级低氮燃烧的基本未能实现。氮氧化物此时只是跟氧量量控制的大小有明显的关系。

300MW工况下，由于燃烧稳定，抗扰能力强，加上制粉系统运行较多，上层带粉三次风可以减少下层给粉机转速，分级梯度燃烧相对明显，氮氧化物得到有效控制。列举参数：SOFA风1-3三层开度分别为：50%100%100%总风量72%，SCR入口氮氧化物测量值为506mg/m3，主再热汽温536度、535度；各参数在正常范围内，燃烧稳定，火焰电视金黄色，火检正常无波动现象。说明高负荷时分级燃烧效果较好，即可可以保证燃烧稳定，氮氧化物排放又能得到有效控制。

3、SOFA风在各负荷下的作用

低负荷（180MW以下）SOFA风在分级燃烧中的效果不大，主要是根据制粉系统运行方式不同来调整汽温的热偏差，随着负荷（180～220MW）的增加，SOFA风开度不断加大，分级梯度燃烧也越来越明显。为保证实验数据对比最大化，现已300MW负荷为例。按分级梯度燃烧最优化调整，取参数：SOFA风1～3三层开度分别为：50%100%100%总风量72%，SCR入口氮氧化物测量值为506mg/m3，主再热汽温536度、535度。关闭上层SOFA风开度，调整开大下层辅助风挡板稳定运行20分钟，发现SCR入口氮氧化物上升至680。两种调整方式，炉膛火焰金黄色，火检正常，但氮氧化物有明显的区别，所以高负荷是SOFA风的开大可以有效的抑制氮氧化物的排放。

四、总结

低氮燃烧器改造后，由于改造较少，低负荷目前不满足分级燃烧，应以稳燃为主，保证底层托举风量与给粉量，SOFA风参与调整热偏差；中负荷，可以达到分级梯度燃烧条件，但应注意底部托举风过小影响炉渣含碳量，高负荷严格实行分级梯度燃烧。低氮燃烧控制氧量，贫氧燃烧是基本手段。

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