350MW超临界直流锅炉低氮燃烧优化与探讨

350MW超临界直流锅炉低氮燃烧优化与探讨

王永兴 何亮

北方联合电力呼和浩特热电厂 内蒙古呼和浩特 010030

摘 要：NOx是锅炉燃烧产生的有害气体中的一种，是导致中国各地雾霾、臭氧破坏和空气污染的主要因素。氮氧化物的控制已成为中国大气污染控制中不可避免的现实。降低大气中的氮氧化物对保护生态环境、保障人体健康具有重要作用。新建燃煤发电企业先后将环保设施和主机同时投入运行。锅炉燃烧器采用低氮燃烧。采用低氮燃烧降低NOx排放取得了良好的效果，但也对锅炉的安全、稳定和经济运行带来了一定的影响。

关键词：350MW；超临界；直流锅炉；低氮燃烧

1 低氮燃烧技术存在的主要问题

目前,低氮燃烧技术应用于电厂有一定的问题,因为在使用该技术的时候，锅炉燃烧器区域水冷炉壁会在高温下产生腐蚀，对锅炉的炉膛会产生炉膛结成焦块，燃烧过后灰渣的含碳量居高不下。蒸汽参数偏离设计值时，过热器减水量增加或再热器温度升高;锅炉内燃环境恶化，配煤、气流组织和稳定燃烧降低，是目前低碳燃烧技术存在的主要问题。

低氮燃烧技术的改进，经过多年的技术改造，从氮氧化物生成的原理出发，采取了一定的措施来解决上述问题，如燃烧器的快速点火，抑制氮氧化物的产生。同时，锅炉排出过量空气，降低燃烧区域内的焦化条件，降低高温腐蚀环境。例如,根据锅炉高温腐蚀的原理,产生一定量的氧化气体冷却管壁,包括燃尽风的调整，煤粉细腻程度的控制，都能有效地降低NOx的排放量。

2 燃烧器优化后的布置方式

2.1 锅炉概述

华能北方联合电力呼和浩特热电厂，总装机容量1100W。其中二台350Mw机组：锅炉型号：HG1140254-YM1制造厂商：哈尔滨锅炉(集团)股份有限公司，与哈尔滨汽轮机厂和哈尔滨电机厂生产的C324N350-24.2566566汽轮发电机组相配套。锅炉型式：—次中间再热、单炉膛、前后墙对冲旋流燃烧方式、尾部双烟道、烟气挡板调节再热汽温、平衡通风、紧身布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构∏型超临界本生直流锅炉。制粉系统采用正压直吹式冷一次风机制粉系统，配5台HP943中速磨煤机。

2.2 燃烧器布置方式

与低NOx燃烧切圆燃烧系统(LNTFS),大风箱,切削角和摆动燃烧器,四角布置,形式的双切圆燃烧炉,虚圆约783毫米和848毫米ϕϕ分别平均角是2.5°。通过对煤粉燃烧过程中NOx形成机理的分析，低NOx煤粉燃烧系统设计的主要任务是将挥发性氮减少为NOx，主要方法是建立早燃和利用氧气控制的燃料/空气段燃烧技术。LNTFS的主要组成部分有:

（1）紧凑燃尽风（CCOFA）。

（2）可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）。

（3）预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）。

LNTFS在降低NOx排放的同时，还注重提高锅炉低负荷无喷油工况下的稳定燃烧能力和燃烧效率。随着技术的不断更新，LNTFS在防止炉渣、高温腐蚀、降低炉膛出口烟温偏差等方面也具有独特的效果。

主风箱设有5层煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴周围设置燃料空气(周界空气)。在相邻的两层煤粉喷嘴之间设置有辅助空气喷嘴。这包括两个偏移CFS喷嘴向上和向下和一个直接空气喷嘴。主风箱上部设置两层CCOFA (Closed coupledOFA)喷嘴，下部设置一层UFA (UnderfireAir)喷嘴。

在主风箱的上部设置有分离式dofa燃烧器，包括3层转角LSOFA和3层壁面HSOFA，并设有水平摆动分离式排风(SOFA)喷嘴。主燃烧器和沙发式燃烧器分别配有二次风挡板，与煤粉喷嘴周边空气一起，由气动执行器操作。为了满足锅炉蒸汽温度调节的需要，主燃烧器喷嘴采用摆动结构，由内外连杆组成摆动系统，由气动执行机构带动上下摆动。燃烧器也由集中的气动执行器驱动上下。

3 降低NOx排放量的方法

3.1 二次风门挡板及控制

燃烧器气室的每一层均设有相应的二次挡板。主燃烧器的每个角设有22个挡板，对应17个气动执行器。每层煤粉气室上下两个偏置辅助气室(CFS)由执行机构通过连杆控制。角形燃烧器每个角配置三个挡板，对应三个执行机构;壁式沙发燃烧器在每个角落配备有三个阻尼杆和相应的三个执行器。这样，每个锅炉共配置92个执行器，按照炉膛协调控制系统(CCS)和炉膛安全监控系统(FSSS)的指令运行。正常情况下，同层四个燃烧器的挡气板应同步运行。

每层的二次风门挡板用于调节各气室总二次风量的分布，保证良好的燃烧条件和指标。

3.2 二次风门挡板的控制原则

A层、B层、C层、D层、E层燃料风挡板的开启度分别按运行或关闭函数关系控制。在运行过程中，开度是该层给煤机速度的函数，调节一次风量的着火点。这个开口是锅炉总空气流量的函数。此外，AAA层二次风挡板也是给煤机A速度的函数;SOFA和CCOFA二次风挡板是锅炉总风量的功能，主要用于控制锅炉NOx排放。

AA、AAB、AB、ABB、BBC、BC、BCC、CCD、CD、CDD、DDE、DE、DEE、EE层二次风挡板用于控制燃烧器大风箱与炉膛出口之间的压差。压差是总空气流量测量的函数。挡板开度控制见表1。燃烧器二次挡板的控制原理见表2~10。

表1总空气测量流量与燃烧器大风箱/炉膛出口压差（△P）的函数关系

表2总空气测量流量与CCOFA-I间的函数关系

表3总空气测量流量与CCOFA-I间的函数关系

表4总空气测量流量与SOFA-I间的函数关系

表5总空气测量流量与SOFA-II间的函数关系

表6总空气测量流量与SOFA-III间的函数关系

表7总空气测量流量与SOFA-IV间的函数关系

表8总空气测量流量与SOFA-V间的函数关系

表9总空气测量流量与SOFA-Ⅵ间的函数关系

表10投运煤粉喷嘴周界风档板开度与给煤机转速的函数关系

为了防止煤粉喷嘴烧坏，在保证燃点正常的前提下，燃料风挡板的开启应尽可能按照表中的数据进行。由于本项目采用LNTFS燃烧系统，燃料风占二次风的比例较低。如果燃料空气挡板的开口很小，喷嘴很可能烧坏。为防止止烧器过热燃尽，应根据锅炉总风量的变化调整止烧器挡板开度，如表11所示。

表11停运燃烧器挡板开度与总空气测量流量间的函数关系

该锅炉和燃烧器的设计要求可以同时实现稳定燃烧，提高燃尽率，防止结渣和高温腐蚀，减少NOx排放。为满足这些要求而采取的方法往往是矛盾的。例如,提高燃烧效率和稳定性是提高燃烧的温度区域的一个重要措施,但这往往会导致渣和高温腐蚀,和氮氧化物排放增加,并控制适当的二次风量在主燃烧器区域,也可以有效地减少氮氧化物的排放,但减少炼焦对水冷壁的可能性。CFS喷嘴设置在每层一次空气喷嘴的上方和下方。喷嘴的正切度为22度，可以提高水冷壁附近的氧浓度，防止结焦和高温腐蚀。同时，喷嘴设有挡板挡板，挡板挡板可根据锅炉实际运行情况进行调节。

结束语

通过调整燃烧器摆角及喷嘴，控制锅炉运行氧量，在满足环保排放要求的前提下，最大程度地兼顾运行的经济性，减少喷氨量，取得了可喜的成绩，带来了可观的经济效益。

参考文献

［1］李昊.电站锅炉低氮燃烧器改造要求［J］.中国设备工程，2016，（14）：154-155.doi：10.3969/j.issn.1671-0711.2016.14.090.

［2］张宝，冀海清，胡乐财.低氮燃烧器改造及其存在的问题分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2015，（22）：6353-6353.