600MW“W”火焰锅炉氮氧化物减排技术分析

600MW“W”火焰锅炉氮氧化物减排技术分析

李廷飞

中电（普安）发电有限责任公司 贵州省黔西南州 561503

【摘要】：为解决低挥发分无烟煤的燃点低和燃烧不充分的问题，我国的学者研发了新一款“w”火焰锅炉，它在设计上采用了敷设大面积卫燃带、分级送风燃烧、煤粉浓缩等技术措施，能够有效地提升锅炉内的燃烧温度。此炉型的火焰中心温度能够操持在1600℃以上，氮氧化物的生成浓度能够达到1500mg／m3以上。此外，在“W”火焰锅炉的前后墙拱区部位沿炉宽安装了燃烧器，会导致氮氧化物在炉内同一截面的不同部位的排放浓度相差很大，SCR入口截面的最大浓度差可达到300mg／m3，使氮氧化物的治理难度加大。本文主要分析了“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放现存的问题，并提出了降低氮氧化物的主要方法，以期为实现“W”火焰锅炉氮氧化物的超低排放的目标提供参考依据。

【关键词】：“W”火焰锅炉；氮氧化物；减排措施

1.“W”火焰锅炉实现氮氧化物超低排放存在的问题

通过检测“W”火焰锅炉膛口的各项气体浓度得知，NOx的排放浓度最高，要实现“W”火焰锅炉SCR出口NOx浓度排放量的最低化，使用的催化剂至少要达到3到4层，才能使脱硝率达到89%以上，此工程的实施，不仅投资成本高、难度大，而且还会额外导致脱硝还原剂的用量、运行成本增加[1]。

当前，对于“W”火焰锅炉，还未有技术相对成熟的低氮燃烧器，然而，为了在工程上实现脱硝改造的可行性，研究了如何降低锅炉热力型NOX的排放量，在研究的过程中采用锅炉防结焦风改造、掺配高挥发分烟煤、去除卫燃带及其耙钉等方法，有效地降低热力型NOx的生成量和炉膛内温度，从而在一定程度上减少脱硝技改的运行费用和投资费用，为实现“W”火焰锅炉NOx低排放提供了新思路。

2.降低氮氧化物手段研究

在“W”火焰锅炉燃烧的过程中，将烟煤按照一定的比例掺入无烟煤中，在很大程度上能够提升入炉煤的挥发分，并降低炉膛温度与煤粉着火点。通过此方法降低了热力型NOx的生成量同时，也提升了“W”火焰锅炉燃烧的稳定性，这对于解决在去除防结焦风与部分受热面卫燃带后造成的煤种适应性差和稳定性不足的问题，十分有效。将部分耙钉和卫燃带卸除后，提升了下炉膛水冷壁的吸热量，由于炉膛温度的降低，热力型NOx的生成量也变低了，与此同时，对于灰熔点降低后引起的混煤结焦加剧问题，也得到了有效的解决[2]。

2.1配煤掺烧的研究

2.1.1掺配煤种及选择对比

在“W”火焰锅炉燃烧煤的选择上，可以采用两种掺配方法，（1）选用本地质量较差的无烟煤和煤泥；（2）选用高挥发分烟煤。本地的煤泥存在挥发分较低的问题，其与设计无烟煤相近，但是本地煤泥燃烧产生的热量不足且灰分大。通常烟煤具有比较高的挥发分，燃基保持在20%~30%之间，且煤的质地比较柔软，燃点低，能够充分燃烧。需要注意的是，烟煤和煤粉储存时，在挥发度超过25%时，要防止其发生自燃的情况。此外，如果劣质烟煤的灰分含量比较大，则受热面容易堆积灰尘和结渣并磨损表面。在燃烧烟煤的过程中，由于烟煤受热后易产生挥发分，并出现粘结成块的现象，说明烟煤具有较强的焦结性。

通过掺配燃烧两种煤发现，掺配后的NOx生成量均呈下降趋势。但在掺配燃烧煤泥和本地劣质烟煤时发现，“W”火焰锅炉出现了出力降低的现象，导致机组难以达到满负荷，从而造成投油稳燃的现象时有发生。通过掺烧烟煤后发现，燃烧情况无异常，是一种稳定性炉膛温度降低。但实际上烟煤与设计煤种存在很大的不同之处，试验人员还需要立足于提升锅炉的经济性与安全性、掺配方法、制粉系统等角度，进行科学研究[3]。

2.1.2掺配煤方式的研究

（1）炉内掺配法，其主要原理是将两种不同的煤分别磨碎后倒入炉膛内部，在燃烧的过程中自行混合，主要的实现方法是利用煤种分仓上煤；（2）炉外掺配法，此混配方法主要是在卸煤和上煤的过程中将多种不同的煤进行混配，且在煤进入磨煤机前就已经混配均匀。

若燃烧的煤能够满足机组的燃烧需求（挥发分、热值等方面）时，此时可采用炉内掺配方法。如果某种煤不符合机组的燃烧要求（例如：其热值低于燃烧稳定下限或挥发分高于制粉系统的安全值），会导致炉内的局部燃烧不稳定，台磨运行偏离正常水平。通常掺烧的烟煤挥发分会保持在20%~30%之间，若采用炉内掺烧法，则容易产生安全事故，出现制粉系统爆炸或着火的现象。此外，在磨煤机工作的过程中，若煤的质地较硬，则容易出现煤粉粗细不均匀的情况，致使锅炉的出力、风煤比偏离正常水平值较多等多种问题。采用炉外掺配具有多种优势，例如：煤粉混配均匀、制粉系统运行安全等，建议可多使用炉外掺配方法[4]。

2.1.3掺配烟煤燃烧调整

由于烟煤与无烟煤的混合仅是物理性的融合，所以不能片面地认定其燃烧特性是两种煤质特性的加权平均值，且相差较大。因此，为了提高煤的充分燃烧的程度，需要增设大量的具有针对性的实验，并根据实验的实际过程和结果调整煤的种类和比例，从而满足实际燃烧的需要。

（1）定比例掺配试验（设置比例在1/4~1/5之间）

定比掺配，是指保持固定的掺配比例不变，只调整燃烧情况，从中选择出最好的燃烧工况，固定各挡板的方向（乏气挡板、C、D、E、F挡板），根据煤种与燃烧情况的不同调整挡板方向和煤的配比。利用二次风量试验，选出适合掺配煤种的掺配比例以及氧量、二次风量与掺配比例的关系，并为运行提供依据。

（2）变比例掺配试验

变比例掺配，是指其他因素不变，只改变煤种的配比，研究F挡板、二次风量随着掺拌比例变化而变化的情况，从而确保煤种在不同掺拌比例下锅炉燃烧工况的经济性与安全性。

2.1.4掺配烟煤后炉内结焦状况分析

炉内外的温度、灰的熔点高低影响着灰的结渣性能。通过燃烧多种混合煤种发现，混合煤的灰熔点经常会比其中的任意一种煤的熔点低，从而造成炉内结焦变严重。无烟煤掺烧烟煤造成炉内结焦严重的原因：（1）混煤炉膛温度趋向并高于无烟煤锅炉。（2）混煤灰熔点也与烟煤趋近且易产生结焦。

3.结束语

结合防结焦风改造与去除受热面耙钉等措施，进行烟煤掺配，从而实现炉膛内温度的有效降低，在较大程度上降低NOx排放量，由原来的1500～1800mg／m3减少到800mg／m3左右，为“W”火焰锅炉热力型NOx排放量较大的问题，提供了有效的解决措施，并为相同类型的锅炉降低投资成本与脱硝技改工程难度提供了新出路，也为实现“W”火焰锅炉氮氧化物超低排放提供了有力的依据。

参考文献：

[1]冉大召，邹加文，杨长军.邯峰电厂660MW机组W型火焰锅炉精细化配煤掺烧的可行性研究[J].锅炉技术，2021.

[2]刘珊,杨虎,邓启刚,等.300MW亚临界W型火焰锅炉超低排放改造设计分析[J].节能,2021(040-002).

[3]冉大召,邹加文,杨长军.邯峰电厂660MW机组W型火焰锅炉精细化配煤掺烧的可行性研究[J].锅炉技术,2021.

[4]郑成杰，封艳宏.分磨制掺烧晋城煤在超临界"W"型火焰锅炉上的实践[J].中国设备工程，2020(20):2.