（华能洛阳热电有限公司检修部 471000）
摘要：燃煤发电在我国的电力生产中占据主导地位，煤粉在燃烧过程中会产生大量的污染物，如氮氧化物、硫氧化物和微细颗粒物等，这些污染物对人类赖以生存的环境以及人身自身的危害却极其严重；一方面，氮氧化物是形成酸雨的主要因素，另一方面NOx在一定条件下可以和碳氢化合物一起形成光化学烟雾破坏大气环境，严重危害人类健康，恶化人类赖以生存的环境，为了降低氮氧化物的排放，低氮煤粉旋流燃烧器在我国得到了广泛的应用。旋流燃烧器在结构上把燃烧空气分隔成若干独立通道 ，各种轴向旋流风相互作用；在运行中不需要调节。参与燃烧的空气被分成五股，中心风、一次风、二次风、三次风和四次风。一次风由一次风机提供，进入磨煤机中携带煤粉，形成一次风粉混合物，经燃烧器一次风管送入炉膛。浓缩的煤粉气流同二次风和三次风配合，同时存在四次风对二次风和三次风进行隔离以保证在靠近燃烧器喉口处维持一个稳定的火焰。 二次风和三次风通过燃烧器内同心的环形通道，在燃烧的不同阶段进入炉膛，有助于NOX总量的降低和燃料的燃尽。
关键词：旋流燃烧器、NOx、飞灰含碳、炉渣、风速比、煤粉细度
引言
某电厂2台350MW锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司自主开发设计、制造的超临界350MW锅炉。锅炉炉型是HG-1163/25.4-PM1型，为超临界参数变压运行直流炉，单炉膛、一次再热、采用前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、露天封闭、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉，采用不带再循环泵的大气扩容式启动系统。设计煤种为贫煤， 锅炉设计煤种为杨村煤（20%）+常村煤（50%）+马村煤（30%），煤粉细度R90=12%。
在机组运行中，锅炉燃烧存在飞灰与炉渣含碳量偏高 ，高时可达10%、低时在4%～6%左右；同时锅炉省煤器出口NOx偏高， 省煤器出口 NOx浓度较高达到550～800mg/m3，大于设计值400mg/m3（标态，干基，O2=6%）。 飞灰与炉渣可燃物变化1个百分点，对应的固体未完全燃烧热损失变化约0.5、0.05个百分点， 锅炉飞灰及炉渣可燃物均高于设计值（100%负荷不大于1.7%、75%负荷不大于3.0%）。导致电厂煤粉燃烧不稳定、燃尽性及燃烧效率差，排烟温度、发电煤耗、锅炉出口 NOx值偏高等问题。严重影响电厂的经济性。为此在保证机组安全运行时条件下，进行燃烧分析与调整，降低飞灰与炉渣的含碳量，提高锅炉的效率。
一、旋流燃烧器的结构特点：
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图1：煤粉旋流燃烧器
锅炉燃烧器在前后水冷壁上呈水平成排布置,单个燃烧器采用左旋和右旋交替布置，燃烧空气不是顺时针就是逆时针旋转，用于改变旋流强度以优化炉膛中的燃烧状况。采用5台中速磨煤机，前墙布置3层煤粉燃烧器，后墙布置2层煤粉燃烧器，每层各有4只低NOx旋流燃烧器，共20只燃烧器；煤粉旋流燃烧器把煤粉及燃烧所需的空气送入炉膛，并组织合理的气流结构，使燃料能迅速地着火、稳定地燃烧。并且在最上层前、后墙各布置2层燃尽风燃烧器，前后墙各8只，用于实现燃料分级燃烧，降低炉内的温度水平，抑制NOX的生成。设计煤种为贫煤（可燃基挥发分15%～18%、低位热值4700～4900kcal/kg)。
旋流燃烧器在结构上把燃烧空气分隔成若干独立通道 ，各种轴向旋流风相互作用；在运行中不需要调节。参与燃烧的空气被分成五股，中心风、一次风、二次风、三次风和四次风。一次风由一次风机提供，进入磨煤机中携带煤粉，形成一次风粉混合物，经燃烧器一次风管送入炉膛。在一次风管内部设有煤粉浓缩结构，用以在煤粉气流进入炉膛之前对其进行浓缩。浓缩的煤粉气流同二次风和三次风配合，同时存在四次风对二次风和三次风进行隔离以保证在靠近燃烧器喉口处维持一个稳定的火焰。三次风采用25度小导流扩展角，一次风喷口采用大尺度内缩，可以以中心风实现回流区调节和冷却喷口，浓缩器实现一次风煤粉射流内浓外淡、中心回流加热着火。二次风和三次风通过燃烧器内同心的环形通道，在燃烧的不同阶段进入炉膛，有助于NOX总量的降低和燃料的燃尽。燃烧器的二次风挡板用以调节每个燃烧器的二次风量的比例。挡板的调整杆穿过燃烧器面板可以在燃烧器外部调整挡板的位置。二次风和三次风由各自的旋流器产生必要的旋转。
每台燃烧器还有一股中心风。向燃烧器中心供给适量的中心风以稳定油火焰，防止油火焰冲刷中心风管和油燃烧器旋流器。同时，一股连续的气流通过中心风管流过油枪，油喷嘴和旋流器以防止油滴和粉煤灰沉积在中心风管。
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图2:燃尽风燃烧器
炉膛上部设有二层燃尽风燃烧器，其作用是补充燃料后期燃烧所需的空气，实现分级燃烧，降低炉内的温度水平，抑制NOX的生成。 减少煤焦粒子中氮氧化物释出形成NOx的可能；及时补充燃尽所需要的其余的风量，以确保充分燃尽。
二、 锅炉燃烧存在问题及分析：
锅炉在日常运行存在SCR入口氮氧化物排放高、飞灰炉渣含碳量高等问题；通过分析原因， 解决氮氧化物排放高、飞灰、炉渣含碳量高问题，提高电厂运行的安全性、经济性。
1、存在主要问题：
1.1实际运行飞灰、炉渣含碳量偏高 ，最高可达10%， 低达4%～6%左右；表现为煤粉燃烧后移、燃尽性差、燃烧效率差、排烟温度偏高等问题，锅炉飞灰及炉渣可燃物均高于设计值(100%负荷时不大于1.7%、75%负荷时不大于3.0%）。
1.2 锅炉省煤器出口氮氧化物偏高。 锅炉省煤器出口 NOx质量排放浓度较高达到550～800mg/m3，大于设计值400mg/m3（标态，干基，O2=6%,以NO2计）。 导致电厂煤粉燃烧不稳定、发电煤耗高、锅炉出口 NOx值偏高。
1.3喷燃器喷口处结焦，部分燃烧器一次风管内结焦严重，特别是A层燃烧器及燃尽风燃烧器容易结焦。 严重时导致#1炉E层燃烧器结焦损坏油枪。
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图3：前墙燃烧器布置图
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图4：后墙燃烧器布置图
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2、 原因分析：
2.1燃烧系统为低氮燃烧系统（通过燃尽风实现整体的分级燃烧），但 旋流燃烧器具有较高的NOx生成特点，并非低氮燃烧器，反应在中心风、二次风结构设计，三次风小扩展角旋流组织上面，都容易促使二次风、三次风等过早的参与煤粉燃烧，导致着火问题、燃尽问题、氮氧化物高生成问题的发生。
2.2四次风与三次风射流上无法分离，并共用三次风喷口，实际上就相当于三次风喷嘴射流，中心风偏大将导致氮氧化物偏高，且A层采用了冷风作为中心风不利于着火稳燃的。
2.3燃烧器内二次风将过早进入一次风煤粉，同时稳燃齿在一次风喷口外环， 强化了一次风与二次风在进入炉膛前的混合，导致煤粉浓度变稀，对着火极其不利，更对降低氮氧化物不利；
2.4燃煤来源复杂，无法保证设计煤种的使用；煤种燃烧特性差异较大，导致运行调整困难，不同煤种着火特性不同。 煤质的燃尽特性只与自身的燃尽特性有关，当混煤入炉时，会发生烟煤迅速着火引燃贫煤、无烟煤等低挥发分煤的现象，但贫煤的着火燃尽特性要差于贫煤单独着火时的燃尽特性。 烟煤与贫煤同磨掺烧的方式将使贫煤更难燃尽，更不利于降低污染物排放。
2.5一次风率偏高及煤粉不均匀问题，制粉系统风量偏大，一次风风煤比高达2.0～2.5（贫煤应在1.6左右），一次风风量偏大，一次风喷嘴速度偏高。
三、旋流燃烧器的燃烧优化及调整：
降低飞灰的主要调整手段：合理提高分离器转速、提高运行氧量、降低一次风速、减小未投运层燃烧器二次风开度、适当关小燃尽风开度、适当增加主燃烧器内二次风风量、适当降低主燃烧器内二次风旋流、增强燃尽风燃烧器外二次风旋流；降低氮氧化物的主要调整手段：适当降低运行氧量、降低一次风速、增加未投运层燃烧器二次风开度、适当增加燃尽风开度、适当减少主燃烧器内二次风风量、适当关小中心风挡板开度、削弱燃尽风燃烧器外二次分旋流等，具体措施:
1、 测量设备的数值标定，实现各热工测点具有代表性及各风门操作方便灵活。
1.1制粉系统：对各磨煤机入口煤量、风量、风压、分离器出口风压、分离器出口各一次风管道温度、速度测点的标定及校正，调试及运行人员可以此为运行依据。
1.2二次风（送风机）母管风道、各二次风风箱、燃尽风风箱：压力测点、流量测点的标定及校正，保证参数的准确性。
1.3 在空预器出口后直烟道安装简易的撞击式飞灰取样器，以便于及时的燃烧调试反馈。
2、燃烧使用煤质要求及调整方式：
2.1 将运行煤质更换为设计煤质，煤粉细度要达到标准，最好为单一煤种。 当煤质偏离初始设计时，会导致炉内的燃烧偏离设计，容易造成飞灰含碳量升高。同时，稳定的煤质也是进行燃烧调整的必要条件，煤粉细度的稳定设计值R90=12%。
2.2调节配风比例，使得一、二次风率及一次风煤的合理配比，减小炉内结焦和飞灰含碳量增大，在保持氧量恒定的情况下，适当的增大燃尽风，有效的降低飞灰含碳量。
2.3控制炉内氧量；飞灰含碳量与运行氧量有十分密切的关系，在运行氧量偏低的情况下，炉内煤粉不完全燃烧，也会导致飞灰含碳量增高， 燃烧不完全。 免低氧量运行。但同时氧量过高，会造成NOx增大，污染环境，所以要严格控制氧量，并确保它的准确性。
2.4在保持运行氧量稳定不变的前提下，逐步增大燃烧器顶部燃尽风的开度。实现燃烧器的分级燃烧 ， 降低飞灰含碳量和NOx 。在实际调整过程中，根据负荷每次将燃尽风门开度调节10%~20%，保持机组负荷、汽温、汽压等主要参数稳定不变，持续运行2小时后，取飞灰样本进行含碳量分析。
在维持运行氧量不变的条件下，开大燃尽风门开度会造成下部燃烧器区域的风量分配减少，可能会造成结焦和燃烧不稳，调整过程中密切监视炉内结焦和燃烧情况。如果出现燃烧不稳、壁面超温或汽温超温等不利情况，必须终止调整，将燃尽风门开度恢复至日常运行数值。
2.5对调节前后的飞灰含碳量数值进行分析、对比，总结出各个负荷下的适合我厂的运行方式，以及各风门开度与飞灰含碳、氮氧化物含量的变化的规律。
3、磨煤机及燃烧器的调整：
3.1 首先调整各台磨煤机至合理风煤比。首先通过降低各台磨的冷风量，以及热风量（目前煤质可以维持分离器出口温度在70～90℃之间，挥发分如果超过30%，分离器出口温度应该控制在75℃以内，以不堵磨为原则），实现各台磨风煤比在1.6～1.8之间（磨煤机入口风量/给煤量）。
3.2根据负荷状况，调整燃尽风投运个数，以满负荷前后墙各8只燃尽风燃烧器全部开启为例，50%负荷时，至少前后墙各关闭4只，中间负荷按比例进行关闭相应个数燃尽风；估计维持风箱风压与炉膛压差应该在0.3～0.7kpa之间（在燃烧器各风门调整全部完成后）。
3.3安排人员分别在主控室及调整层燃烧器看火孔位置观察，首先进行A磨该层燃烧器调整；
3.3.1逐步全部关闭A层中心风冷风风门；
3.3.2开启A层三次风风门开度至55%左右的同时关小A层二次风风门（可至全关）；
3.3.3调整过程中，通过A/D燃烧器看火孔观察的着火位置及温度测量基本相同为止，维持看火孔测量温度在1200～1250℃之间
3.3.4按照上述相同操作顺序调整D层燃烧器，但D层中心风及二次风不一定全关，以实现（3）的要求为目的。
3.3.5按照相同顺序调整B层及E层燃烧器（通过关小二次风，随后关小中心风，同时开大三次风为原则），如果发现B/E层燃烧器煤粉着火距离偏近，可通过开启各自中心风进行调节，维持看火孔测量温度在1200～1300℃之间，实现通过B/E燃烧器看火孔观察的着火位置及温度测量基本相同原则；
3.3.6对于C层燃烧器，其调整顺序为：基本可以将二次风关小至全关位置，但必须注意观察其着火位置，并通过中心风开度来调整，一般三次风风门开度在55%～80%之间，维持看火孔测量温度在1250～1350℃之间。在调节过程中对可能出现炉膛燃烧区域的结渣和结焦要加强观察。
4、定期工作及要求 ：
1、定期进行一次风速调平与磨入口风量标定试验、磨煤机分离器转速特性试验、磨煤机出力特性试验、磨煤机风量特性试验、磨煤机粉量分配均匀性试验、煤粉细度调整试验。
2、增加炉膛出口CO测点。
3、定期进行氧量 、温度标定试验、主燃烧器内外二次风风量和旋流调整、燃尽风燃烧器内外二次风风量和旋流调整、氧量调整试验、中心风调整试验、二次风配风方式调整试验、燃尽风风量调整试验等。
4、 一次风速提高，氮氧化物增加，锅炉热效率降低。因此在确保运行安全的基础上，应尽可能降低一次风速。
5、电厂采购的煤为混煤，来源比较复杂，飞灰含碳量受煤质的影响非常大，给锅炉运行调整带来了较大的难度；建议采购原煤，由厂内掺配后再进行燃烧调整试验；用试验来收集数据、总结经验，进而来指导运行的日常燃烧调整 。
四、 取得的成效：
通过西安热工院、哈尔滨锅炉厂等单位的配合协作与指导，对锅炉燃烧进行调整，主要参数有很大改变。调整中，通过尽量减低一次风率、调整燃烧器风的配比，经过多次燃烧优化调整 ，飞灰含碳量较调整前明显降低，锅炉飞灰及炉渣可燃物含碳稳定在至4%-6%之间，但SCR入口氮氧化物含量变化不明显，锅炉整体运行经济性有所提高。
五、结束语：
燃用符合设计标准的煤种，机组运行中、燃烧调整本着安全、经济的原则。运行人员可以在此基础上再进行更加细化的调节，并摸索出各个负荷下的适当运行氧量和燃尽风门开度。在降低氮氧化物排放的同时，也可有效的降低飞灰炉渣含碳量。为节约、环保型两型企业做出努力，进一步达到指标优于环保标准指标。
参考文献：
[1] 哈尔滨锅炉厂有限责任公司.F0310RS001Q321 锅炉燃烧说明书。
[2] 西安热工研究院有限公司 锅炉制粉系统及燃烧优化调整
[3] 哈尔滨锅炉厂有限责任公司. HG-1163/25.4-PM1型锅炉安装说明书
[4] 华能洛阳热电有限责任公司. 锅炉检修规程
[5] 郭延秋 大修火电机组检修实用技术丛书锅炉分册.中国电力出版社
[6] 哈尔滨锅炉厂有限责任公司. 锅炉低氮燃烧器技术