李兆麟
国家电投集团东北电力有限公司本溪热电分公司 辽宁 本溪 117000
摘要：NOx控制问题已经成为我国大气污染控制中一个不可再回避的现实问题，减少大气中的NOx对于保护生态、保持人们身体健康起到重要作用。新建燃煤发电企业纷纷进行环保设施与主机同时投入运行，锅炉燃烧器采用低氮燃烧，采用低氮燃烧后降低NOx的排放虽然取得了较好效果，但也给锅炉安全、稳定和经济运行带来了一定的影响。某公司2台350 MW超临界循环流化床直流锅炉在降低氮氧化物排放方面集成了最新的技术成果，包括：锅炉分级高效送风、炉膛及床面温度控制、分段燃烧等，使得该公司锅炉氮氧化物排放水平大大优于以往的CFB锅炉，为机组达到超低新排放标准奠定了坚实基础。
关键词：350MW超临界直流锅炉；低氮燃烧；优化
1低氮燃烧技术措施
1.1炉膛温度场的均匀性和可控性
多数大容量CFB锅炉烟气排放NOx浓度在200 mg/m3以下，原因是炉膛床层燃烧设计温度通常控制在850～950℃，此时的燃烧温度较低（与大容量煤粉炉相比），热力型NOx生成量很少，快速型NOx的生成又可忽略，总体排放浓度较低。
为进一步降低烟气排放NOx浓度，合理布局炉膛燃烧温度场，在炉膛内部前墙布局水冷中隔墙、后墙布局多片水冷小隔墙，使炉内流场和温度场均匀，在额定负荷出力下，炉膛床层温度控制在900℃左右，无局部过度高温区出现，从而进一步降低热力型NOx的生成。
1.2高效二次风系统构建
高效二次风系统的构建是指在保持下层二次风口位置不变的情况下，提高上层二次风口至锅炉密、稀相区交界处，锅炉密相区均为欠氧燃烧环境，抑制NOx的氛围区域相对于常规二次风系统更为广泛。同时高效二次风在密相区上部区间内产生强烈扰动，使物料浓度场更加均匀化。
2燃烧器优化后的布置方式
2.1锅炉概述
某公司2×350MW超临界燃煤机组锅炉设计为超临界参数、一次中间再热、悬吊变压直流锅炉，采用单炉膛“Π”型、四角切向燃烧、平衡通风、固态排渣系统、侧煤仓布置。燃烧方式采用摆动式四角切圆燃烧技术。本燃烧设备设计煤种和校核煤种为烟煤，采用中速磨煤机、冷一次风机、正压直吹式制粉系统设计，煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。
2.2燃烧器布置方式
燃烧方式采用低NOx切圆燃烧系统（LNTFS），大风箱、大切角、摆动式燃烧器，四角布置，在炉内形成双切圆燃烧，假想切圆大约分别为?783mm和?848mm，平均燃烧角为2.5°。通过分析煤粉燃烧时NOx的生成机理，低NOx煤粉燃烧系统设计的主要任务是减少挥发份氮转化成NOx，其主要方法是建立早期着火和使用控制氧量的燃料/空气分段燃烧技术。
主风箱设有5层煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。
在主风箱上部布置有SOFA（Separated OFA，分离燃尽风）燃烧器，包括3层角部LSOFA和3层墙式HSOFA可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴。连同煤粉喷嘴的周界风，主燃烧器和SOFA燃烧器均单独设有二次风挡板，均由气动执行器操作。为满足锅炉汽温调节的需要，主燃烧器喷嘴采用摆动结构，由内外连杆组成一个摆动系统，由一台气动执行器集中带动作上下摆动；SOFA燃烧器同样由一台气动执行器集中带动作上下摆动。
3降低NOx排放量的方法
3.1二次风门挡板及控制
燃烧器每层风室均配有相应的二次风门挡板。
每角主燃烧器配有22只风门挡板，相应配有17只气动执行机构。其中在每层煤粉风室上下的2只偏置辅助风（CFS）风室由一只执行机构，通过连杆进行控制；角式SOFA燃烧器每角配有3只风门挡板，相应配有3只执行机构；墙式SOFA燃烧器每角配有3只风门挡板，相应配有3只执行机构。这样每台锅炉共配有92只执行机构，按照机炉协调控制系统（CCS）和炉膛安全监视系统（FSSS）的指令进行操作，在一般情况下，同一层4组燃烧器的风门挡板应同步动作。
各层二次风门挡板用来调节总的二次风量在每层风室中的分配，以保证良好的燃烧工况和指标。
3.2二次风门挡板的控制原则
A层、B层、C层、D层、E层燃料风挡板的开度，按运行或停运函数关系分别控制，运行时开度是本层给煤机转速的函数，以调节一次风气流着火点。停运时开度是锅炉总空气流量的函数；另外AAA层二次风挡板也是给煤机A转速的函数；SOFA、CCOFA二次风挡板是锅炉总空气流量的函数，主要用于控制锅炉NOx的排放。
为了防止煤粉喷嘴烧坏，在保证正常着火点的前提下，燃料风档板开度应该按照表中的数据执行，尽量开大。因为本工程采用LNTFS燃烧系统，燃料风占二次风的比例相对较低，如果燃料风档板开度小的话，喷嘴容易烧坏。为了保护停运燃烧器不过热烧坏，停运燃烧器挡板开度，应随锅炉总空气流量的改变而作相应的调整。
锅炉与燃烧器的设计要求能够同时达到稳燃，提高燃烬率，防止结渣与高温腐蚀，减少NOx排放。为达到上述要求所采取的办法往往相互矛盾。例如提高燃烧效率和稳定性的重要措施之一是提高燃烧区域的温度，但这又往往会引起结渣和高温腐蚀，并使NOx排放量增加，而控制适当的主燃烧器区域二次风量，可有效地减少NOx的排放，还可降低在水冷壁上结焦的可能性。在每层一次风喷口上下设有CFS喷口，该喷口正切22°布置，可使靠近水冷壁区域氧浓度增高，防止结焦和高温腐蚀。同时，该喷口设有挡板风门，可以根据锅炉运行的实际情况加以调整。
4科学的燃烧运行优化调整
4.1炉内分层配煤混烧
结合锅炉的配煤掺烧，在兼顾排放浓度、稳燃等方面条件下最大限度地消化经济煤种，建议烟煤宜在配置下层燃烧器保锅炉稳燃；褐煤挥发分高宜配置在中间层燃烧器，低氧燃烧可控制NOx的产生；贫煤宜配置在上层燃烧器，有利于着火和二次分级燃烧。同时各磨煤机应根据不同煤种，确定其合理的经济煤粉细度。
4.2根据煤种、负荷配风
额定负荷工况下，烟煤挥发分高在下层燃烧器主要用于稳燃，宜配中等风，如配以大风量则不利于控制NOx的产生和整个炉内的低氧燃烧；褐煤若配以大风量则NOx的生成量较大，宜少配风；贫煤、无烟煤挥发分低，为确保燃烬宜多配风。考虑稳燃、低氧、分级，配风方式宜采用缩腰倒宝塔型。即：下层风门开度30%~50%，中间风门开度不宜小于10%，上层风门开度50%~70%，不建议SOFA风门开度长期在100%。当负荷降低时，在保证稳燃的基础上，经济煤种掺配比例可增大，对控制NOx的产生有利。
4.3优化控制锅炉运行氧量
燃料在锅炉燃烧中氧量大小的控制，不仅影响锅炉运行的经济性，更为重要的是对NOx产生的控制起着决定性作用；锅炉采用低氮燃烧技术后，更应对低氧燃烧有明确要求，机组负荷300MW以上时，氧量按2.6%控制；机组负荷300~260MW时，氧量按2.6%~3.0%控制；机组负荷260~180MW时，氧量按3.0%~4.0%控制；机组负荷180MW以下时，氧量按4.0%~4.5%控制，尽量保持低氧燃烧。
5结束语
通过低氮燃烧控制技术的应用，某公司#1、#2炉至投产以来，一直优化调整NOx生成量，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，最大限度地兼顾运行的经济性，减少喷氨量，取得可喜的成绩，带来可观的经济效益。
参考文献：
[1]田正鑫.探析电厂燃煤锅炉中的脱硫氮技术[J].科技创新与应用，2018，（11）：64-64.
[2]李昊.电站锅炉低氮燃烧器改造要求[J].中国设备工程，2019，（14）：154-155