曹建臣
河北大唐国际王滩发电有限责任公司 河北唐山063611
摘 要
为了保护环境，积极响应国家可持续发展战略的号召，决定对某600MW机组实施低氮燃烧改造。
该机组在300MW至600MW负荷之间运行，氮氧化物含量大幅降低，主再热汽温、减温水量、壁温等参数基本正常，炉内基本无结焦现象。#1炉燃用现有煤种，在中低负荷300MW~550MW运行时，NOx排放量可以稳定控制在300 mg/Nm3以内；在550MW~600MW负荷运行期间，NOx排放量一般在280~330 mg/Nm3； CO排放量基本可以控制在200ppm以内。
关键词： 锅炉 低NOx燃烧器
1 锅炉概况
王滩发电公司1号锅炉为哈尔滨锅炉厂设计制造的亚临界、中间再热、燃煤控制循环汽包炉，锅炉型号为HG-2030/17.5-YM9。制粉系统为正压直吹式制粉系统，每台炉六套，选用的磨煤机为北京电力设备总厂设计生产的ZGM123G型磨煤机。燃烧器为哈锅生产设计的四角切圆直流式，在炉膛中心形成两个假想切圆，燃烧器火嘴为摆动可调式，摆动幅度30°（喷口水平为0°），每组由2层二次风喷口和1层一次风喷口组成。一次风和二次风间隔布置。燃烧器顶部增设了二层顶部二次风喷口。
锅炉以最大连续出力工况（BMCR）为设计参数。在任何5磨煤机运行时，锅炉能长期带BMCR负荷运行。锅炉容量及主要参数见表1-1。
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2燃烧过程中生成NOX的机理分析
NOX主要是通过热力型NOX、燃料型NOX和快速型NOX三种途径生成的，并且都在煤燃烧过程中出现。NOX的生成特点是与燃烧方式和燃烧条件，如温度水平、氧气含量等密切相关的。
2.1 热力型NOX
热力型NOX是由于空气中的氮在高温下氧化而产生的(在1500 °C以上时就变的比较突出)，这时NO的生成过程是一个不分支的连锁反应，空气中的氧在高温下先离解成氧原子，然后发生如下不分支连锁反应：
T<1530 °C O+N2=NO+N
T<816 °C N+O2=NO+O
其中，NO与氧进一步氧化生成NO2．试验表明，在燃烧温度低于1500 °C时，随着温度的增加，反应速度成几何速率增长．由此可见，温度对这种No的生成影响具有决定性作用，故称其为热力型NOX。
2.2 燃料型NOX
燃料型NOX是燃料中的氮化物在燃烧过程中氧化而形成的，由于燃料中氮的热分解温度在600 °C～800 °C之间时就会生成NOX。在生成燃料型NOX过程中，由燃料中有机化合物热裂解产生N、CN、HCN等中间产物，或热解焦油的形式析出并被氧化，剩余部分则残存在焦炭中。可见氮的释放程度与挥发分析出过程密切相关。在燃烧初期就控制煤粉气流中的供氧量就能够降低燃料型NOX的生成。研究表明，在氧化物气氛中，随着过量空气系数的增加，由挥发分生成NOX将迅速增加，明显超过焦炭NOX。显然，控制挥发分NOX具有更重要的意义。同样，控制供氧量也将抑制燃料型NOX的生成。
2.3. 快速型NOX
快速型NOX是燃料挥发物中的碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮的反应生成的HCN和N，再进一步与氧作用以极快的反应速率生成NO，其形成时间只需要l min，与炉膛压力的0.5次方成正比．它的生成与温度关系不大。快速型NOX的形成与以下三个因素有关：
(1). OH原子团的浓度及其形成过程；
(2). N2分子反应生成氮化物的速率；
(3). 氧化物间相互转化率。
3降低NOX燃烧技术
(1). 低过量空气燃烧。煤的燃烧过程中，随着烟气中过量空气的减少，可以抑制NO的生成。但过低过量空气系数造成CO浓度急剧增加，从而大大增加化学、机械不完全燃烧热损失．燃烧效率会降低同时低氧量会造成炉膛局部产生还原性气氛，降低灰熔融性温度引起炉壁结渣和腐蚀。
(2). 空气分级燃烧。空气分级燃烧方法是目前普遍使用的低NOX燃烧技术之一，炉内空气分级燃烧的实现形式主要有两种，即轴向空气分级燃烧和径向空气分级燃烧．炉内空气分级燃烧约能降低NOX排放25％~30％。
(3). 轴向空气分级燃烧（SOFA方式）。轴向空气分级燃烧是将燃料所需要的风分两部分进入炉膛：一部分为主二次风，约占总二次风量70％；另一部分为燃尽风，约占总二次风量的30％（上部燃尽风占20％，下部燃尽风占10％）。因此，炉内的燃烧分成四个区域，即热解区、贫氧区、过度区和富氧区。上部燃尽风送人炉膛时，已经避开了高温火焰区，对未燃尽产物起完全燃烧的作用。
(4). 径向空气分级燃烧。该燃烧方式是与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧，它是通过将二次风射流部分偏向炉墙来实现的。径向空气分级燃烧不仅可以使主燃烧区处于还原性气氛从而降低NOX排放量，还可以使炉墙附近处于氧化性气氛，从而可以避免水冷壁的高温腐蚀以及还原性气氛使灰熔融性温度下降而导致的燃烧器附近结渣。
4锅炉改造方案
本台炉是对原燃烧器（总A-F层）进行局部改造 ，针对原厂的燃烧器进行改造：燃烧器喷嘴、燃烧器喷嘴体、二次风喷嘴、燃尽风喷嘴、燃尽风风道。
?燃烧器喷嘴为上下浓淡分离形式，中间加装稳燃钝体形式。
?二次风喷嘴减小通流面积。内二次风内喷口 整体更换原有的内喷口。
?二次风小角度与一次风射流偏置，增加贴壁风喷嘴。
?安装新增设的SOFA燃尽风喷嘴。
?增加燃尽风风道。
3.1试验工况及试验期间煤质
?试验煤质化验报告见表2。
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由煤粉细度化验结果可知，各台磨煤机煤粉细度均较粗，这样不仅会使煤粉更难着火、燃烧不完全、飞灰含碳量升高，同时炉膛火焰中心相对升高，使得排烟温度及NOx排放量大大增加，从而影响锅炉的经济及环保指标。
目前A、B、D、E磨分离器挡板关至50度，C、F磨分离器挡板关至55度。调整后锅炉飞灰含碳量明显降低。
3.3 燃烧器风门及燃尽风优化试验
试验目的是确定燃烧器和燃尽风的最佳运行条件，进入燃烧器的燃烧空气的比率和总的过剩空气量。实现性能保证的NOx排放值，最低的未燃碳和一氧化碳产物之间的最佳平衡。
本次改造后燃烧器二次风喷嘴通流面积较改造前有所缩小，各负荷下二次风箱压力明显较改造前有所升高，较高的二次风箱压力有利于提高二次风风速，增强锅炉抵抗炉膛负压剧烈波动的能力，大大提高燃烧的稳定性。
3.4NOx、CO减排效果
本次燃烧器改造，主要是有针对性降低氮氧化物排放量的同时，保证锅炉各项热损失在合理范围之内，因此在各负荷段，采用烟气分析仪对空预器口烟气成份进行网格法测试。
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#1炉燃用现有煤种，在中低负荷300MW~550MW运行时，NOx排放量可以稳定控制在300 mg/Nm3以内；在550MW~600MW负荷运行期间，NOx排放量一般在275~330 mg/Nm3；
3.6锅炉效率测定试验
在300MW至620MW负荷之间，锅炉效率基本可以保证在94%之上。
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试验期间，通过二次风挡板特性试验及过量空气系数优化试验，总结出最佳的配风方案和各个负荷段的最佳氧量，所取飞灰含碳量较低，与改造前未出现加大变化，这是锅炉效率不降低的重要因素。