白付明
大唐韩城第二发电有限责任公司 陕西省 韩城市 715400
摘要：本文以660MW发电机组对冲燃煤锅炉低氮燃烧改造及运行优化试验为题，在介绍锅炉燃烧器低氮改造方法的基础上，对其进行低碳燃烧改造及运行优化试验，试验结果表明，在低氮燃烧改造后，锅炉燃烧后的污染物排放量大幅度减少，效率却有所提升，并且不存在结焦、燃烧器烧损等问题。
关键词：660MW发电机组；对冲燃煤锅炉；低氮燃烧改造
引言：通过对660MW发电机组对冲燃煤锅炉低氮改造进行了研究，研究结果表明，通过燃烧器更换、燃尽缝喷嘴合理布置等措施的运用，使氮氧化合物排放量被有效控制。
一、锅炉燃烧器低氮改造方案-以对冲燃烧锅炉为例
（一）锅炉设备情况概述
大唐韩城第二发电有限责任公司4号锅炉于2008年8月投产，采用东方锅炉厂生产的自然循环汽包炉，型号为DG2070/17.5-Ⅱ5。为亚临界、单炉膛、前后墙对冲旋流燃烧方式、一次中间再热、平衡通风、固态排渣、尾部双烟道、全钢悬吊П型结构、半封闭布置的自然循环锅炉。炉顶采用大罩壳全金属密封，炉墙为轻型结构带梯型铝合金外护板，屋顶为轻型金属屋盖。
（二）改造前的运行情况
在低氮燃烧改造前，锅炉的问题主要表现在以下方面：
第一，在高负荷运行状态下，脱硝入口处的氮氧化合物排放量为每立方米350毫克，与此同时，烟气中还含有大量的飞灰，且飞灰中的碳和一氧化碳的浓度较高。
第二，OPCC型燃烧器一次风筒耐磨陶瓷脱落，导致风筒前端因燃烧而受损，虽然在后续进行了维修和更换，但问题并没有被有效根治[1]。
（三）改造性能和方案
1.对设计煤种进行改造
本锅炉原来的用煤是神府东胜煤，该煤种为山西晋北混合煤，但实际用煤结构较为复杂，主要以掺烧为主。在改造后，以3:2的比例，分别掺烧神府东胜煤和印尼煤，原设计煤作为校核煤。
2.低氮燃烧改造方案
第一，燃尽风主体的改造。在改造燃尽风时，所遵循的原则为燃尽风标高与主燃烧器之间的距离以适中为宜，究其原因，主要是距离较短会导致还原区的距离缩小，距离过长会导致燃尽时间延长，上述两种情况的出现，都会对改造效果造成不利的影响。与此同时，还要确保燃尽风速率的稳定，如果风速过低，很难起到作用，而风速过大，会使主燃烧区的效率下降。此外，还要保证燃尽风角度具有可调节性，这样就可以利用摆动调节机构的方式，对炉膛出口烟温进行控制。
原锅炉在设计过程中，将一层燃尽风布置到主燃烧器的上方，燃尽风在锅炉总风量中的占比为17%，为实现对氮氧化合物排放量的有效控制，本次设计改造的措施为增加燃风率，从而在燃烧器上部燃尽风喷口处形成富氧燃烧，以此来保证碳燃烧的充分性。与此同时，还要确保浓燃料区在燃烧器喷口处形成，通过这种改造，使燃烧区域的氧体积分数和温度进一步下降，最终实现对氮氧化合物排放量的有效控制，并在此基础上，保证粉煤灰的燃烧效果。
第二，燃尽风的改造措施：改造设计在保持原燃尽风标高和开孔中心位置不变的基础上，对燃尽风层燃烧器整体进行了更换，在调风器选择上，采取了直流+旋流的结构，通过调风器的调整，确保没有充分燃烧的碳和烟气被旋流卷到炉膛之中，从而规避锅炉固有的问题。比如：锅炉水冷壁结渣、高温腐蚀等。
为使全炉膛高度方向的深度分级燃烧效果进一步增强，实现控制氮氧化合物排放的目的，在改造时，将1层直流燃尽风层增加到了原锅炉燃尽风标高上方，本次改造所增加的燃烧器数量为12只，分别位于前墙和后墙。同时，还将水平摆动调节结构装设到各燃烧器的喷口处。在改造过后，燃尽风被一分为二，相较于改造之前，空气分级增加了一级，有利于降低氮氧化合物的生成量。
本次改造在保留原设计的基础上，对燃尽风率和风速进行了调整，在改造后，燃尽风率会进一步增加，对氮氧化合物的生成效果进行有效控制[2]。
第三，燃烧器主体改造。本次改造对氮氧化合物旋流燃烧器技术进行了使用，在结构原理上，这种燃烧器技术与旧燃烧器大致相同。其中，一次风扩锥的设计角度为，与风筒之间的连接方式为螺栓连接；二次风扩锥的设计角度为，其结构类型为翻边结构。燃烧器的组成部分包括内外二次风装置、风管、风头、壳体、煤灰浓缩器等。相较于旧燃烧器，改造后的燃烧器，对空气进行了更加细致的划分，主要划分为四个部分，分别为一次风、中心风和内外二次风。
二、运行优化调整试验
在试验开始前，从煤灰中选择了试验样品，其中，煤灰的细度为，与要求相符。本次试验的负荷为，需要在不影响锅炉效率和保持飞灰中碳质量分数提高的基础上，对氮氧化合物的排放量进行控制。在试验过程中，煤质较为稳定，本次用煤为改造后的煤炭种类。
（一）基础工况
以日常运行工况为前提条件，对运行氧量、氮氧化合物体积分数、灰中碳的质量分数进行测量，并依据测量结果，对机组实际运行情况进行把握，在试验期间，工况燃烧器和燃尽风小风门的状态为全开。
在取样过程中，对网格法进行了运用，取样位置为烟道处，每个烟道所设置的取样孔数量为个，每孔设置的取样点为个，简言之，就是每个烟道共设置个取样点，实现对一氧化碳、氮氧化合物、氧气的准确测量。在每次试验前，还需使用标准气体校检氮氧化合物分析仪，确保分析结果准确。原始测量结果如下所述：
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在观察试验结果后可计算出氮氧化合物的浓度为每立方米245毫克，左侧飞灰中的含碳量为0.48%，而右侧飞灰中的含碳量为0.34%。
（二）优化后的工况
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第三，燃烧器二次外风调整。在通过上述分析可知，在氧量降低为2.8%时，氮氧化合物的浓度会有所下降，但碳含量会上升。想要通过控制含氧量的方式减少氮氧化合物的排放量，需要对燃烧器进行调整，否则会导致锅炉燃烧效率下降。在调整后，碳浓度显著降低，这表明直流+旋流的后卷风力较强，粉煤灰可以充分燃烧。
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结论：综上所述，在对比试验测量结果后认为将氧量控制在2.8%最为合理，同时还要使总风量保持为每小时2100吨。此时，锅炉效率高达93%，氮氧化合物生成量为每立方米249毫克，飞灰中的碳含量占比为1.3%。
参考文献：
[1]张嘉敏,周皓,汪赛挺.自备热电小型燃煤锅炉机组的超低排放技术应用[J].产业创新研究,2020(18):126-127.