沙角A电厂#1机组低氮燃烧系统改造及运行调整

【摘 要】为了降低NOX的排放，沙角A电厂对#1机组670t/h锅炉的燃烧系统进行了改造，本文以沙角A电厂锅炉实现低氮排放为研究目标，分析了沙角A电厂#1燃煤锅炉低氮燃烧系统改造后NOX的减排效果，以及对燃烧稳定性的影响，对改造后的运行方式进行了优化试验，提出了运行调整建议。

【关键词】低氮；运行优化；燃烧器改造；送风改造

一、改造项目概述

氮氧化合物是燃煤热电厂产生的主要排放污染物，在2003年底颁布的规范GB13223-2003《火电厂大气污染物排放标准》进一步对我国的火电厂机组的NOx的排放指标进行了规范：在生产中燃烧挥发分大于20%的煤炭的固态排渣燃煤锅炉，要求其NOx最高的排放标准应控制在小于450mg/m3，在标准状态下其氧的质量分数为6%，为了响应国家减排号召，适应日后越来越严格的环保要求，火电厂必须对其自身的NOx排放浓度进行控制。

从燃烧的角度与NOx形成的基本原理来研究，不同的结构和形式的燃烧装置将生成不同的燃烧工况与NOx的生成特征。通过改造燃烧器的结构，控制燃烧器的风量与煤量比例，实现空气分级、燃料分级、烟气完成循环再利用，达到降低了NOx直接排放的比例，从而达到降低污染的目标。

本文研究的是沙角A电厂#1机组的低氮燃烧系统改造情况，容量为200MW，主体锅炉是超高压参数带一次中间再热单汽包自然循环锅炉，采用的是四角切圆的燃烧模式。沙角A电厂是珠江口区域内高负荷区的主要供电企业，同时其环保的压力也最大，现有机组因为投产早，设备没有脱硝设备，必须利用改造来降低NOx的排放比例。#1机组因为运行时间很长，寿命接近尾声，如果投入脱硝设备则会造成某种程度的浪费，因此只有通过设备改造来实现节能减排的目标，降低NOx的排放达到环保要求。

二、沙角A电厂#1机组降NOx改造方案分析

1、主燃区改造

改造采用阿米那专利的耐高温材质煤粉燃烧器更换现有的燃烧器，保留现有的微油燃烧器，喷嘴的材料选择ZG40Cr30Ni16Si2NRe；重新对二次风喷嘴进行改造，使之获得更好的二次风速，同时改造了风箱结构，重新对二次风箱进行结构调整，使之达到空气量流量调控的目标，喷嘴采用与前面相同的材料；新的二次风喷嘴通过重新分配空气流量实现低NOx燃烧；另外这种喷口可以加快空气流动速度，从而保证煤粉和空气的混合充分，同时可以让空气进行充分的冷却。合理的喷口结构可以大幅度提高其喷口的寿命，且可以节省较多的维护费用；部分二次风喷口改为偏置，吹向水冷壁一侧，避免出现冷水壁温度高腐蚀或者结垢。改造具体的情况如图1所示。

另外，目前四角切圆燃烧锅炉所采用的是垂直分级送风的技术，可以很好的降低NOx燃烧水平。但是此类燃烧方式存在一个主要问题，即因为一次风区域是低氧且富燃料区，煤粉的强烈燃烧往往会影响水冷壁的温度，造成水冷壁形成高温而被腐蚀，或者水冷壁结焦而影响锅炉的运行。

针对这个问题阿米那研究开发了一种新型的切圆型燃烧配风的方式，即偏置二次风的燃烧技术措施。这个燃烧技术的主体特征就是偏置二次风的喷射方向，使之与主要燃烧器的喷射方向形成一个角度。其具体的优势如下：将主要燃烧区域进行改变，一次风区域的部分与二次风进行分离到煤粉的气流下游，这样就推迟了一次、二次风的混合时间，形成了一个沿着燃烧器高度和水平方向进行分层送风的工况，进一步加强了分级送风的比例，从而降低了煤粉气流着火中心的氧气浓度，有利于充分燃烧而降低NOx的形成。同时，偏置的二次送风技术比较合理的改善了水冷壁附近的烟气分布状况，可以通过风门的调控而控制水冷壁附近的氧气与炉膛平均的含氧量，在一次风和水冷壁之间形成一个风保护，达到“风包粉”的效果，可以有效的方式水冷壁遇到高温的腐蚀与结渣。

2、增加SOFA系统

在燃烧器的上部适当的位置对四面的水冷壁上进行开孔，在此安装新增设的分离型SOFA燃尽风喷嘴，每个水冷壁安装两个，一共八个喷嘴，材料采用的是S309不锈钢。燃尽风从二次风箱内引出。提供二次风箱到SOFA风箱内的连接风道和挡板、弯头和风道膨胀节、支吊件以及新增SOFA风处水冷壁的开孔和开孔密闭部件，最后安装测量风量的设备。

三、低氮燃烧改造后的运行调整

#1号机组锅炉完成低氮改造后，其具备的运行状况如下表1。

综合来看，#1锅炉完成低氮改造后，总体表现良好，可以证明其改造基本成功。经过低氮改造，锅炉燃烧后排放的NOx降低了近六成，使得锅炉NOx排放在100%ECR负荷工况下，满足规范达到300mg/m3以内；而在80%ECR负荷工况下其排放含量则在350mg/m3内。同时尽管改造后的飞灰可燃物有所增加，但是因为锅炉排烟温度有了很大的降低，相比降低20℃，从而平衡了锅炉的总体效率，且提高的幅度在其他参数不变的情况下有近1%。

1、运行调整

1）日常运行中，燃尽风的挡板（SOFA）的开度与锅炉运行的负荷值间的关系，应满足下面的曲线：

这个曲线是燃尽风挡板开度与锅炉运行之间的曲线关系，在日常运行时应根据锅炉的实际运行工况对四个燃尽风挡板进行合理调整，主要的方针如下：如果炉膛内出口两侧烟温的差异过大，此时应关小3号SOFA挡板，调至30-50%；如果两侧主要汽温或者再热的温度偏差过大，或者飞灰可燃物过大就应关小1号、3号SOFA，直至30-50%。

2、氧量与锅炉负荷

在日常运行中，应按照锅炉负荷与运行氧量之间的关系曲线进行运行调整，曲线如下：

这个曲线表示的是改造完成后，锅炉的负荷与氧量之间的关系。为了保证改造后的过热蒸汽与再热温度，在低氮燃烧改造后的运行中需要提高响应的氧量设定值。改造前机组在200MW负荷时，锅炉的氧量设定为2.8-3.0之间，而改造完成后就应当提高至3.4-3.5。虽然锅炉运行的氧量设定值有所提高，但是改造前后的实际风量是不会发生改变的，其原因是SOFA系统不会达到理想的100%效率，因为使得少量氧气在燃烧过程中不能被充分利用，反应到氧气探测上就体现出较高的含氧量。

四、结束语

在运行中还应注意，对于任何负荷和磨煤机组合，建议应尽量增加投运的上层磨煤机的功效。通常情况下投运的上层制粉系统给煤机的转速应比其他层面高出10%以上；在此改造中，因为对燃烧器进行了改进，新的燃烧器所设计的一次风速为24-28m/s，如果一次风速过高则会导致燃烧恶化。所以在运行中建议在满负荷工况下，制粉系统通风量维持在35000-37000NM3/hr；在85%负荷时，制粉系统通风量维持在33000-35000NM3/hr；75%负荷及以下时，维持在30000-33000NM3/hr。