/低氮燃燒技術在南化公司＃1鍋爐上的應用武漢燃控科技熱能工程有限公司彭良才我國能源結構中70~80％由煤的燃燒提供，每燃燒一噸煤，就要產(chǎn)生5~３0kg氮氧化物。目前我國現(xiàn)役煤粉鍋爐排煙中的NOｘ的濃度范圍在600～１２00mg/m3，每100億ｋWh的火力發(fā)電量約排放3。９～８。８萬噸的NＯx。NOx是大氣的主要污染物之一[1］.為滿足國家對NOx排放濃度的控制要求，中國石化南化公司對鍋爐進行低氮燃燒技術改造，實現(xiàn)鍋爐超低ＮOx排放的同時實現(xiàn)鍋爐高效穩(wěn)燃、防結焦、防高溫腐蝕及低負荷不投油穩(wěn)燃等。鍋爐概況鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、“π"布置固態(tài)排渣爐。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁。爐膛出口布置屏式過熱器，水平煙道裝設了兩級對流過熱器。爐頂水平煙道兩側及轉向室設置了頂棚和包墻過熱器，尾部豎井交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器。采用鋼球中間儲倉式制粉系統(tǒng),乏氣送粉。除渣設備采用刮板撈渣機。鍋爐采用四角布置不可擺動直流式煤粉燃燒器。爐內假想切圓直徑為φ60０mm。每角燃燒器由4層二次風噴口和2層一次風噴口組成。每角燃燒器布置型式為：2—1－2-2-1－2。目前鍋爐煙氣中ＮＯx排放濃度70０mｇ/Nｍ3左右。空氣分級原理將燃燒所需的空氣量分成兩級送入爐膛,使主燃燒區(qū)內過量空氣系數(shù)在0.75～0．85,燃料先在富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，延遲了燃燒過程，在還原性氣氛中大量含氮基團與NOx反應，提高了ＮOx向Ｎ２的轉化率,降低了NOｘ在這一區(qū)域的生成量。約20～30％未燃盡煤粉將進入富氧燃盡區(qū)進行充分燃燒，同時未燃盡碳中含有的N也將在富氧燃盡區(qū)反應生成氮氧化物，最終隨著煙氣排除爐膛。這一部分氮氧化物約占常規(guī)低氮燃燒技術氮氧化物排放值的40~60%，主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)越大其所占比例越小。為了進一步降低這部分氮氧化物的生成，我公司采用了雙級燃盡風（示意圖見4—3）技術。此技術將燃盡風分為高位燃盡燃盡風和低位混合燃盡風。分段后的燃盡風在保證主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)處于0。75～0。8５的同時，通過對燃盡風的分層實現(xiàn)了降低未燃盡碳進入富氧區(qū)域的比例。低位混合燃盡風將主燃燒區(qū)域的過量空氣系數(shù)提高到0．95左右同時,對爐內煙氣進行了進一步的混合，即有利于氮氧化物的還原又有利于煤粉的燃燒。在確保還原氣氛的情況下,將進入高位燃盡區(qū)的未燃盡碳降至約5%，同時將主燃燒區(qū)由于混合不均勻而無法得到還原的氮氧化物還原，最終使排出爐膛的氮氧化物大大降低。高位燃盡燃盡風送入爐膛后，形成富氧燃燒區(qū).此時空氣量雖多，但因火焰溫度低，且煤中析出的大部分燃料在主燃區(qū)已反應完成,最終氮氧化物生成量不大,同時空氣的供入使煤粉顆粒中剩余焦炭充分燃盡，保證煤粉的高燃燒效率,最終爐內垂直空氣分級燃燒可使氮氧化物生成量降低。圖1噴口布置圖３．改造方案本次改造設計理念采用空氣分級原理，結合濃淡分離技術及局部燃料分級原理［３].根據(jù)鍋爐目前運行狀況,此次方案各層風管標高基本不變，燃燒器維持原來切圓不變，在標高1６ｍ和1８m處增加兩層燃盡風噴口（見圖1）。一次風管采用水平濃淡，一次風噴口采用耐磨、耐高溫材質制造，滿足鍋爐運行的需要。所有一次風耐熱噴口更換為新型結構。一次風煤粉噴口在淡側布置有側偏風，保護噴口，改善噴口區(qū)域氧化性氣氛，防止結焦。為了避免采用分級燃燒后主燃燒區(qū)風量減少帶來的動力場變化，二次風噴口根據(jù)低氮燃燒的配風要求進行更換。下二次風噴口面積減小，保證此層氣流剛性，增強托粉效果；C層二次風采用部分偏置二次風,分離部分二次風偏向水冷壁,改善水冷壁附近氧化性氣氛,降低結焦風險。燃盡風布置在標高16米和18米左右；燃盡風為兩層布置,風量占總風量的24％左右（見表1)；噴口內葉片可以實現(xiàn)上下20度擺動，左右1５度擺動，假想切圓直徑為６00mm。運行數(shù)據(jù)及分析4.１改造前鍋爐情況表1改造前后配風對比表參數(shù)名稱改造前改造后一次風率（％)302８二次風率（%)６５.83４4燃盡風率(％)／24一次風速（m/s）3０30二次風速（m/s）４545燃盡風速（m/ｓ）/45一次風溫（℃)60６0二次風溫(℃）３2５325燃盡風溫(℃）/325南化公司#1鍋爐改造前，委托設計方針對鍋爐經(jīng)常出現(xiàn)的負荷做摸底試驗。通過燃燒中觀察，燃燒器噴口處有結焦現(xiàn)象，水冷壁壁面比較干凈。有些二次風門有卡塞、變形現(xiàn)象，故顯示的二次風門開度，不準確。根據(jù)試驗結果,鍋爐煙氣中NOx排放濃度在750mｇ/Nm３左右，鍋爐效率在９０％以下。（詳細情況見表2）表2摸底試驗數(shù)據(jù)表項目單位數(shù)據(jù)工況編號T1T2T3T4工況負荷ｔ/h１8018022０220煤粉細度R90A側％２2２01９20Ｂ側%211８１8１9一次風壓A側kＰa2。22。２2。３2。3Ｂ側ｋPａ2.12。１2.32．3二次風壓A側kPa1。81。４２.62．1Ｂ側kPa1．9１.52.62。1熱風溫度A側℃279２７８２90276Ｂ側℃2762762852８7進風溫度Ａ側℃20。7２1.119。719.7B側℃１8。61９。818。72０．７BＢ層二次風門開度％9０80908０AＢ2層二次風門開度％75８07580AB１層二次風門開度％758０７５８０AA層二次風門開度%１0０1０01０0100低溫空預器出口實測６0分鐘平均值（標態(tài))NOxｍg／Nｍ3671701723681COｍg／Ｎm3171259O2%3.613.91３.８０2。70鍋爐出口氧量（高省出口)A側％3.413。623。6０2．8５B側%３．35３.503。４22.３7主汽系統(tǒng)溫度℃52４．25２6．252６.6528。0流量t/h１85.61８６。3218.8210.2壓力kPa9。038．９79.018。９9減溫水量ｔ/h19．518.４17。5１９。２主給水系統(tǒng)溫度℃188。６1９0.2198。８1９８。８流量ｔ/h１88．41９2。721７。9210。８爐膛出口煙溫A側℃870.0878.09２１．0878。０Ｂ側℃8４４．084４。0９54。0９13．0排煙溫度A側℃135.01３5。0１38。３138。3Ｂ側℃131.0130.5140.２135.2飛灰含碳量取樣值%３。０32。3７2。713．5０修正值％2。6７2。０92.3８3。0８爐渣含碳量%8。１68。525.96５.4７鍋爐效率％88。75８９.2６90．８７８９。764.２改造后鍋爐情況南化公司委托設計方完成了＃１鍋爐低氮燃燒器改造后的熱態(tài)調試工作,并對以后運行工作進行指導。通過熱態(tài)測試的結果看:（詳細數(shù)據(jù)見表３）（1)由于對鍋爐尾部受熱面進行了改造,排煙溫度低于原設計值8℃左右，比未改造前實際運行溫度低約２0℃,故排煙熱損失減少了約1.3%，鍋爐效率比改造前增加了約1%;（2）為保證燃盡率，將煤粉細度Ｒ90由原來的22％降低到18%左右，低氮燃燒器改造后飛灰和爐渣可燃物沒有明顯增加。（3）工況Ｔ1、T2、T3和T４分別采用了倒塔配風、均等配風、正塔配風及束腰配風,進行對比發(fā)現(xiàn),正塔配風對于降低NOx排放效果優(yōu)于其他形式.(4）通過工況Ｔ4發(fā)現(xiàn)，上層燃盡風1０0％開度,下層燃盡風5０%開度，降低NOx效果最佳,折算到6%O２下的NOx排放濃度顯著下降,排放濃度值為３２5ｍg/Nｍ３；飛灰可燃物含量為3．2６%,爐渣可燃物含量為9。7％。（5）測試中，減溫水量與摸底試驗相比較,沒有明顯升高,維持在20t／h左右。（6)通過觀察，燃燒器噴口區(qū)域的結焦情況有所緩解.表3熱態(tài)調試數(shù)據(jù)表項目單位數(shù)據(jù)工況編號Ｔ１T２T3T4T5工況負荷t/h220220２20220１８0煤粉細度R90A側％１8181８１８１8B側％17１7171717一次風壓Ａ側ｋＰａ2．２2。２2.12.１２。0B側kPａ2。12．12。1２。12.1二次風壓A側kPa2。32。１2。４2。３1。8B側kPa2。3２．２２.32.21.9熱風溫度A側℃279289305３1027９Ｂ側℃276285302３10276進風溫度A側℃２0。７21。１20。82５.7２0.７B側℃1８.61９．820.12３.718。6上層燃盡風風門開度%505050１０050下層燃盡風風門開度%1001０01０05０1００BB層二次風門開度％1009０5０8０50AB2層二次風門開度％909０656565AＢ1層二次風門開度％９0908０6580AA層二次風門開度%８0909080９0周界風風門開度%50505050５0低溫空預器出口實測6０分鐘平均值(標態(tài)）NOｘmg／Ｎm34１13583４1３2５3６5COmg/Nｍ31291114１１O(jiān)2％３．５03．263.403.00３。２0鍋爐出口氧量（高省出口)Ａ側％3.202．84３.202。8５3．０4Ｂ側％3．１1３．1５1.502。5４2．98主汽系統(tǒng)溫度℃52４.2526．2524。6528。０５25。５流量t／h２15。82１7．３218。8210。2183.6壓力kPa9.0３9。０１9。018。999．０3減溫水量t／h１８.221．218．８22．01９．5主給水系統(tǒng)溫度℃220.0２17.０21５.０215.0201．0流量t/ｈ219。４21７．02１3.0２1５.０203.0爐膛出口煙溫A側℃//942．0962。087７．0B側℃９47.0９６2。0954。09５4。0892。0排煙溫度A側℃11０.41１4.２1０9。5115．4109．4Ｂ側℃1０8.6１11．61１０.411２.6113.2飛灰含碳量取樣值%３。502．80３．263．7０3．77修正值％3.082．462。873．263.32爐渣含碳量％7．5６7.52５．96９.705.8７鍋爐效率％９3。0４９2．6591。8792。4７92．13優(yōu)化運行根據(jù)熱態(tài)調試結果，結合鍋爐運行的實際情況，進一步對運行操作優(yōu)化：（1）控制煤粉細度R9０在1８％左右；（2)爐膛出口氧量（高省出口)，高負荷時控制在２。0%—3.０％，低負荷時控制在3.0%左右;