安陽電廠燃煤鍋爐低氮燃燒器改造淺談

1、安陽電廠燃煤鍋爐低氮燃燒器改造淺談?wù)簽榻档兔撓醺脑旒斑\(yùn)行成本，安陽電廠#9、10鍋爐燃燒器進(jìn)行改造，改造后的燃燒器將降低燃煤在爐膛燃燒過程中NOx的生成量，本文重點(diǎn)介紹鍋爐低氮燃燒器改造的方案，并結(jié)合安陽電廠#9、10鍋爐改造后的實(shí)際運(yùn)行情況及效果，淺談燃煤機(jī)組鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)及對(duì)NOx的生成量的控制。關(guān)鍵字：低氮燃燒器 改造 NOx 效率一、前言我國煤電污染嚴(yán)重，預(yù)計(jì)到2015年和2020年，我國火電裝機(jī)容量將分別達(dá)到10億千瓦和12億千瓦。據(jù)此測(cè)算，按照目前的排放控制水平，到2015年，火電排放的NOx，將達(dá)到1116萬噸以上，到2020年，將達(dá)到1234萬噸以上。由此可見，火電大

2、氣污染物的排放對(duì)生態(tài)環(huán)境的的影響將越來越嚴(yán)重。最新標(biāo)準(zhǔn)(GB13223-2011)要求，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組從2014年7月1日，新建火力發(fā)電鍋爐及燃?xì)廨啓C(jī)組從2012年1月1日起執(zhí)行NOx排放濃度100mg/Nm3的標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組煙氣脫硝改造在降低煙氣NOx含量的同時(shí)，高昂的脫硝運(yùn)行費(fèi)用又使發(fā)電企業(yè)不堪重負(fù)。為了減少SCR入口處NOx含量，降低脫硝改造及運(yùn)行成本，低氮燃燒器改造勢(shì)在必行。二、低NOx燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介用改變?nèi)紵龡l件來降低NOx排放的方法稱為低NOx燃燒技術(shù)。在各種降低NOx排放的技術(shù)中，低NOx燃燒技術(shù)是采用最廣、相對(duì)簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的方法。目前低NOx燃燒技術(shù)主要有如下幾種：3.

3、2.1 低過量空氣系數(shù)低過量空氣系數(shù)是一種優(yōu)化裝置燃燒、降低NOx生成量的簡(jiǎn)單方法。隨著煙氣中過量氧的減少，可以抑制NOx的生成。它不需對(duì)燃燒裝置做結(jié)構(gòu)改造，并有可能在降低NOx排放的同時(shí)，提高裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于燃煤鍋爐而言，限制主要來自于過?？諝庀禂?shù)低時(shí)會(huì)造成受熱面的粘污結(jié)渣和腐蝕、汽溫特性的變化以及因飛灰可燃物增加而造成經(jīng)濟(jì)性下降，所以電站鍋爐實(shí)際運(yùn)行時(shí)的過?？諝庀禂?shù)不能做大幅度的調(diào)整。3.2.2 空氣分級(jí)燃燒空氣分級(jí)燃燒的基本原理是將燃料的燃燒過程分階段完成。在第一階段，將從主燃燒器供入爐膛的空氣量減少到總?cè)紵諝饬康?0-75%(相當(dāng)于理論空氣量的80%)，使燃料先在缺氧的富燃料燃

4、燒條件下燃燒。此時(shí)第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)<1，因而降低了燃燒區(qū)內(nèi)的燃燒速度和溫度水平，不但延遲了燃燒過程，而且在還原性氣氛中降低了生成NOx的反應(yīng)率，抑制了NOx在這一燃燒中的生成量。為了完成全部燃燒過程，完全燃燒所需的其余空氣則通過布置在主燃燒器上方的專門空氣噴口OFA(over fire air)稱為“燃燼風(fēng)”噴口送入爐膛，與第一級(jí)燃燒區(qū)在“貧氧燃燒”條件下所產(chǎn)生的煙氣混合，在>1的條件下完成全部燃燒過程。這一方法彌補(bǔ)了簡(jiǎn)單的低過量空氣燃燒的缺點(diǎn)。在第一級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)的過量空氣系數(shù)越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃燒產(chǎn)物越多，導(dǎo)致燃燒效率降低、引起結(jié)渣和腐蝕的可能性越大

5、。因此為保證既能減少NOx的排放，又保證鍋爐燃燒的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，必須合理組織空氣分級(jí)燃燒過程。3.2.3 燃料分級(jí)在燃燒中已生成的NO遇到烴根CHi、未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C以及CnHm時(shí)，會(huì)發(fā)生NO的還原反應(yīng)，反應(yīng)式為：4NO+CH4 =2N2+CO2+2H2O2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2 =N2+2nCO2+mH2O2NO+2CO =N2+2CO22NO+2C =N2+2CO2NO+2H2 = N2+2H2O利用這一原理，將80-85%的燃料送入第一級(jí)燃燒區(qū)，在>1條件下，燃燒并生成NOx。送入一級(jí)燃燒區(qū)的燃料稱為一次燃料，其余15-20%的燃料則在主燃燒器的上

6、部送入二級(jí)燃燒區(qū)，在<1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級(jí)燃燒區(qū)中生成的NOx在二級(jí)燃燒區(qū)內(nèi)被還原成氮分子，二級(jí)燃燒區(qū)又稱再燃區(qū)，送入二級(jí)燃燒區(qū)的燃料又稱為二次燃料，或稱再燃燃料。在再燃區(qū)中不僅使得已生成的NOx得到還原，還抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放濃度進(jìn)一步降低。3.2.4 煙氣再循環(huán)目前使用較多低NOx燃燒技術(shù)的還有煙氣再循環(huán)法，它是在鍋爐的空氣預(yù)熱器前抽取一部分低溫?zé)煔庵苯铀腿霠t內(nèi)，或與一次風(fēng)或二次風(fēng)混合后送入爐內(nèi)，這樣不但可降低燃燒溫度，而且也降低了氧氣濃度，進(jìn)而降低了NOx的排放濃度。3.2.5 低NOx燃燒器煤粉燃燒器是鍋爐燃燒系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。從燃燒的角

7、度看，燃燒器的性能對(duì)鍋爐的可靠性和經(jīng)濟(jì)性起著主要作用。從NOx的生成機(jī)理看，占NOx絕大部分的燃料型NOx是在煤粉的著火階段生成的，因此，通過特殊設(shè)計(jì)的燃燒器結(jié)構(gòu)以及改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，可降低著火區(qū)氧的濃度及著火區(qū)的溫度，從而達(dá)到最大限度地抑制NOx生成的目的。3.2.6 低NOx燃燒系統(tǒng)為更好地降低NOx的排放量和減少飛灰含碳量，將低NOx燃燒器和爐膛低NOx燃燒(空氣分級(jí)、燃料分級(jí)和煙氣再循環(huán))等組合在一起，構(gòu)成一個(gè)超低NOx燃燒系統(tǒng)。三、鍋爐概況安陽發(fā)電廠#9、10鍋爐由東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司制造的亞臨界自然循環(huán)汽包鍋爐，鍋爐型號(hào)DG1025/18.2-II4，鍋爐為亞臨界自然循

8、環(huán)汽包鍋爐，單爐膛，一次中間再熱，平衡通風(fēng)，鋼構(gòu)架，固態(tài)排渣，燃煤鍋爐。采用四臺(tái)低速鋼球磨、中間倉儲(chǔ)熱風(fēng)送粉系統(tǒng)、四角切園燃燒方式，假想切圓的直徑為700mm、500mm。改造前鍋爐省煤器出口處NOx排放濃度為780850mg/Nm3，鍋爐再熱汽溫偏低，大屏容易超溫，燃燒器磨損嚴(yán)重。水冷壁每角的燃燒器共有15層噴口，其中一次風(fēng)噴口5層(在A層中布置有小油槍)、二次風(fēng)噴口7層(其中DE層布置大油槍)、用于降低NOx生成量的頂二次風(fēng)噴口1層，三次風(fēng)2層。一次風(fēng)噴口四周有周界風(fēng)，每角燃燒器分上、下2組。擺動(dòng)燃燒器噴口，除頂二次風(fēng)噴口能上下擺動(dòng)15°外，各層噴口(A層上傾3°固定)

9、均可上下擺動(dòng)18°(#9爐15°)，上、下組噴口的擺動(dòng)由氣動(dòng)執(zhí)行器帶動(dòng)完成，每組燃燒器配一個(gè)氣動(dòng)執(zhí)行器，每角2個(gè)，全爐共8個(gè)。我廠#9、10鍋爐目前采用的燃燒器技術(shù)為水平濃淡燃燒器，根據(jù)研究結(jié)果和鍋爐實(shí)際運(yùn)行情況，我廠燃燒器整體布置基本合理，但燃燒配風(fēng)組織上存在一定缺陷且燃燒器磨損嚴(yán)重。1)燃燒器結(jié)構(gòu)型式欠妥，一次風(fēng)與二次風(fēng)混和過早，不利于抑制NOx 生成;2)雖然進(jìn)行了全爐膛分級(jí)燃燒，但燃燼風(fēng)率偏小，爐內(nèi)空氣分級(jí)燃燒效果不明顯，無法起到大幅降低NOx的目的。3)燃燒器噴口及殼體磨損嚴(yán)重，二次風(fēng)擋板特性差;周界風(fēng)卡涉，調(diào)節(jié)不靈活。四、工程概況結(jié)合我廠鍋爐燃燒器結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，項(xiàng)目

10、承包商制定了改造方案，采用立體分級(jí)低氮燃燒技術(shù)，即低NOx水平(或垂直)濃淡燃燒器+空氣分級(jí)燃燒組合技術(shù)，保證在降低NOx的同時(shí)，燃燒穩(wěn)定性好、爐內(nèi)避免結(jié)渣和高溫腐蝕，安陽發(fā)電廠在2014年2月至6月利用#9、10鍋爐B級(jí)檢修機(jī)會(huì)完成了低氮燃燒器改造工作。低氮燃燒系統(tǒng)改造包括分離燃燼風(fēng)(SOFA風(fēng))、低氮濃淡燃燒器(A層燃燒器保留小油槍)、燃燒器擺動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制系統(tǒng)、二次風(fēng)噴口、二次風(fēng)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)、周界風(fēng)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)(原來沒有)、三次風(fēng)噴口、三次風(fēng)門及執(zhí)行機(jī)構(gòu)(原來沒有)、風(fēng)煙系統(tǒng)風(fēng)量測(cè)點(diǎn)、油槍及點(diǎn)火槍等。4.1 分離燃盡風(fēng)系統(tǒng)將有組織燃燒風(fēng)量沿爐膛垂直方向分級(jí)供入，主燃區(qū)有組織空氣量與理論空氣

11、量的比值由原來p=1.2變?yōu)閜=0.840.9。在主燃燒器上方(標(biāo)高31.702m、32.393m、33.084m、33.715m)，布置四層共16只燃盡風(fēng)噴口，整個(gè)燃盡風(fēng)噴口在燃燒器區(qū)上部相同的水冷壁角部位置開出燃盡風(fēng)安裝口，燃盡風(fēng)量占總空氣量約為26%，燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速采用較高風(fēng)速45.73m/s，所有燃盡風(fēng)噴口均可以垂直和水平方向擺動(dòng)，上下擺動(dòng)± 15°，水平方向上± 10°左右擺動(dòng)，可根據(jù)鍋爐運(yùn)行狀況(燃盡、NOx排放、過熱器汽溫偏差等)進(jìn)行噴口角度的適當(dāng)調(diào)整，有效調(diào)節(jié)爐膛出口煙溫偏差，并保證過熱器管壁不出現(xiàn)超溫問題。各個(gè)燃盡風(fēng)噴口的供風(fēng)風(fēng)道均由相

12、對(duì)應(yīng)的各角主二次風(fēng)道引出分別向燃盡風(fēng)噴口供風(fēng)，保證供風(fēng)阻力小，在風(fēng)道上設(shè)置有單獨(dú)風(fēng)門擋板，由氣動(dòng)執(zhí)行器遠(yuǎn)程操控。相應(yīng)水冷壁上將開出燃盡風(fēng)安裝口，安裝有水冷壁水冷套和密封殼體，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)管道、鋼架安裝位置對(duì)燃盡風(fēng)道進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，各燃盡風(fēng)道上加裝膨脹節(jié)，并均設(shè)有恒力彈簧吊掛。圖1 鍋爐新增燃盡風(fēng)水平布置圖4.2 一次風(fēng)及煤粉濃縮器：采用經(jīng)過優(yōu)化的煤粉百葉窗濃縮器，保證低的流動(dòng)阻力，均勻的氣流分配，高的煤粉濃縮比，采用耐磨鑄鋼結(jié)構(gòu)，保持耐久的抗磨損能力，在易磨損部位內(nèi)襯高珞鑄鐵耐磨材料。煤粉濃縮器總長較短，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝布置的要求。根據(jù)現(xiàn)有燃用煤質(zhì)的情況，對(duì)煤粉濃縮器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到最佳著火、燃

13、燼和低NOx排放特性。百葉窗式煤粉燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)表濃縮器葉片數(shù)4濃縮器空截面風(fēng)速 m/s23.5濃縮器濃淡風(fēng)比1.01.1濃縮器濃縮率1.62.0濃縮器阻力系數(shù)2.0濃縮器阻力mmH2O4050一次風(fēng)濃淡噴口之間采用垂直V型隔板，推遲濃淡一次風(fēng)的混合速度。一次風(fēng)噴口出口四周設(shè)計(jì)有偏置型周界風(fēng)噴口，對(duì)運(yùn)行或停運(yùn)的一次風(fēng)噴口起到冷卻保護(hù)作用，一次風(fēng)在向火側(cè)和上下兩側(cè)設(shè)有小扳邊，推遲周界風(fēng)與一次風(fēng)的混合，在一次風(fēng)噴口背火側(cè)設(shè)計(jì)較大出口動(dòng)量的側(cè)二次風(fēng)，對(duì)爐膛水冷壁面起到防止結(jié)渣、防止高溫腐蝕的保護(hù)作用。4.3 微量油燃燒器：針對(duì)鍋爐特點(diǎn)和燃料燃燒特性，將A層四只燃燒器改為新一代微油直接點(diǎn)火水平濃淡風(fēng)煤

14、粉燃燒器，作為鍋爐點(diǎn)火燃燒器和主燃燒器使用，可滿足鍋爐啟、停的要求。4.4 二次風(fēng)系統(tǒng)改造主燃燒器區(qū)二次風(fēng)噴口面積根據(jù)主燃燒器區(qū)有組織二次風(fēng)減少的情況進(jìn)行相應(yīng)縮小，出口二次風(fēng)風(fēng)速達(dá)到設(shè)計(jì)值，保證出口的二次風(fēng)風(fēng)速達(dá)到較高風(fēng)速。最下層保證較大二次風(fēng)噴口面積，使其具有較大出口二次風(fēng)動(dòng)量，起到在最下層托粉的作用，減少爐膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。二次風(fēng)噴口采用收縮型結(jié)構(gòu)，推遲一、二次風(fēng)的混合，有效地推遲空氣與煤粉的混合，減少燃燒過程中含N基團(tuán)與O2反應(yīng)機(jī)會(huì)，有效降低NOx生成量。本次改造對(duì)二次風(fēng)噴口全部進(jìn)行更換，對(duì)二次風(fēng)及周界風(fēng)擋板執(zhí)行機(jī)構(gòu)及氣動(dòng)執(zhí)行器全部進(jìn)行更換，保證二次風(fēng)擋板的特性曲線，保證運(yùn)行

15、中二次風(fēng)擋板開關(guān)調(diào)節(jié)靈活。4.4 三次風(fēng)系統(tǒng)改造采用穩(wěn)燃能力較好的新一代水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器，鍋爐機(jī)組的穩(wěn)燃能力將大幅度提高，增大三次風(fēng)噴口面積，降低三次風(fēng)出口風(fēng)速，增加穩(wěn)燃齒，強(qiáng)化三次風(fēng)著火和燃盡度，以盡量減少對(duì)燃燒穩(wěn)定性的影響，增加其穩(wěn)燃性能。本次改造將原上層三次風(fēng)燃燒器(標(biāo)高27.492m)從煤粉管道膨脹節(jié)處重新設(shè)計(jì)，降低標(biāo)高并通過復(fù)合三通彎頭分成上下兩層三次風(fēng)管道，新增三次風(fēng)燃燒器標(biāo)高分別為25.996m(原EE層二次風(fēng))和24.799m(原DE層二次風(fēng))。將標(biāo)高27.492m(原三次風(fēng))改為EE層二次風(fēng)噴口，原DE層大油槍下移至DD層。原下層三次風(fēng)標(biāo)高維持不變，并采用噴口擺動(dòng)結(jié)構(gòu)。改

16、造后主燃區(qū)共有五層一次風(fēng)分別在A、B、C、D、E層，七層二次風(fēng)分別在AA、AB、BC、CC、DD、EE、OFA層，三層三次風(fēng)分別在F、G、H層。4.5 擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主燃燒器的分上下兩組，每組噴口可同步或單獨(dú)擺動(dòng)，上下擺動(dòng)±20°(噴口水平為0°)。除AA層二次風(fēng)及A層微油燃燒器噴口固定不動(dòng)，OFA層二次風(fēng)噴口可上下擺動(dòng)±20°，左右可擺動(dòng)±10°。二次風(fēng)、周界風(fēng)和三次風(fēng)擋板同層四個(gè)風(fēng)門的調(diào)節(jié)可層控調(diào)節(jié)，也可單獨(dú)調(diào)節(jié)。新增燃盡風(fēng)燃燒器每角采用1組擺動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，帶動(dòng)4層燃盡風(fēng)進(jìn)行垂直擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度為上下擺動(dòng)± 15&

17、#176;，燃盡風(fēng)噴口的水平擺動(dòng)為手動(dòng)調(diào)節(jié)，可水平擺動(dòng)± 10°，調(diào)試完畢后鎖定，運(yùn)行期間不允許隨意擺動(dòng)。其他如火檢全部更換為新設(shè)備，煤粉管道和吊掛裝置等都進(jìn)行相應(yīng)的移位、改造。項(xiàng)目施工完成后，進(jìn)行冷態(tài)動(dòng)力場(chǎng)試驗(yàn)及熱態(tài)調(diào)試工作，總結(jié)出低氮燃燒器運(yùn)行期間調(diào)整指導(dǎo)手冊(cè)。五、效果驗(yàn)證安陽發(fā)電廠#9、10鍋爐啟動(dòng)運(yùn)行后，河南電科院對(duì)兩臺(tái)機(jī)組低氮燃燒器改造后進(jìn)行性能試驗(yàn)，結(jié)果如下：5.1 降NOX效果明顯在試驗(yàn)煤種下，#9爐在300MW、250MW、180MW工況下，測(cè)的SCR入口煙氣NOx含量(6%O2)分別是426.8mg/m3、438.8mg/m3、435.0 mg/m3，#1

18、0爐在315MW、240MW、160MW工況下，測(cè)的SCR入口煙氣NOx含量(6%O2)分別是410.4mg/m3、421.4mg/m3、442.3mg/m3，SCR入口煙氣CO含量均低于100ppm;均達(dá)到不高于450mg/m3技術(shù)保證值;#9、10機(jī)組SCR入口煙氣CO含量均低于100ppm。5.2 飛灰、爐渣情況：#9、10爐飛灰、爐渣含碳量均較改造前有所提高，但低于技術(shù)協(xié)議要求值，#9爐在300MW、250MW、180MW工況下，測(cè)得飛灰含碳量分別為2.24%、2.47%、2.24%，爐渣含碳量分別為3、43%、3.13%、0.38%;#10爐在315MW、240MW、160MW工況下

19、，1.88%、1.79%、1.58%，爐渣含碳量分別為6.05%、3.84%、4.85%;除#10爐在315MW試驗(yàn)工況下的爐渣含碳量高于5%外，#9、10爐其余工況下飛灰、爐渣均達(dá)到“飛灰含碳量<2.5%，爐渣含碳量<5%”技術(shù)協(xié)議要求。5.3 鍋爐效率提升#9、10爐性能實(shí)驗(yàn)報(bào)告顯示，#9爐在300MW、250MW、180MW試驗(yàn)工況下，鍋爐熱效率分別為92.28%、92.20%、92.10%;#10爐在315MW、240MW、160MW工況下，鍋爐熱效率分別為91.81%、92.210%、92.12%;均高于設(shè)計(jì)BECR鍋爐效率91.10%。5.4 汽溫、減溫水、排煙溫度#9鍋爐熱效率計(jì)算主要結(jié)果匯總表序號(hào)名 稱符 號(hào)單 位工況一工況二工況三運(yùn)行參數(shù)電負(fù)荷 MW300250180主蒸汽壓力 MPa16.3716.4813.22主蒸汽溫度 534536536再熱蒸汽溫度 541540526主蒸汽減溫水 t/h58.928.833.9再熱汽減溫水 t/h26.117.30省煤器出口煙溫度 387/377372/368354/347排煙溫度py154/152142/140136/136修正后排煙溫度145.5137.1132.4#10