贾波
（铜山华润电力有限公司 江苏徐州 221000）
摘要：由于锅炉燃烧过程中生成的氮氧化物(主要为NO及NO2)严重地污染了环境，抑制NOx的生成已成为大容量锅炉的燃烧器设计及运行时必须考虑的主要问题之一。铜山华润电厂2×1000MW自2009年投产以来，一直都高度重视机组SCR脱硝装置的运行投入。针对铜山华润电厂的锅炉特性，通过一段时间对机组运行情况的观察及锅炉运行优化调整，有效的降低SCR脱硝装置入口烟气NOx含量，控制烟囱入口NOx折算值不超过100mg/Nm3，并降低SCR脱硝装置的喷氨量，达到节能减排的标准，有效保证环保电价。
关键词：SCR、燃烧、脱硝、富氧燃烧
1 概述
铜山华润电厂2×1000MW 超超临界机组锅炉由上海锅炉厂有限公司制造，型 号SG-3044/27.46-M535，为3044t/h 超超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛塔式布置、一次中间再热、四角切向燃烧、摆动喷嘴调温、平衡通风的锅炉。本锅炉燃烧系统是低NOx同轴燃烧系统LNCFS，其目的是为了控制燃烧装置的NOx排放，控制NOx原理是空气分级技术。
通过对铜山华润电厂1000MW三期机组SCR脱硝装置喷氨量和SCR入口烟气NOx含量的分析和统计，喷氨量和入口烟气NOx含量一直偏高。机组在高负荷工况下，SCR入口烟气NOx含量一般维持在300mg/Nm3左右，喷氨量维持在520Nm3/h左右居高不下。通过一段时间对机组运行情况的观察及锅炉运行优化调整，在保证机组的安全经济运行的情况下，有效地降低SCR入口烟气NOx含量和SCR装置的喷氨量。控制SCR入口烟气NOx含量在220 mg/Nm3以下，控制喷氨量在400Nm3/h以下，有效的控制烟囱入口NOx折算值不超标，达到节能减排的标准。
2 SCR入口烟气NOx偏高的影响因素
锅炉燃烧过程中生成的NOx一般可分为两大类：燃料中的氮生成燃料型NOx和空气中的氮在高温下与氧反应生成的NOx（热力型NOx和快速型NOx）。燃料型NOx主要取决于燃料中氮的含量、过量空气系数和燃料在炉膛中的停留时间。热力型NOx的生产速度则受炉内温度的影响很大，它的生成量取决于炉内温度、氧浓度和反应时间这三个因素。一般快速型NOx与燃料型和热力型生成量相比，它的生成量较小，在分析计算中一般可以不计。下面对SCR入口烟气NOx偏高的影响因素进行分析：
图1：F磨煤机启停过程中对于SCR入口烟气NOx含量的变化趋势
2.1磨组运行方式的改变
磨组的启停规定中，B、C、D、E磨煤机为燃烧运行的主力磨组。在机组负荷升降过程中，启停上层F磨煤机来满足燃烧要求，下层A磨煤机作为备用磨组。下面通过分析F磨煤机启停过程中对于SCR入口烟气NOx含量的变化趋势（如图1），在停运F磨煤机时，SCR入口烟气NOx含量由原来的257mg/Nm3降低至211mg/Nm3。通过曲线分析可以看出磨组运行方式的改变大幅提高SCR入口烟气NOx含量。
2.2二次风配风方式的改变
磨组运行方式在A磨备用的情况下，A磨上、下二次风开度维持在60%以上，B磨上、下二次风开度保持全开100%。A磨在运行过程中，A磨上、下二次风开度保持全开，B磨上、下二次风开度维持在60%以上。二次风配风方式保证了下层A、B磨煤机在燃烧过程中提高了充足的氧量，富氧燃烧，可以大幅降低炉渣含碳量，在低负荷情况下稳定底层磨组燃烧。
开大A、B磨的燃烧器上、下二次风的开度导致燃烧器区域富氧燃烧，火焰温度也普遍升高。根据热力型Nox、燃料型NOx和快速型NO与火焰温度的定性关系（图2）来看，火焰温度的提高导致NOx生成量也随之增大，SCR入口烟气NOx含量也随之提高。
2.3燃烧器喷嘴摆角上摆
为了更好的提高机组的主、再热汽温，降低炉渣含碳量，将A、B、C燃烧器和D、E、F层燃烧器的喷嘴摆角均上摆至85%。燃烧器摆角上摆，大幅提高了燃烧器燃烧火焰中心。火焰中心的提高缩短了主燃烧区与燃尽风SOFA风之间的NOx还原区的距离，燃烧在还原区停留时间过短，将抑制一部分NO还原成N2，从而燃料型NOx的生成量提高。火焰中心的提高，也提高了炉膛中心温度，热力型NOx和燃料型NOx都将提高，特别是热力型NOx随着温度的提高生成量迅速增加。
2.4过量空气系数偏高
锅炉总风量通过锅炉负荷对应曲线与总煤量对应曲线取大值（如表一、表二），再通过氧量调节对总风量进行修正，控制省煤器出口氧量不得低于3%。上面提到热力型NOx和燃料型NOx都与过量空气系数和氧浓度成正比，特别是热力型NOx生产速率与氧浓度的平方根成正比。过量空气系数提高，主燃烧区的燃烧将进一步的加强，使主燃烧去的炉膛出口温度和火焰温度提高，也大幅的提高了NOx的生成。
3 燃烧运行方式优化降低NOx的生成
3.1降低锅炉总风量
过量空气系数较高时不但增加了锅炉的排烟损失和厂用电率，还大幅的提高了SCR入口烟气NOx含量。通过降低总风量对锅炉运行工况的观察分析，在不大幅提高飞灰含碳量的基础上，特将锅炉负荷所对应的锅炉总风量的函数曲线调整如下（如表三），保留锅炉总煤量所对应的总风量的函数曲线，控制锅炉总风量、氧量与负荷之间的对应关系（如表四）。通过上述调整之后，在保证锅炉燃烧安全性和经济性的同时，可以大幅的降低锅炉SCR入口NOx含量。
3.2提高煤粉浓度
提高一次风中的煤粉浓度(煤粉与空气的质量之比)对着火稳定性有很大影响。提高煤粉浓度能使火焰稳定在喷嘴出口一定距离内，使挥发份在富燃料的气氛下快速着火，保持火焰稳定，从而有效降低燃料NOx的生成。而提高煤粉浓度就是降低同等煤量下的一次风量，如表五为磨煤机优化后的一次风量曲线。
表五：磨煤机优化后的一次风量曲线
3.3关小燃烧器油二次风开度
当燃烧器油二次风量较大时，燃烧稳定性和经济性都是较低的，也会促成燃料NOx的生成。由于油二次风处于两个一次风气流的中间，开大油二次风与一次风汇合，给煤粉燃烧提供充足的氧量，加强了煤粉的燃烧，提高了火焰温度，从而促进热力型NOx的生成。现场经过多次调整实验，在保证燃烧器喷口不受损的情况下，尽量降低燃烧器油二次风的开度。目前维持A、B层油二次风开度在35%左右，C、D、E、F层油二次风的开度均维持在20%开度不变，不但增强了燃烧的稳定性，还降低了NOx的生成。
3.4开大偏转二次风，关小下层二次风
燃烧器的偏转二次风在一次风的基础上向外偏转25°，形成一个与一次风同轴的切圆。由于偏转二次风向外偏转后，在煤粉气流喷口出口处推迟了与一次风的初期混合，一次风切圆形成缺氧燃烧的火球，从而达到空气分级送入煤粉燃烧火焰的目的，降低主燃烧区的火焰温度和氧浓度，抑制NOx的生成，使NOx的排放量降低。所以在现场运行中，通过逐渐开大偏转二次风即上层二次风的开度，关小燃烧器下层二次风的开度，从而达到降低SCR入口烟气NOx含量。开大C、D、E、F层的偏转二次风开度，关小下层二次风开度，偏差最好不超过20%，易造成煤粉被卷吸而离析的隐患。
3.5开大燃尽风SOFA风和紧凑燃尽风CCOFA风
在高负荷的情况下，全开燃尽风SOFA风和紧凑风CCOFA风。此时主燃烧区送入的风量小于送入的燃料完全燃烧所需的空气量，主燃烧区进行富燃料燃烧。由于主燃烧区的空气不足，可使燃料型NOx降低。同时，燃烧器区域的火焰峰值温度降低，局部的氧浓度也较低，也会使热力型NOx的生成速率下降。
在燃尽风未混和前，由于缺氧及燃烧温度相对较低，抑制了火焰中心NOx的产率。当燃烧过程移至燃尽风区域时，虽然氧浓度有所增加，但火焰温度却因大量辐射放热而进一步降低，使这一阶段的NOx生成量降低。由于避免了高的温度与高的氧浓度这两个条件的同时出现，因而实现了对NOx生成量的控制。
锅炉在低负荷下运行时，炉内温度水平不高，NOx的产生量较少。燃尽风的投入会使正在燃烧的喷嘴区域供风不足，燃烧不稳定。而且燃尽风开度较大的情况下虽然能够降低NOx的生成，但也会使燃烧不完全，飞回含碳量提高，从而使锅炉的效率下降。
3.6采用束腰型分级配风方式
二次风配风采用束腰型的配风方式。A、B层燃烧器二次风配风开度保留原运行方式。运行中将C、D、E、F层的上、下层二次风和周界风的开度维持在30%~40%之间，油二次风的开度关小至20%左右。保证紧凑燃尽风CCofa及分离燃尽风SOFA风的开度在全开状态，形成束腰型分级配风方式。此二次风配风方式可以保证主燃烧区域富燃料燃烧，降低该区域的火焰及炉膛温度，减小燃烧区的氧浓度，从而抑制Nox的生成。
4 结语
通过降低过量空气系数，改变锅炉的二次风配风方式，有效地降低SCR入口烟气NOx含量的生成，有效降低降低SCR脱硝装置的喷氨量以及运行维护费用。
4.1通过降低过量空气系数，有效的降低热力型NOx和燃料型NOx的生成速率。
4.2锅炉在高负荷运行时全开SOFA和CCOFA风，降低NOx的生成。
4.3二次风的配风方式使用束腰型的配风方式，，可以大幅降低SCR入口烟气NOx含量，而且可以降低炉渣含碳量。
4.4通过图1可以看出磨组运行方式的改变对NOx生成影响较大，在SCR入口烟气NOx含量严重超标的情况下（大于320mg/Nm3），可考虑运行底层磨组来降低NOx含量。
参考文献
[1] 上海交通大学，锅炉设备与系统，1000MW超超临界燃煤发现机组技术丛书
[2] 李冠华，顾俊，董务明，2×1000MW锅炉运行规程，铜山华润电力有限公司
[3] 张廷发，王助良，1000MW超超临界锅炉低NOx燃烧与控制技术，电站系统工程，2008
论文作者:贾波
论文发表刊物:《电力设备》2016年第7期
论文发表时间:2016/7/5
标签：锅炉论文; 烟气论文; 燃料论文; 入口论文; 含量论文; 风量论文; 火焰论文; 《电力设备》2016年第7期论文;