摘要：针对某电厂锅炉运行存在锅炉NOx排放浓度偏高、末过两侧金属壁温偏差高、低负荷时再热汽温低等问题。分析其可能存在的原因，在对锅炉配特性进行分析的基础上，对锅炉进行针对性燃烧调整。通过燃烧调整，改善了锅炉存在的问题，并提出了后续改进措施。实现证明，锅炉燃烧调整对于降低锅炉NOx排放浓度和减少氧化皮生成方面是有积极作用的。
关键词：降低NOx；氧化皮减害；超低排放；燃烧调整；
0 前言
某电厂600MW超临界锅炉在运行中存在氧化皮脱落爆管和低负荷时再热汽温偏低的问题，环保控制趋紧后，存在NOx排放浓度偏高的问题。为解决上述问题，提高机组的整体运行的经济性及环保性，有必要分析影响产生的各个因素，对锅炉进行燃烧调整试验，改进切实可行的运行方式。
该电厂3、4号机为600MW超临界燃煤机组，锅炉为上海锅炉厂(ALSTOM技术)螺旋管圈直流炉，四角切圆燃烧，采用低NOx同轴燃烧系统（LNCFS-III型），配置有7层燃尽风(5层分离燃尽风(SOFA)+2层紧凑燃尽风(CCOFA)。锅炉设计主汽压25.4MPa，主汽温571℃，再热汽温569℃，NOx排放量400mg/m3。设计煤种神府东胜煤，校核煤种晋北烟煤。
1 锅炉运行问题
1.1锅炉在运行中存在的问题
(1) 锅炉受热面存在吸热偏差，部分悬吊管、末级过热器（以下简称“末过”）管壁温度接近报警值，限制了主、再热蒸汽的提高。由于锅炉金属温度偏差高，氧化皮生成速度快，容易爆管。600MW时末过左侧金属温度达592.9℃，左右侧偏差接近40℃，如图1所示。
(3)中低负荷时再热汽温偏低。300MW时再热汽温低至550～555℃，比设计值低10℃以上。
1.2原因分析
导致锅炉受热面金属温度偏差高的原因有：炉膛出口烟温流速偏差；炉膛火球存在偏斜；吹灰效果不理想；受热面管内蒸汽质量流速不均等。
NOx排放浓度高的可能原因有：SOFA风量过小；锅炉运行氧量偏高；燃烧动态变化过程中风煤比失调；煤种原因等。
再热汽温低的可能原因有：主汽温低影响再热汽温提高；配风不合理使各级受热面吸热比例不对；分隔屏吸热过多；水冷壁吸热过多；高排温度低；火焰中心低等。
根据以上问题及分析，需针对性对锅炉进行燃烧调整以解决或改善存在的3个问题。
3 锅炉配风特性分析
在风量占比上，分离燃烬风(SOFA)占总风量的30%(共5层，每层6%)，紧凑燃烬风(CCOFA)占10%(CCOFAI7%，CCOFAII3%)，偏置风(CFS)占12%(共12层，每层1%)，燃料风(FA)占10%，辅助风(油风)占12%（共3层，每层4%），剩下26%为其余辅助风。
SOFA风具有降低NOx排放和烟气消旋的作用。开大SOFA风挡板开度可降低NOx排放、降低水冷壁后墙悬吊管壁温、提高再热汽温、增强烟气消旋。但SOFA风太大可能会增加锅炉灰渣含碳量和CO浓度，并会造成分隔屏和后屏管壁超温、主燃烧区风量过小等。在调节左右侧蒸汽温度偏差上，主要靠SOFA的水平摆角来调节。通过调整SOFA水平摆角和挡板开度，可有效减弱甚至消除烟气残余旋转余势，减小受热面左右侧壁温偏差，从而提高主、再热汽温。SOFA风独立摆动，水平摆动范围±15°，垂直摆动范围±30°。
CCOFA风主要是用来补充SOFA风与燃烧器之间的空间，新的锅炉设计已将其取消。CCOFA和燃烧器一起摆动，水平安装角度与煤粉喷嘴一致。
偏置风(CFS)水平安装角度与煤粉喷嘴及辅助风夹角为22°，使得部分二次风气流在水平方向分级，在开始燃烧阶段推迟了空气和煤粉的混合，以减少NOx生成量。一次风煤粉气流被偏转的二次风气流裹在炉膛中央，形成富燃料区，在燃烧区域及上部四周水冷壁附近则形成富空气区，此空气动力场减少了灰渣在水冷壁上的沉积，并使灰渣疏松，减少吹灰频率，提高下部炉膛的吸热量。同时，水冷壁附近氧量的提高降低了燃用高硫煤时水冷壁的高温腐蚀倾向。偏置风开大会使火焰切圆变大，故是使得烟气产生旋转导致壁温存在偏差的原因之一。
燃料风(FA)大小影响煤粉着火点，周界风大，着火点推迟，火焰中心抬高。燃料风与主燃烧器摆角同时摆动，但摆动范围仅为±20°。辅助风的作用是补充主燃烧器区域燃烧所需的空气，并参与炉膛－风箱差压的调节。
4 燃烧调整主要内容
4.1 SOFA风调整
通过对烟气温度和速度数据分析发现，在炉膛垂直出口断面处的烟气流速对烟温偏差的影响要比烟温的影响大得多。因此烟温偏差是一个空气动力现象。炉膛出口烟温偏差与旋流指数之间存在着联系。该旋流指数代表着燃烧产物烟气离开炉膛出口截面时的切向动量与轴向动量之比，较高的旋流指数意味着较快的旋流速度。
烟温偏差导致受热面壁温存在偏差，部分受热面容易出现超温的现象，限制主、再热汽温的提高。为减小烟温偏差，平衡受热面两侧吸热，通过对SOFA水平摆角以及SOFA风量的试验，确定SOFA风的最佳水平角度以及SOFA风量与负荷的关系曲线。
（1）SOFA水平摆角试验：维持锅炉负荷、锅炉总风量、磨组运行方式以及锅炉配风方式不变，分别将SOFA水平摆角置于+25°、+15°、0°、-15°、-25°，在各个工况下分析受热面的壁温分布，找出壁温偏差的变化规律，偏差最小时SOFA的水平角度为最佳角度。
（2）SOFA风量变化试验：维持机组负荷、磨煤机投运方式、氧量及燃烧区域二次风门不变，通过改变SOFA风量，分析受热面的壁温分布的变化，同时观测对锅炉汽温、结焦特性及NOX的影响，综合分析得出该负荷下的最佳SOFA风量。
开大SOFA风时，应注意要防止造成下部挡板开度过小或炉膛差压过低。
4.2 氧量的调整
锅炉的烟气量对再热汽温和燃料型NOx有直接的影响关系。氧量越小，锅炉烟气量越小，NOx的生成量越小，排烟热损失越小，但再热器吸热越少，再热汽温越低，锅炉未燃尽碳热损失越大。
通过试验找出最佳氧量，实现锅炉效率、NOx排放、再热汽温的平衡。首先校正省煤器出口烟道的O2氧量计。然后在不同氧量工况下测量NOx排放量、送、引风机功耗，并取入炉煤、飞灰及渣样进行分析化验。在不影响机组经济性的情况下，最大限度的提高再热汽温和降低NOx排放浓度，以此确定最佳运行氧量。
4.3 偏置二次风(CFS)及燃料风的调整
维持锅炉负荷、磨煤机投运方式、氧量及其余二次风门不变。分别进行偏置风量和燃料风量的调整，观察对锅炉壁温偏差、锅炉汽温、结焦特性及NOx的影响。
4.4煤粉细度调整
煤粉细度不仅关系着锅炉效率的大小，同时与再热汽温和NOX有着密切的关系。煤粉越粗，着火点越靠后，燃烧往后推延，炉膛出口烟气温度升高，再热汽温提高；同时，等量的煤粉颗粒与空气的接触面积变小，有利于降低NOX生成。但会增加点火能量，降低稳燃性。通过调节磨煤机折向挡板开度，找出煤粉细度对锅炉效率、再热汽温、NOx的影响关系，确定最佳的折向挡板开度，保证锅炉安全经济运行的同时，尽可能降低NOx和提高再热汽温。
4.5 燃煤掺烧及吹灰优化
金湾电厂来煤以国内烟煤及印尼煤为主，国内煤种较复杂，需要根据运行经验，结合锅炉设计特点，合理安排锅炉掺烧及各受热面的吹灰，达到提高再热汽温及减少NOx排放的目的。
5 调整结果及措施
5.1 锅炉汽温分布和调整特点
（1）受热面汽温横向分布特点。分隔屏和后屏为左低右高，这是因为顺时针旋转使烟气充满度左边低于右边。末过和末再一般为左高右低，与炉膛出口烟气的消旋程度有关，消旋过弱，则左高右低，消旋过强，则左低右高。低再由于烟气经过了2次转向，此时消旋作用已消失，动力场已改变并难以分析，一般左高右低。
（2）基本的调整经验。燃烧下层制粉系统会使炉膛出口切圆变大。炉膛内的切圆，随着烟气上升会逐渐变大，因此，燃烧上层磨时，SOFA风的消旋作用会更强。低负荷时如果运行磨煤机越多，SOFA分配比例就越少，消旋作用就越弱。摆角下调，总体会使分级效果减弱，NOx上升。SOFA的5层风中，SOFAV的降NOx作用要大于SOFAI。
5.2 低负荷时再热汽温低的原因及干预方法
首先是设计原因，再热器是对流特性，在低负荷时汽温较低。其次，为降低NOx排放浓度，锅炉氧量比设计值低运行。第三，锅炉设计煤种为神府东胜煤，燃用此煤种时锅炉容易结焦，因此在设计时考虑了水冷壁有较高的沾污系数。但电厂在实际运行中来煤多样，较少烧到设计煤种，总体水冷壁比较干净，沾污系数较低，这与水冷壁的实际温升大于设计值的现实是吻合的，炉膛沾污系数对再热汽温具有明显影响。以上是造成低负荷再热汽温低的主因。
低负荷时若再热汽温低，除了提高摆角和投入上层制粉系统外，可通过增加SOFA风量的方法进行调节，但应注意防止分隔屏和后屏超温。另外，应保证炉膛4个燃烧器摆角的一致性，防止引起汽温偏差与壁温偏差。摆角容易卡，运行中应多检查，停炉检修时应进行调整。
5.3 逻辑修改
调整后的SOFAI至SOFAV所有角均反切15度。制粉系统折向挡板5格（共10格）。控制逻辑见表2至表6。
5.4 末过金属壁温分布及NOx排放结果
燃烧调整后末过金属壁温分布如图2所示。可看出左右侧温差降低25℃左右，减少末过超温次数的同时，主汽温平均值得到提高。
5.5 后期改进措施
加强对一次风调平、燃烧器摆角、风门挡板等调温设备的检修维护，定期做锅炉冷态风动力场试验，保证炉内火球不偏斜、不刷墙，是锅炉运行正常的基础保证。
考虑取消锅炉末级过热蒸汽管道交叉布置，交叉布置放在前屏、后屏之间，以缓解过热蒸汽两侧偏差。考虑将冷再进口喷水减温装置移至低再与高再之间，以增加再热器减温水的反应速度。对燃烧器喷口进行改造，缩小其面积，以使炉膛风箱差压达到设计值。
6 结语
通过降低锅炉氧量、开大燃烬风(SOFA)、燃煤掺烧等燃烧调整措施，锅炉NOx排放浓度得到明显降低，大幅减轻了脱硝系统运行压力，为实现NOx超低排放创造条件；末过两侧金属壁温温差由40℃降至25℃，大幅减少了末过管壁超温次数，减缓锅炉氧化皮的生成，显著减少锅炉爆管次数；再热器月平均汽温由556.4℃提高到560.53℃，超温次数得到减少，提高了机组效率。
SOFA风作为分离燃尽风，除了起到分级燃烧的作用外，还有消弱乃至消除炉膛出口残余气流旋转的作用，其风量大小影响着主燃烧区域的氧量大小，对于两侧受热面壁温偏差、再热汽温与NOx的调整有着较大的关系。通过调整SOFA风的大小和水平摆角，不但提高了再热汽温，消除两侧受热面壁温偏差，还有效降低了SCR入口NOx的浓度。
参考文献：
[1] 束继伟，刘大俊，王少青，等．降低锅炉NOx排放的试验研究[J]．黑龙江电力，2004(4)：265-267．
[2] 黄朝阳，王岩，闫承先．过燃风水平摆动对烟气温度影响的研究[J]．黑龙江电力，2012,34(3)：177-179．
[3] 旷金国，林正春，范卫东．空气分级燃烧中灰含量对烟煤NOx排放特性的影响[J]．燃烧科学与技术，2010(6)：553-559．
[4] 张伟，于丽新．锅炉燃烧调整对NOx排放影响研究[J]．东北电力技术，2011（11）：38-41.
[5] 丁虹，何雁飞，陈增宏．省煤器积灰原因分析及改进措施[J]．工业锅炉，2012（1）：30-34．
论文作者:陈兴奋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/8/21
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