摘要：电厂220t/h锅炉目前运行中，NOx排放浓度550～600mg/Nm3，不能满足现行国家火电厂大气污染物排放标准，采用空气分级低氮燃烧技术进行低氮改造
关键词：锅炉 低氮燃烧 空气分级 二次改造
1.前言
电厂220t/h锅炉目前运行中，经过低氮燃烧器改造后NOx排放浓度500～600mg/Nm3，不能满足现行国家火电厂大气污染物排放标准，对燃烧器采用空气分级低氮燃烧技术，尽量降低NOx排放NOX≤400mg/Nm3，飞灰可燃物基本小于 5%，CO排放浓度不大于100ppm；锅炉概况：自然循环，单汽包自然循环，干式除灰固态，中间储仓式，热风送粉，过热器蒸发量220t/h，过热器出口蒸汽压力9.8MPa，过热器出口蒸汽温度540℃，锅炉排烟温度（BMCR）133℃。
采用四角切圆式燃烧器，炉膛假想切圆直径为φ610mm。燃烧器喷嘴布置，从下向上依次为下下二次风、下二次风、下一次风、上二次风、上一次风、上二次风、三次风。燃烧器一次风喷口采用集中布置的形式，小油枪布置在每组燃烧器的下二次风口中。
煤质特性
2低NOx燃烧技术的机理
煤燃烧产生的NOx主要包括 N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，在电站燃煤锅炉中生成的几乎全是NO和NO2，我们通常把这两种氮氧化物总称为NOx，其中NO占90%以上，其余为NO2。按照NOx生成的机理可分为热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx，在煤燃烧时约75%-90%的NOx属燃料型NOx，热力型NOx与快速型NOx所占份额都很少。
热力型NOx是煤燃烧时空气中氮在高温下氧化产生，随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时,NO的生成量很少，而当T>1500℃时,T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
快速型NOx是在富燃料的情况下，燃料燃烧时产生的烃类（CHi）等撞击N2分子生成CN、HCN等进一步被氧化以极快的速度生成，形成时间只需要60ms，与温度的关系不大。在燃煤锅炉中，快速型NOx极少，一般不超过5%。
燃料型NOx是燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型NOx分为挥发份NOx和焦炭NOx两部分，挥发份热解中间产物为HCN，挥发份中N全部转化为HCN，HCN可以被O2氧化成NO，也可以把NO还原生成N2，焦炭中的N直接转化为NO。燃料再燃还原NOx是通过NO和煤粉热解析出的碳氢基团（CH、CH2和CH3）以及焦炭本身的还原反应而导致NO减少。
3改造方案
采用分级燃烧技术，如果处理的不恰当，往往会带来炉膛结焦、出口烟温升高，喷水量过大，飞灰含碳量增加，锅炉效率下降等问题。
本次改造维持燃烧角不变，各燃烧器标高不变。主燃烧器二次风、三次风喷口全部更换，两层一次风管及喷口整体更换，维持上部高位燃尽SOFA风不变，SOFA风为两层喷口。改造后主燃烧区喷口布置形式从下至上为：2-1-3-1-3-2，其中1为一次风喷口，2为二次风喷口，3为三次风喷口。
3.1一次风管
采用水平浓淡煤粉燃烧技术，煤粉进入燃烧器一次风喷嘴体后，经百叶窗的分离作用，将一次风气流分离成浓淡两部分，燃烧器出口处设有带波纹形的稳燃钝体。浓相气流的煤粉浓度高着火特性好，低负荷情况下，浓相气流的风煤比仍可保持在较合适的范围内，使着火特性不会明显恶化，钝体形成的高温烟气回流区又充分为煤粉着火提供了热源。
3.2二次风喷口
为了避免采用分级燃烧后主燃烧区风量减少带来的动力场变化，主燃烧区处于还原气氛，为了防止发生水冷壁结焦、高温腐蚀事故，一次风管附近设置分量偏置二次风喷口,在燃烧期间保护水冷壁.将上二次风喷口上移600mm，二次风喷口采用耐高温材质制造，材质为稀土合金ZG40Cr24Ni9Si2NRe。
3.3高位燃尽SOFA
高位燃尽风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间。还原气氛程度越深，停留时间越长，越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃烧。本次改造设置两组SOFA，两层喷口，喷口可以实现上下摆动。上下摆动采用手动控制。风量大约占总风量的24%。
3.4三次风喷口
根据实际制粉计算结果，三次风率较高，达到27%左右，而且三次风带粉量大，对降低NOx和降低煤粉燃尽率不利。将三次风改为两支结构,降低单只风管三次风率，并将三次风喷口改为三次风+偏置二次风复合喷口。三次风+偏置二次风复合喷口采用三次风停运，二次风投运的方式，减少磨煤机启停对炉膛空气动力场的影响。
4燃烧器设计特点
1.选取较低的一次风率，有助于燃烧初期挥发份型的N转化为N2，同时也有利于煤种变化时，火焰的稳定燃烧。
2.一次风采用水平浓淡，偏置二次风，防止结渣和高温腐蚀，降低NOx排放。
3.燃烧器顶部有可上下摆动的SOFA风，可以有效控制飞灰含碳量，进一步调节炉膛出口烟温偏差之外，还可以对炉膛出口烟温进行调节。
4.为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬，我们在SOFA风选取相对较高的风速。
5.采用强化燃烧一次风喷嘴，加快煤粉燃烧延长炉内停留时间及缩短火焰行程。
6.选取相对较高的二次风速,保证在主燃烧器二次风量减少的情况下，二次风整体动量和刚性维持不变，在主燃烧器既保证还原性氛围和良好的切圆动力场。
5结语
1.改造后在 220t/h 负荷下，两台磨运行，氧量控制在 2.5%左右， NOX 排放浓度为 387mg/Nm3，CO 排放量为 10 mg/Nm3，飞灰可燃物为 4.7%；
2.在 180t/h 负荷下，两台磨运行，氧量控制在 2.5%左右， NOX 排放浓度为 388mg/Nm3，CO 排放量为 9 mg/Nm3，飞灰可燃物为 3.5%；
3.锅炉低氮燃烧器运行结果表明，各项技术指标达到预期效果.
6参考文献
[1]冯俊凯沈幼庭杨瑞昌编著.锅炉原理及计算第三版.北京：科学出版社2003
[2]陈学俊陈听宽编著.锅炉原理
[3]秦裕琨编著.煤粉燃烧器设计及运行
论文作者:朱文君
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
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