摘要：陕西某电厂2014年为了降低3、4号锅炉NOx排放，电厂对3、4号炉进行了低氮燃烧器改造，低NOx燃烧器改造后，锅炉的NOx排放则一直偏高。目前，在投运Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ4台磨煤机及对应燃烧器时，锅炉的NOx尚可控制在450-600mg/m3之间（与锅炉燃用煤种有关），但当C磨煤机及其C层燃烧器投运后，3、4号锅炉的NOx排放值明显增加，在煤种差时，NOx排放可高达800-900mg/m3，该问题至今未能得到有效解决，本文主要说明NOx排放偏高的原因及解决措施。
关键词：NOx；改造；低氮燃烧器
0设备概况：2104年，锅炉进行了低NOx燃烧器改造，改造后的燃烧系统主要由16只低氮燃烧器、4只微油燃烧器（后墙下层）组成，其结构与原理与原有燃烧器基本相同；同时设置了完整的OFA系统，包括分风道、风箱和18只SOFA喷口，分2层布置在主燃烧器上方。
在主燃烧器上方增设的两层SOFA喷口（即低位SOFA和高位SOFA），其喷口数量、标高以及占总风量的比例如下
LSOFA喷口标高：28730mm,喷口数量为前4后5，风量占总分量15%。
HSOFA喷口标高：31730mm,喷口数量为前4后5，风量占总分量15%。
1 3、4号锅炉NOx排放偏高的原因分析
由现场调研采集的数据可知，在A、B、D、E四台磨煤机组合方式下运行时，锅炉NOx排放可控制在400-600mg/m3（与煤种有关），但在C磨煤机投运时，即无论C磨煤机与其它3台磨煤机任意组合运行时，锅炉的NOx排放均会增加100-300mg/m3（与煤种有关）。由此可见，在A、B、D、E四台磨煤机组合方式下运行时，3、4号锅炉的NOx排放略有偏高；在C磨煤机及其燃烧器投运时，3、4锅炉的NOx排放明显偏高。
这就是说，在C磨煤机不投运时，主燃烧器区的上层燃烧器距离第一层高位燃尽风的距离大于7000mm，基本符合远离型燃尽风的最小距离要求。但在C层燃烧器投运时，主燃烧器区的上层燃烧器（即C层燃烧器）距离第一层高位燃尽风的距离只有3860mm，其距离明显偏小（即不满足其最小距离要求）；距离高位燃尽风的距离为6860mm，基本满足远离型燃尽风的最小距离要求。
由主燃烧器煤粉气流射流与低位SOFA风的射流特性可知，在C层燃烧器煤粉射流出口3m-4m处,低位SOFA风即可混入到煤粉气流中，从而使C层燃烧器的煤粉气流在初期燃烧无法形成缺氧燃烧，进而导致C层燃烧器的煤粉颗粒燃烧初期过程的NOx生成明显增加，这是C层燃烧器投运时锅炉NOx排放明显偏高的主要原因之一。
其次，C层燃烧器不投运时，其C层的冷却风相当于紧凑型的燃尽风，对降低锅炉的NOx排放有一定的帮助；第三，当下两层燃烧器中的任何一层燃烧器不投运时，其不投运燃烧器的冷却风（即二次风，其分隔仓的风门开度为10%）过早地加入到其对面同层燃烧器的煤粉气流中；同时也混入与之同墙布置的相邻的燃烧器煤粉气流之中，使下2层投运的12只燃烧器中的8只燃烧器的煤粉气流初期燃烧过程的NOx生成有所增加。
由此可见，在投运四台磨煤机的情况下，C磨煤机投运时，与C磨煤机不投运时的炉内燃烧工况相比，C层燃烧器的煤粉气流燃烧器初期NOx生成明显增加；且有下两层燃烧器的煤粉气流初期NOx生成有所增加，此二因素使C磨投运时相对于C磨煤机不投运时锅炉NOx排放明显增加的主要原因。
通过图纸查询与现场勘探发现，目前3、4号锅炉的各燃尽风喷口的小风门开度多在60%-80%之间，且部分第一层高位燃尽风喷口对应的小风门开度大于平均值（即其开度大于部分第二层高位燃尽风喷口对应的小风门）。且第二层高位燃尽风喷口的管道是从第一层高位燃尽风的母管上分出去的分支，这就是说，第二层高位燃尽风系统的阻力大于第一层高位燃尽风系统，其结果使第二层高位燃尽风的风量小于第一层高位燃尽风的风量，进而使第一层高位燃尽风的影响大于第二层高位燃尽风，这也是造成上述问题加重的一个不可忽视的因素。
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2 改进途径
方案1：对现有燃尽风系统进行重新设计，取消现有的第一层高位燃尽风，利旧原有的第二层高位燃尽风喷口及管道，即在紧邻原有第二层高位燃尽风的标高之上布置1层燃尽风喷口（和原有第二层高位燃尽风组成2层集中的燃尽风），或在原有第二层高位燃尽风喷口之上再布置1层燃尽风喷口，（形成2层分离型燃尽风喷口布置），以彻底解决目前存在的问题。与目前现有方案（即现有的SOFA的布置）相比，此两方案均能使锅炉的NOx排放在目前基础上再降低50-100mg/m3,集中布置燃尽风喷口的方案降低NOx幅度略小，对飞灰可燃物的影响也略小；分离型燃尽风喷口布置方案降低NOx幅度略大，但对飞灰可燃物的影响也略大。从现场实地勘察情况看，在原有第二层高位燃尽风喷口标高处集中布置2层燃尽风喷口的技术方案容易实施。后一方案相对较难实施。
方案2：在现有的燃尽风系统下，取消第一层高位燃尽风若干喷口或取消全部第一层高位燃尽风喷口，使燃尽风距离上层（即C层）燃烧器接近7000mm（6860mm），以满足燃尽风的最小距离要求，进而降低其在C层燃烧器投运时对锅炉NOx排放的影响。此方案与方案1相比，燃尽风喷口减少为1层（第一层高位燃尽风全部取消）或1层半（第一层高位燃尽风取消约半数），其改造费用低，改动工作量少（基本上为原有方案的利旧，只是封堵了部分第一层高位燃尽风喷口），也能够有效解决C层燃烧器投运时锅炉NOx排放相对增加的问题；其缺点是，第一层高位燃尽风若干喷口或全部第一层高位燃尽风喷口取消后，燃尽风占入炉风量的比例将有可能大大降低（即存在着通过调整手段也无法保证现有的燃尽风比率的风险），若如此，将有可能使燃尽风比例降低的影响大于燃尽风距离增加的作用（燃尽风距离增加有利降低NOx排放），进而导致锅炉在C磨不投运时，各种磨组合下的NOx排放均有所升高；当然，也存在着燃尽风比率降低较小或不降低的可能性，若如此，将能够维持锅炉在各种磨组合下的NOx排放不升高，甚至略有降低。通常，锅炉的配风调整具有较大的灵活性，通过调整试验，有可能维持该方案下的燃尽风风率与现有燃尽风风率相比不减少或少量减少，因此有可能在C磨不投运时锅炉的NOx排放与目前现状持平；在C磨投运时锅炉的NOx排放与目前相比有所降低，达到C磨不投运时的水平。
方案3：进行冷却风量的专项调整试验，即在目前状况下，尽可能地关小A、B、D、E四台磨煤机中对应的不投运层燃烧器的冷却风（即其进风风门的开度调整到5%左右），以观察不投运层燃烧器冷却风对锅炉NOx排放的影响程度，以便根据试验结果，确定是否在A、B、D、E四层燃烧器中加装燃烧器壁温测点，以便在然后运行中，能够根据燃烧器壁温指示值（保证燃烧器不烧损）来控制器冷却风量，即在保证燃烧器不烧损的情况下，尽可能地在运行中关小不投运燃烧器的冷却风（保证冷却作用即可）。
3 建议
根据上述分析及解决措施，建议进行以下工作，以便为最终改进方案的确定提供依据。
5.1建议在目前的燃尽风系统下进行降低NOx排放的专项调整试验（特别是C磨投运时的调整试验），一方面以便挖掘目前燃尽风系统的潜力，降低锅炉NOx排放；二是对拟采用的燃尽风改进方案（尤其是方案2）进行验证，以便为方案1与方案2的最终选择提供依据，确保所采用的方案在改造后能够达到改造目标。
5.2目前未投运层的燃烧器分隔仓的风门开度为10%，其冷却风量
存在着偏大的可能，因此，建议在目前设备状况，进行调整不投运燃烧器冷却风的专项试验。即在短时间内进行关小或关闭不投运燃烧器冷却风的对比试验，以确定不投运燃烧器冷却风对锅炉NOx排放的影响，以便在锅炉检修时，为确定是否在下2层燃烧器加装燃烧器壁温测点提供依据。如担心燃烧器烧损，也可暂不进行此项试验，在锅炉检修时，直接在下2层的16只燃烧器上加装壁温测点，以便在锅炉运行时能够根据不投运层燃烧器的壁温测点控制该不投运层燃烧器的冷却风，尽可能地减少该燃烧器冷却风对锅炉NOx排放的影响。
5.3考虑到燃尽风的调整主要影响锅炉NOx排放以及飞灰可燃物含量，过热器减温水量、蒸汽温度等；而不投运燃烧器冷却风的专项调整主要影响锅炉的NOx排放以及燃烧器的自身安全（是否烧损问题）；同时，本着实用、直奔主题与节约人力与物力的原则，可采用表盘氧量、NOx数据等作为专项调整试验结果的判别的依据，即试验过程中不进行烟气的氧量、NOx等数据的测量。在试验期间，采集锅炉飞灰样，化验锅炉飞灰可燃物含量，以便结合表盘数据对燃尽风变化对锅炉NOx排放、飞灰可燃物的影响以及对蒸汽参数等的影响做出全面评估，为最终的方案确定能够提供足够的依据。
论文作者:杨博闻,罗昌福,田平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/5
标签：燃尽论文; 燃烧器论文; 锅炉论文; 高位论文; 喷口论文; 方案论文; 第一层论文; 《电力设备》2017年第26期论文;