（乌鲁木齐热电厂发电部）
摘要：本文重点介绍乌鲁木齐热电厂#2锅炉低氮燃烧器改造的方案，并结合#2号锅炉燃烧器改造的实际情况及效果，浅谈燃煤机组锅炉NOx生成机理和燃烧器对NOx生成的控制。
关键词：燃烧器改造；运行调整；NOX
一、背景
2014年9月，国家发改委下达《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》，要求五年内煤炭占一次能源比重下降至62%，在役和新建燃煤发电机组大气污染物排放浓度基本达到燃气轮机组排放限值（即在基准氧含量 6%条件下，烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放浓度分别不高于10、35、50毫克/立方米），因此2016年乌鲁木齐热电厂#2机组进行低氮燃烧器改造。
二、NOx的形成机制
低氮燃烧改造简介---燃烧过程中NOx的形成机制 燃烧过程中NOx的形成机制 煤粉燃烧过程中，氮氧化物生成途径主要有以下3种：
①热力型NOx，它是指空气中的氮气被高温氧化而生成的NOx。燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生的。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。
②燃料型NOx，它是指燃料中的含氮化合物在燃烧过 程中进行热分解继而进一步氧化而成NOx。
③快速型NOx，它是燃料对空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应 生成的NOx。燃料型NOx是NOx的主要组成部分，约占75%～90%.
低氮燃烧改造简介--低氮燃烧主要是降低燃料型NOx燃料中含有的氮氧化物在燃烧过程中热分解而又接着氧化而成的NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧 和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型NOx的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中固相氮的氧化（焦炭）两部分组成，前者大，后者小。挥发份氮转化成NOx的生成率又与燃烧器区域和炉膛平均氧浓度关系很大，当过量空气系数α在0.6～ 0.7时，燃料型NOx的生成率最低。
三、#2锅炉低氮燃烧器改造方案
本次改造采用多维耦合加立体分级清洁煤低氮燃烧技术对锅炉机组进行宽煤种适应性、防渣、低NOx改造，改造后将实现炉内深度低氮燃烧、而且炉内燃烧的稳定性也得到提升，同时锅炉不结渣，实现一项技术，复合多种功能。
1．保持现有主燃烧器主体格局不变：即燃烧器依旧分上、下两组燃烧布局，现有燃烧器的布置格局基本不做变动，主燃烧器区域水冷壁不做改动；充分挖掘现有燃烧设备潜力，尽可能减少设备改造范围和施工周期，降低改造投资成本。
2．更换五层一次风喷嘴体以及一次风喷口：A层一次风为微油煤粉点火装置，本次改造过程中不作改动，更换B、C、D、E五层一次风喷嘴体、一次风方圆节以及及一次风喷口，一次风喷口采用耐高温、耐磨合金铸钢铸造，材质为：ZG40Cr30Ni16Si2NRe，一次风喷嘴体、方圆节以及浓淡分离装置采用耐磨合金铸钢铸造，材质为：ZG40Cr30NiSiNRe，保证燃烧器的超长运行周期；为保证在低氧条件下煤粉气流在着火初期的稳定着火，B层一次风采用上浓下淡结构燃烧器，C、D、E三层一次风采用下浓上淡结构燃烧器，保证着火稳定性。
3．一次风喷口采用独特结构设计，增强稳燃功能：一次风喷口周界风射流与煤粉射流采用差角设计，形成烟气涡流周边卷吸，确保煤粉及时稳定着火，加强燃尽效果，拓宽燃料适应性；在一次风喷口背火侧设计较大出口动量的周界风偏置形式，改善两侧补气条件，对炉膛水冷壁面起到防止结渣、防止高温腐蚀的保护作用。
4．更换所有二次风喷口装置，重新分配风率：重新设计、更换全部主燃烧器区二次风喷口，根据燃用煤质特性以及实际运行现状，重新优化调整各层二次风喷口风率，采用多点掺混、各级控制的布置方式，在炉膛三维空间上真正实现逐步深度分级送风、精确操控的燃烧技术。全炉燃烧过程均采用低于常规燃烧过程的过剩空气系数，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低烟气中NOx生成量。
5．新增风四层高位燃尽风喷口：增加四层高位燃尽风，调整高位燃尽风标高，高位燃尽风中心线距离E层一次风中心线的距离为6981mm，使得燃烧器形成深度空气分级，同时再高位燃尽风喷口可以水平、上下方向摆动。上下摆动± 30°，水平方向上±10°范围内调整。根据锅炉运行状况（燃尽率、NOx排放、过热器汽温偏差等）进行喷口角度的适当调整，有效调节炉膛出口烟温偏差，并保证过热器管壁不出现超温现象。
6．二次风大风箱改造：高位燃尽风标高确定后，目前大风箱距离新增高位燃尽风顶部标高为2300mm，单独引高位燃尽风的风道基本与现有大风箱连接，因此，将大风箱整体向上延伸2300mm，高位燃尽风的风箱与大风箱连成一个整体。
7．一、二次风切圆直径大小反切设计：设计煤种的灰熔点较高，锅炉炉膛结焦倾向不明显，因此，在一、二次风假想切圆设计过程中反切设计，即一、二次风假想切圆直径均为φ548、φ1032。
8．改造二次风挡板截面积：为适应改造后燃烧器的布置，对二次风风箱挡板进行改造，以适应改造后风率分配后新燃烧器的合理布置。
9．主燃烧器垂直摆动调整：
AA层二次风、A层一次风水平固定，不参与摆动调温，其设计理由是：一方面，A层为小油枪位于主燃烧器底部，主要起点火和稳燃的作用，如果参与摆动，容易在低负荷工况下引起燃烧失稳，另一方面，A两层一次风的结构形式不利于摆动。
改造系统图如下：
燃烧器喷口布置图
四、运行调整
1．SOFA风作用主要是调整氮氧化物浓度，负荷越大，开度越大；周界风作用补充角区氧量，保持一次风刚性，在目前煤质条件下，应该保持80-100%开度。
2．辅助风开度根据磨煤机运行组合进行调整，调整火焰中心高度，在目前煤质条件下，如果飞灰含碳量大于4.5情况下，建议全部保持80-100%开度；按照燃料分组原则，将下三层燃烧器分为一组，上两层作为一组，每组燃烧器之间的辅助风可以安排配风卡片适当收缩；
3．本配风卡片适用于煤质较稳定时进行调整，当给煤量异常，飞灰不易控制时，可以不考虑氮氧化物，将所有风门全部开启，只调节送风风量即可；
4．磨煤机运行时通风量风煤比例保持在1：2，不得过大；
5．磨煤机运行原则：至少保证一台磨煤机热风门全开，冷风门全关。当磨煤机出口温度超过90℃时，可适当开冷风门进行调整，磨煤机温度尽量维持上限运行；
6．工况稳定时，热一次风母管压力保持≤8.0KPa；煤质变差时，可适当提高热一次风母管压力，待工况稳定后恢复原工况运行；
7．在增减煤量过程中，应注意氧量的变化，按本运行卡片氧量要求及时调节送风量，以保证NOx不超标，同时防止锅炉结焦；
8．辅助风小风门调整参考此配风卡片，二次风与炉膛差压和氧量（负荷低时下限运行，负荷高时上限运行）；负荷在280-330MW运行时，SOFA小风门开度建议全部为100%；
9．在运行过程中主汽压力参照锅炉厂家的设计参数，以保证汽温及机组经济性。
10．定期测试煤粉细度，以保证煤粉细度在R90%在15-20之间，在目前加载力已达到25MPa的条件下，可以适当提高动态分离器转速至350-400rpm。
五、结论
1．锅炉低氮燃烧器改造后，全负荷工况下，SCR入口实测NOx排放浓度均能控制在200mg/Nm3以内，与燃烧器改造前的402mg/m3～609mg/m3相比，平均降幅达60%左右，低氮改造效果非常明显。
2．低氮燃烧器改造后，由于分级燃烧程度增加，锅炉火焰中心上移，过热器减温水量及再热器减温水量均比改造前增加了15t/h左右。
3．低氮燃烧器改造后，通过燃烧调整试验，各负荷工况下，飞灰含碳量均可以控制在3%左右，锅炉未燃碳热损失较改造前没有明显上升，锅炉效率基本维持在改造前的水平。
参考文献：
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[5]温智勇，宋景慧，锅炉燃烧调整对氮氧化物排放的影响，广东电力，2004年8月，26-28
论文作者:冯立生
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/23
标签：燃烧器论文; 锅炉论文; 燃料论文; 风门论文; 高位论文; 炉膛论文; 喷口论文; 《电力设备》2017年第19期论文;