转载--低氮燃烧器运行中的燃烧调整探讨

【摘要】低氮燃烧器的改造，利用缺氧燃烧机理，通过调节风门挡板改变送入炉膛风量，有效的降低了脱硝反应器入口氮氧化物含量，减少了喷氨量，防止喷氨过多生成NH4HSO4堵塞空预器。

【关键词】：低氮 缺氧 入口 风量 喷氨

1、概述

国家对火电厂节能减排高度重视，排放监督越来越严。因此润封电厂于2013年3月委托北京国电龙高科环境工程技术有限公司对#2炉进行了改造，其中包括低氮燃烧器及微油点火系统。鉴于目前烟气排放现状以及地方政府对烟气排放的要求，电厂在实施烟气脱硝改造后将大大减少NOx排放，但是仍需加强燃烧调整，通过减少燃烧区NOx的生成减少尾部脱硝喷氨量，为今后即将实施的超洁净排放打好基础。对树立华润发电厂品牌形象，保持可持续发展非常有利。

2、低氮燃烧器工作原理及作用

锅炉燃烧中生成的氮氧化物(主要是NO及 NO2 )严重污染环境。生成类型为：燃料型NOx、热力型NOx、快速型NOx。研究表明，煤粉炉(炉内温度低于2000K)主要是燃料型NOx ，约占总量75%-80%，其余为热力型NOx、快速型NOx(最少)，挥发份生成的NOx约占燃料型NOx的60%-80%，其余燃料型NOx焦炭中燃料N经多相反应生成。其生成机理为(双区、两段)：双区－－浓相富燃料燃烧，挥发份迅速析出气相反应(HCN、NHi+O2→NOx)更造成此区缺氧，使已形成的NOx与NHi反应生成N2，并使NHi相互反应，从而降低NOx生成；淡相富氧燃烧，燃烧温度低抑制了NOx生成。
为了实现清洁燃烧，降低燃烧中NOx、排放污染的技术措施可分为两大类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低NOx燃烧技术。锅炉燃烧中影响NOx生成的因素主要是燃烧区的氧浓度，火焰温度等因素。润封电厂2013年3月进行了#2机组脱硝改造，采用国电龙高科在燃烧器中煤粉浓淡分离、分级分层配风的解决技术，使燃烧区形成低过剩空气系数，造成弱还原性气氛燃烧，从而减少“燃料型”氮氧化物，燃烧后期由于燃尽风，促进煤粉燃尽;燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，垂直摆动± 15°，水平方向上摆动± 10°，可根据锅炉运行状况（燃尽、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问题。通过实践这种分级燃烧系统的方式能够获得更低的NOx排放水平。

尾部脱氮又称烟气净化技术，即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物还原或吸附，从而降低NOx排放。润封电厂采用SCR既选择性催化还原法，在尾部烟道家装脱硝反应器来降低排放烟气中的NOx含量。

润封电厂一期工程2×320MW机组#1、#2锅炉均为东方锅炉股份有限公司生产的DG1025/18.2-II12型亚临界自然循环汽包炉,采用钢球磨中储式制粉系统、热风送粉，直流式百叶窗水平浓淡燃烧器，四角布置，切向燃烧方式。

煤粉由热一次风送入炉膛，共五层燃烧器。每层四角布置呈切圆状喷出煤粉，煤粉被烟气卷吸热及炉膛辐射热点燃后在锅炉35米中心处形成火焰中心主燃烧区。热二次风从风箱进入炉膛，对煤粉穿透、混合、提供合适的风量，因而脱硝改造时对二次风喷口的风量进行了调整，通过降低总风量、改变配风结构来降低主燃区NOx的生成

如图1所示，CC、OFA两层为切角15度的反切风，可有效降低烟气残余旋转，减小炉膛两侧烟温偏差。龙高科公司在OFA上部两米增设了OFAA、OFAB、OFAC、OFAD四层燃尽风，可降低火焰中心并适当增加助燃风量，使煤粉在主燃区上部燃尽，减少热力型NOx的生成。

龙高科公司原有二次风的基础上在不改变其标高的情况下，对喷口面积进行了适当的调整，使其更适用与低氮燃烧的要求。二次风喷口采用收缩型结构，推迟一、二次风的混合，有效地推迟空气与煤粉的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量。

主燃烧器区二次风喷口面积根据主燃烧器区有组织二次风减少的程度进行相应缩小，保证出口的二次风风速达到较高风速。保证最下层较大二次风喷口面积，使其具有较大出口二次风动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。二次风切圆布置没有改变，与原设计相同。

下图为#2炉燃烧器及风门挡板布置：

高位燃尽风系统将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来λp=1.25变为λp=0.875~0.9375。在主燃烧器上方29m和32m标高处，布置四层16只燃尽风喷口，燃尽风将布置在炉膛四角。

整个燃尽风喷口在燃烧器区上部相同的水冷壁角部位置开出燃尽风安装口，燃尽风量占总空气量约为25%~30%，燃尽风喷口风速采用较高风速45m/s~50 m/s，燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，垂直摆动± 15°，水平方向上摆动± 10°，可根据锅炉运行状况（燃尽、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问题。

3、低氮燃烧器运行中出现的问题

3.1润封电厂自2013年低氮燃烧器改造以来，由于龙高科公司调整了二次风口风量大幅度减少了送风，造成主燃区缺氧，燃尽区富氧，使飞灰炉渣含碳量增大，降低了经济性。飞灰炉渣含碳量同比增长2-3%，大大降低了锅炉经济性。

3.2制粉系统风量不够，造成制粉系统出力降低，厂用电率明显提高。

3.3纯从燃烧角度来讲，锅炉采用空气分级低氮燃烧技术改造之后，燃烧延迟，火焰中心上移，炉膛出口烟温上升，锅炉的过热汽温、再热汽温变化过快，不稳定。易出现受热面超温及主再热汽温低限现象，对于机组安全、经济有很大影响。

3.4主燃区的温度下降较多，炉内温度分布均匀。水冷壁的沾污结渣情况会有很大改善，但燃烧滞后炉膛出口烟温上升，受润封电厂燃煤性质影响，炉膛出口易结焦，火焰电视处频繁结焦。

3.5增加风量时，热力型NOx含量增大，需增加喷氨量加大烟气脱硝效果，造成氨逃逸率增大，生成硫酸氢胺，堵塞空预器。

3.6低负荷时，因煤质原因，炉膛两侧烟温偏差大，且烟气量小造成再热汽温较低。

4、燃烧调整应对措施

4.1充分认识降低NOx生成的两个主要机理：降低主燃烧区温度和低氧燃烧；充分掌握低氮燃烧器的工作原理，不论负荷高低，都可以进行大幅度调节。根据负荷适当开大底层（AA层）二次风挡板开度，如180MW时AA层挡板由55%开大到65%，在托粉同时使主燃区下部尽量完全燃烧减小炉渣含碳量，同时开大主燃区顶层二次风挡板（OFA层）及四层燃尽风挡板，使火焰中心下移减小热力型NOx的生成。

4.2制粉系统风量由热二次风提供，炉膛设计送风减小造成制粉系统严重缺风，按厂家设计要求控制氧量3.0左右时制粉系统给煤机转速平均降低100rpm。此时调节二次风压、改变制粉系统运行方式成了目前唯一能解决的方法。利用输粉机临炉倒粉的特性，在两台机组不同的负荷时保持高负荷机组多转制粉系统，向低负荷机组倒粉，这样可以减少制粉系统启停，减少制粉系统运行套数，保持制粉系统高风量，有效的降低了厂用电率。

4.3要认识到NOx的降低，必然导致着锅炉效率的降低，要寻找一个最佳平衡点，不能一味追求低NOx。日常调整中，只要NOx不是太高能满足环保要求，就可以增加二次风，以提高燃烧效率。

4.4从控制NOx 的角度讲，分级燃烧、分级进风都是有好处的。在实际中配煤时，润封电厂B粉仓配劣质煤对应上层给粉机，A粉仓配长焰煤对应下层给粉机，起到稳燃效果。由于最下层二次风档板运行中全开或开度较其他层大很多，底部燃烧器一般不会缺风，在配风时，适合用倒宝塔型配风，一方面有助于抬高火焰中心，使得低负荷时汽温提高，另一方面也符合降低NOx 的配风策略，即主燃烧区缺氧燃烧。

4.5在条件满足时，应尽量使用下层燃烧器，在不影响带负荷的前提下，停运部分上层燃烧器，加大下层给粉机转速，因下层风量稍大这样也有利煤粉燃尽，提高燃烧效率。而且由于火焰中心下移，炉膛中心温度降低，有助于减少NOx的生成；燃烧区至燃尽风之间的还原区延长，更有助于一部分NOx重新被还原。

4.6低氮燃烧器主燃烧区是缺氧燃烧，为保证燃烧安全，氧量值不应低于3%；在某层给粉机转速大幅增加时，应适当开大对应二次风档板，以免主燃烧区煤粉过多、严重缺风造成灭火、爆燃。只有在给粉机转速稳定时，方可逐渐关小对应二次风档板，以降低NOx 。

4.7可适当调节粗粉分离器档板，适度调细煤粉细度，虽然制粉系统出力下降，但是飞灰含碳量降低，损失减小。可首先将一套制粉系统煤粉细度调细观察，按飞灰含碳量每升高1%，标准煤耗增加约1.0~1.3g/KWH来看，采取必要手段降低飞灰可燃物还是很值得的。

4.8适当提高二次风压，保证合适的二次风速，提高二次风的穿透力，以利助燃。增加燃尽风后，整体二次风压下降。按原设计，80%负荷以上，二次风箱差压应保证1.0KPa，才能使二次风速在合理范围，但改造后风压最高0.8KPa远远小于设计值。可以在NOx含量满足要求时采取加大总风量，关小二次风档板、关小燃尽风的方法调节。

4.9周界风能起到加强一次风刚性的作用，防止气流偏斜，防止煤粉火焰贴墙以及煤粉从气流中分离；在煤粉气流着火后，能及时供给少量二次风，有利于燃烧过程的发展。对于低氮燃烧器，煤粉集中，容易形成煤粉缺氧燃烧环境，有利于降低NOx的生成，且周界风量改造后较原设计有所增大，故周界风开度应随给粉机转速适度开大。

4.10关注炉膛、制粉系统漏风。冷风入炉会提高排烟温度，降低锅炉效率，有害无利。炉膛底部渣斗水封应密封好、看渣孔、炉膛看火孔应经常检查，确保关闭。制粉系统的漏点要及时联系处理，包括木块分离器盖子、给煤机盖子等应密闭好。

4.11低负荷应适度增大燃烧区风量，以利煤粉燃尽，但是风量过大会降低炉膛温度，由于低负荷炉膛温度水平偏低，若二次风穿透力过强极易造成灭火，影响安全；高负荷可以适度降低燃烧区风量，以提高经济性，但是风量过小，空预器换热减小，会造成排烟温度偏高，损失增加。

5、结束语

机组运行中，燃烧调整本着安全、经济的原则。脱硝改造后历经两年的摸索、试验，在稳燃基础上可适量关小二次风挡板，保证足够的二次风压，采用主燃区缺氧、燃尽区富氧的燃烧方式。适量开大底层二次风挡板，在降低氮氧化物排放的同时，也可有效的降低飞灰炉渣含碳量。

文章来源：《2015清洁高效燃煤发电技术交流研讨会论文集》