為了滿足環保對NOx的排放要求，對現有的燃燒器進行改造，降低了NOx的排放濃度，對通過燃燒過程中進行優化運行，控制NOx的排放在合理的水平，并通過燃燒后對生成物排放的控制，達到國家要求的排放標準。


低氮燃燒器改造后對機組的經濟性造成一定的影響，通過燃燒優化運行調整、合理控制爐膛氧量以及控制煤粉細度，解決機組運行中存在的問題。使得低氮燃燒器改造后的機組主要指標通過調整能夠控制到和設計值相當的水平。

關鍵詞:低氮改造;燃燒器;燃燒調整;NOx;優化運行;高溫腐蝕

隨著霧霾天氣的出現，空氣的污染治理也越來越被人們重視。NOx作為大氣污染的主要組成成分之一，減少NOx的排放成為人們關注的重點［1］。按照GB13223－2011《火電廠大氣污染物排放標準》的規定，2014年7月1日起，2003年12月31日建成投產以后的火力發電廠(W型火焰鍋爐、循環流化床鍋爐除外)執行NOx排放濃度限值為100mg/Nm3的標準。

因此，火力發電廠和高校為了達到此目標，正在努力開展關于降低NOx濃度排放的試驗及改造工作［2］。對于燃煤電廠來說，控制NOx的排放濃度，主要是通過兩種途徑來實現:一是燃燒過程中減少NOx濃度的排放，通過低氮燃燒技術，調整燃燒手段減少NOx的生成量;二是燃燒后對生成產物NOx的控制，進一步通過脫硝裝置達到國家控制的排放標準［3］。

1鍋爐燃燒系統

1．1鍋爐概況

某電廠鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱、自然循環汽包爐，采用平衡通風、四角切圓燃燒方式，設計燃料為褐煤，鍋爐采用緊身封閉。鍋爐以最大連續負荷(即BMCＲ工況)為設計參數，在機組電負荷為364．055MW時，鍋爐的最大連續蒸發量為1125t/h;機組電負荷為330MW(ECＲ工況)時，鍋爐的額定蒸發量為1070t/h。主要設計參數見表1。

表1鍋爐主要技術參數表


1．2設計燃料特性

燃燒器的布置，采用四角布置的切向擺動式燃燒器。設計煤質參數見表2。燃燒器可以上下擺動，最大擺動角度為±20°。鍋爐在運行過程中NOx排放濃度在550～610mg/Nm3，經過脫硝后排放濃度不能滿足環保的要求。

表2設計煤質參數


為了控制NOx的排放，盡量減少NOx在燃燒過程中的生成量，保證SCR入口的氮氧化物濃度在一個合理的水平，主要通過調整燃燒溫度、各級過量空氣系數和優化運行方式等控制氮氧化物的排放［4］。

氮氧化物的生成主要有燃料型、快速型和熱力型三種方式。其中燃料型氮氧化物的生成量占4/5以上，其次是熱力型氮氧化物，快速型的生成含量最小［5］。

減少燃料型氮氧化物的生成量是控制氮氧化物排放的主要途徑，主要是燃燒中低氮燃燒技術以及燃燒后煙氣的脫硝技術相結合，而其它兩種類型的氮氧化物生成量占少量部分［6］。

2低氮燃燒器的改造

2．1低氮燃燒器的改造方案

(1)在爐膛中心形成逆時針旋向的兩個直徑稍有不同的假想切園，如圖1所示。為了削弱爐膛出口煙氣的旋轉強度，減小四角燃燒引起的爐膛出口煙溫偏差，主燃燒器上方設置了SOFA燃燒器，SOFA風室被設計成反切，使其噴嘴出口中心線同主噴嘴中心線成12°的夾角，其目的就是要形成一個反向動量矩，平衡主燃燒器的旋轉動量矩，而達到減少爐膛出口煙溫偏差之目的，另外，還選取了較大的燃燼風率，來控制NOx的排放量。


(2)在燃燒器高度方向上，根據燃燒器可擺動的特點，考慮到燃燒器向下擺動時，保證火焰充滿空間和煤粉燃燒空間。

(3)為防止爐膛結焦，采用了較小的單只噴嘴熱功率，防止燃燒器區域的結焦，采用燃燒器分組拉開式布置及合理配風形式，可有效控制NOx排放量。

(4)燃燒器采用水平濃淡煤粉燃燒技術，以提高鍋爐低負荷運行的能力，水平濃淡煤粉燃燒器是利用煤粉進入燃燒器一次風噴嘴體后，經百葉窗的分離作用，將一次風氣流分離成濃淡兩部分;兩部分之間用垂直隔板分開，燃燒器出口處設有帶波紋形的穩燃鈍體。濃相氣流的煤粉濃度高著火特性好，即使在低負荷情況下，濃相氣流的風煤比仍可保持在較合適的范圍內，使著火特性不會明顯惡化。鈍體形成的高溫煙氣回流區又充分為煤粉著火提供了熱源，這兩者的結合為低負荷穩燃提供了保證。

3改造后的NOx排放及燃燒調整

低氮燃燒器改造后，由表3、表4可以看出，在300MW和220MW負荷工況下，在不同的運行氧量和不同的SOFA風門開度下，NOx的排放水平各不相同，在220MW負荷下，運行氧量3．8%、SOFA風門開度50%時，NOx排放濃度控制在248．5mg/Nm3;在300MW負荷下，運行氧量3．1%、SOFA風門開度90%時，NOx排放濃度控制在207．1mg/Nm3。在這兩種工況下，NOx排放濃度控制在較低的水平。

表3不同運行參數下NOx排放比較


4改造后問題分析

(1)蒸汽參數偏離設計值

鍋爐燃燒區采用空氣分級燃燒技術，使得主燃燒區的溫度下降，爐內的溫度分布更加均勻，對于水冷壁存在沾污結焦情況嚴重的得到改善，水冷壁的吸熱增加，爐膛出口的煙溫降低［7］，過熱器、再熱器溫升下降，使得過熱器、尤其再熱器溫低于設計值。

(2)飛灰、爐渣的含碳量增加

低氮燃燒技術主要是采用低溫、缺氧燃燒技術，使得主燃燒區的溫度下降較多，推遲了煤粉的著火，并且此區域缺氧燃燒，控制過量空氣系數，煤粉在此區域的燃盡度下降，造成了飛灰、爐渣的含碳量增加。q4的增大，必然導致鍋爐熱效率的降低。

(3)高溫腐蝕現象加劇

煤粉在主燃燒器區域進行缺氧燃燒，不充分燃燒會產生大量的CO，以及還原性氣體H2S，從而加劇水冷壁區域的高溫腐蝕。

利用空氣的分級燃燒技術，上層增加燃盡風，總風量不變的情況下，上層二次風分增加勢必使得下層二次風減少，使得下層一、二次風的摻混過程推移，爐膛的火焰中心上移，相應爐膛出口的煙溫升高，容易引起結焦、積灰等現象。

(4)爐內燃燒狀況復雜

由于低氮燃燒器改造后對整個爐膛內的動力場發生變化，使得爐內的燃燒也產生不利影響。低氮燃燒器改造前設計的燃燒運行優化方式已經不再適應，會產生爐膛負壓波動大、偏燒、排煙溫度高、飛灰含碳量大、再熱器溫度低等的影響，使得在低溫、低氧的燃燒運行工況下調節難度加大，導致低負荷穩燃能力下降。

5改進措施

(1)合理控制運行氧量

運行過程中氧量的控制不僅影響機組經濟性，而且對NOx的排放具有一定的抑制作用［8－9］，因此，對氧量的精細化調整顯得至關重要。分別對燃燒區和還原區的過量空氣系數進行控制。通過對不同氧量的調節控制，分別對飛灰含碳量、再熱器溫度以及鍋爐效率等主要運行參數試驗，找出不同運行工況下的鍋爐參數變化，得出機組的最佳運行氧量。在300MW負荷下，通過變氧量試驗，可以得出爐膛氧量與NOx的關系曲線，如圖2所示。


(2)燃燒運行優化調整

低氮燃燒器改造后，NOx的排放控制在環保要求的標準之內，并且在運行過程中盡量減少NOx的排放量，降低脫硝的運行成本，但是也要兼顧對鍋爐效率、高溫腐蝕等對經濟性和安全性運行的影響［10］。

對不同的磨煤機運行組合方式、不同的配方式、不同的運行氧量等主要指標的正交試驗，摸索機組的最佳運行優化調整方式。在300MW負荷下，通過變SOFA開度試驗，可以得出SOFA開度與NOx的關系曲線如圖3所示。


(3)水冷壁進行防結焦、腐蝕材料噴涂

對于燃燒器改造前結焦嚴重的鍋爐會有所改善，主燃燒區的溫度有所下降，爐內的溫度分布更加均勻，使得水冷壁的沾污結焦情況減少，通過對水冷壁的噴涂，消除結焦現象，并且高溫腐蝕的情況也得到解決。

6結論

通過燃燒過程中進行優化運行，控制NOx的排放在合理的水平，并通過燃燒后對生成物排放的控制，達到國家要求的排放標準。低氮燃燒器改造后對機組的經濟性造成一定的影響，通過燃燒優化運行調整、合理控制爐膛氧量以及控制煤粉細度，解決機組運行中存在的問題。使得低氮燃燒器改造后的機組主要指標能夠控制到同類機組設計的最高標準。