摘要：通过对低氮燃烧器改造后主、再热汽温异常的原因进行分析，制定了燃烧调整对策，在控制NOx在合理范围的基础上，解决了升降负荷汽温波动大及低负荷汽温偏低问题，提高了机组的安全性和经济性，具有一定借鉴意义。
关键词：低氮燃烧器改造；汽温低；原因分析
1.锅炉设备概况
某厂2×210MW机组配备东方锅炉厂生产的DG670/13．7－20型锅炉，超高压、自然循环、单炉膛四角切圆燃烧、一次中间再热、平衡通风、半露天布置、全钢构架、全悬吊结构、回转式空气预热器、“π”型布置煤粉固态排渣锅炉。煤粉燃烧器布置在炉膛四角，下层燃烧器为等离子点火燃烧器，二、三、四层燃烧器是百叶窗水平浓淡直流型低NOx燃烧器，用于提高燃烧器的低负荷稳燃，防止结渣以及降低NOx的排放量。假想切圆的直径分别为Φ391mm、Φ736mm的逆时针切圆。
2.低氮燃烧器改造方案
ＮＯｘ主要有燃料型、热力型及快速型三种：燃料型ＮＯｘ生成量约占60%-80%，是低ＮＯｘ燃烧器控制的主要对象；其次是热力型ＮＯｘ，主要由于炉内局部高温造成，其生成量约占10%-15%，应采用适当措施加以控制；而快速型ＮＯｘ生成量很少。在锅炉燃烧中采取的控制措施主要降低燃料型及热力型的ＮＯｘ生成。在主燃烧器上方布置两组SOFA燃烧器，即LSOFA和HSOFA，各两层。SOFA燃烧器可以垂直方向上下摆动±30°，同时可以水平方向摆动±15°；每个喷嘴均有调节风门挡板，喷嘴风量根据要求进行调节。
3.低氮燃烧器改造后的运行优化试验
要达到较好的脱硝效果，运行调整也是一个必要的手段，该电厂锅炉在低氮燃烧器改造完成后，在锅炉运行方面对一些参数进行了优化试验。
3.1空气系数的优化
炉膛出口的过量空气系数可以衡量炉内空气量的多少。试验期间锅炉负荷在220t/h稳定运行，燃用煤质情况稳定，单台磨煤机运行。分别控制炉内氧量3．5%、3．0%、2．5%、2．0%4种工况下对锅炉进行试验，锅炉尾部烟气中NOx含量随着氧量的减小而有明显的下降：氧量由3．5%减小到2．0%时，NOx由389mg/Nm3下降到290mg/Nm3，下降幅度达到100mg/Nm3；飞灰及炉渣含碳量随着氧量的减小没有太大的变化，说明煤粉在小氧量工况也能充分燃烧；锅炉效率随着氧量的减小也没有太大的变化，锅炉效率均大于91．08%，满足改造要求。
3.2二次风量优化
取消原二次风从水冷壁拉稀管间距进入炉膛的设计结构，采用二次风喷嘴设计，降低了二次风射流进入炉膛的耗散性，保证二次风喷嘴射流刚性，强化煤粉与氧气的混合燃烧特性，同时将低浓度的乏气煤粉直接送入燃烧高温区，强化乏气煤粉的着火燃尽。煤粉喷嘴（拱顶浓粉，乏气）都采用带周界风的喷嘴设计，防止喷嘴烧损。二次风道引热风到四角 SOFA 燃烧器，前墙的 SOFA 风道增设调节门以保证四角均匀供风。
4.热态调试及结果
低NOx燃烧试验于2013年2月进行。在锅炉调试运行中首先关闭Ａ层和Ｂ层煤粉喷嘴的周界风，并且关小ＡＢ层二次风（采用低过量空气系数），使主燃烧区域的燃烧过程尽可能在接近理论空气量（α＜１）的条件下进行；随着烟气中过量氧的减少，就抑制了NOx的生成。然后对Ｃ层二次风喷嘴的风门开度进行调节，主要是控制再燃烧区域的氧气，同时对Ｄ层三次风煤粉喷嘴进行摆动调节，控制喷嘴气流的喷射方向和时间，调整燃烧区域的温度和再燃烧的时间，使部分已生成的NOx被还原。
4.1温度上升
锅炉进行低氮燃烧器改造之后，主汽温度升高了2℃，分析其原因是由于增加了燃尽风后，在总风量不变的情况下，二次风速有所降低，上二次风的压粉作用减弱，此外，由于三次风采用上下2个喷口，流通面积增大，三次风速也降低，使炉膛火焰中心上移，主汽温度升高，这样更有利于锅炉在低负荷下保持主汽温度。
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4.2飞灰可燃物比的减少
由于上、下一次风采用浓氮燃烧器，在喷燃器出口形成“高温、高浓度、高氧量”三高区，一方面有利于锅炉燃烧稳定，另一方面也容易使燃料燃烧完全，即使燃烧不够充分，到了燃尽风区域，可以再次得到足够的风量进行燃烧，相比改造前，燃料更容易完全燃烧，飞灰可燃物有所下降。
5.低氮燃烧器改造后的主要问题分析
5.1升负荷过程中主、再热汽温快速升高
升负荷时，由于主燃区过量空气系数大幅减少，氧量逐渐减小，虽然送风量在逐渐增加，主燃区处于严重缺氧状态，主燃区燃尽率大幅降低，燃尽区由于可燃物质增加燃烧加剧，造成火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，水冷壁吸热量减少，对流受热面吸热量增加，引起汽温大幅升高。
5.2降负荷过程中主、再热汽温快速降低
降负荷时，氧量逐渐增大，虽然送风量在逐渐减小，但主燃区燃尽率增加，燃尽区燃尽率降低。其次是降负荷时，过量空气通过通过SOFA风风门喷入炉内，远大于燃尽阶段燃料燃尽所需的风量时，超出部分成为炉内的冷却风，造成火焰中心位置降低，炉膛出口烟温下降，对流受热面吸热量减少，引起汽温大幅降低。
5.3低负荷时主、再热汽温偏低
低负荷时，为控制氮氧化物，适当降低了氧量，各周界风门、二次风门开度较大，二次风箱风压较低，导致二次风刚度降低，二次风处炉内火焰离水冷壁更近，使水冷壁吸热量增加，炉膛出口烟温下降，引起汽温降低。低负荷时，SOFA风风门开度过小，进入到主燃区的空气量较多，炉膛燃烧份额主要集中在炉膛主燃区，主燃区温度较高，水冷壁吸热量增多。使燃尽区煤粉不能继续燃烧，炉膛出口烟气温度下降，对流受热面吸热量减少，引起汽温降低。
6.解决方法
6.1升负荷时
提前增加送风量，提高主燃区氧量防止缺氧燃烧。适当开大各二次风门、周界风门，增加煤粉在主燃区停留时间。由于SOFA风与煤粉气流温度存在较大的温差，会对还原区煤粉气流燃烧起到冷却作用，应由下至上逐步开大各层SOFA风门，适当提高SOFA风门摆角，控制汽温上升。保持主蒸汽压力与负荷相匹配。
6.2降负荷时
提前降低氧量，风量不宜过大，保持氧量在3．0-3.5%左右。根据负荷变化逐步关小各二次风门、周界风门、SOFA风门，适当降低SOFA风门摆角，使煤粉经过还原区后能够及时与二次风混合，强化煤粉燃烧，控制汽温下降。优先降低下层磨煤机出力，或停运下层燃烧器，提高火焰中心位置。
6.3低负荷运行时
增加上层磨煤机出力，降低下层磨煤机出力，或停运下层部分燃烧器，提高火焰中心位置。适当关小下层各二次风门，提高二次风箱风压，在保证NOx排放合格的情况下逐步关小各SOFA风门，适当降低SO-FA风门摆角。根据煤质、负荷及受热面的清洁程度，制定合理的吹灰器投入方式，增加对流及尾部受热面的吸热量。减少炉膛漏风，因漏风会起到补充主燃区氧量的作用，减少了再燃烧区域的燃烧份额，使对流受热面吸热不足，引起汽温偏低。
7.结束语
低氮燃烧器改造之后，在锅炉运行中发现：在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制ＮＯｘ的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，会导致燃烧效率降低、引起结焦和腐蚀的可能性增大。因此为保证既能减少ＮＯｘ的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须正确组织空气分级送风的过程，不能片面追求ＮＯｘ的降低。
参考文献：
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[4]宗晓辉.600MW超临界锅炉低氮燃烧改造[D].清华大学，2014.
论文作者:李轰明
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/31
标签：风门论文; 炉膛论文; 燃烧器论文; 锅炉论文; 负荷论文; 喷嘴论文; 氧量论文; 《电力设备》2017年第26期论文;