（福建大唐国际宁德发电有限公司 福建省宁德市 352100）
摘要:在电厂600MW机组前后墙对冲式燃烧锅炉改造过程中主要借助空气分级燃烧技术完成低NOx燃烧物质的改造，并且在改造前后对燃烧炉排放NOx的浓度进行深入对比和分析，最终结果表明，经过改造之后，发电锅炉所排放的NOx浓度显著降低，当机组运行负荷超过350MW时，锅炉的NOx的排放浓度降低将近一半，而经过深入分析发现对锅炉NOx排放浓度产生影响的因素主要为SOFA风量、辅助风门开度以及二次风箱和炉膛差压等。
关键词:前后墙对冲式燃烧锅炉；低NOx燃烧改造；运行调整
随着社会的不断发展，各界对于火力发电厂产生的大气污染重视程度正在不断提升，更受到了各国政府部门的极大重视。在此背景之下，我国已经制定了相关污染物排放控制准则，在最新建设的火力发电厂中，已经全部使用了脱硫、脱硝装置，最终实现NOx排放物浓度降低的基本目标。由于早期建成的火力发电站中的锅炉对于NOx控制的技术较为落后，最终所产生的NOx的排放物浓度大大超标，在后期改造过程中受到现场相关条件以及成本的限制，对于脱硝装置的安装和改造的难度大大提升，因此当前低NOx燃烧技术已经成为了当前火力发电站控制NOx排放物的第一选择。
1 对于低NOx燃烧系统的改造
在进行锅炉改造过程中主要采用复合式空气分级低NOx燃烧技术，其主要采取以下几种方式进行改造：
(1)对于可以上下、水平摆动的高位燃尽风进行改造。在距离最上层燃烧器一次风喷嘴大约5.60m处应当增设四层SOFA的喷嘴，即二次风喷嘴。在进行高度设置时，应当保证中心标高为38310mm，而该燃烧器的高度为2600mm，对于上述两种设备的布置应当分布于36730mm和40200mm的范围之内。在本设备中，所有SOFA喷嘴都必须配备自身的摆动连杆，借助手动式摇臂装置可以实现连杆的上下和水平摆动。倘若喷嘴的水平位置为0°时，SOFA的喷嘴便可以实现上下30°的摆动；倘若喷嘴垂直为0°时，SOFA的喷嘴水平摆动为30°。在锅炉实际运行过程中，借助SOFA喷嘴的摆动可以实现再热器温的调节，从而有效降低飞灰含碳量，最终实现燃烧效率的提升。(2)对水平可摆动的紧凑燃尽风进行改造。(3)对于预制水平偏角辅助风喷嘴的改造。在相邻煤粉层之间布置一层辅助性风喷嘴，在此过程中应当包括两个可以水平偏转22°的辅助性风喷嘴，还应当包含一只直吹风喷嘴，最终实现对原有二次风喷嘴流通面积的修改。(4)应当保证宽调节比的煤粉喷嘴一次风系统不变，但必须进行一次风喷嘴的更换，从而确保周界风流通面积的适当性。
经过本次改造之后，除了预制水平的偏角辅助封喷嘴之外，其他燃烧器的安装中心线必须在相同轴线上。
2 当完成改造之后，对于NOx排放浓度效果的比对
2.1 在改造之前所获得的实验结果
当机组运行负荷超过450MW时，锅炉所排放的NOx的浓度基本可以维持在600mg/m³，而受到炉膛火焰中心高度的影响，此时的停运上层磨煤机所形成的NOx排放浓度远远低于停运下层磨煤机所产生的NOx的排放浓度。当机组负荷超过600MW时，停运A,B,C,F磨煤机所产生的NOx排放浓度不断降低，当停运A磨煤机时，所形成的NOx排放浓度为656.9mg/m³，而停运F磨煤机时，所产生的NOx排放浓度仅仅为546.5mg/m³。
2.2 经过改造之后所获得的实验结果
当机组负荷低于350MW时，锅炉所产生的NOx排放浓度通常会超过400mg/m³，产生该种现象的主要原因是机组负荷过低，为了保证二次风箱和炉膛差的压值不能太低，而SOFA的风量必须有效减少。除此之外，二次风箱和炉膛的差压较低，使得相同开度下的SOFA风量有所减少，而SOFA的喷嘴风速也在不断降低，SOFA的刚性变差，该种现象使得SOFA穿透炉膛的难度进一步增加，从而降低了NOx的还原效果。
当机组负荷超过450MW时，改造锅炉的NOx的排放浓度会大幅度下降，相比较改造之前降低了大约290mg/m³，而出现该种现象的主要原因有以下两种：一是经过改造之后实际运行的磨煤机台数为四台，改造之后的一次风率也大大减少，二次风率则极大增加，最终使得SOFA的风量快速增加；二是经过改造之后，SOFA使用了SOFA的分级送风技术。
当机组实际运行负荷达到600MW，并且四层风门全开时，锅炉的NOx排放浓度将会达到310mg/m³。相对于改造之前，相同运行台数的磨煤机组合之下，经过改造的NOx排放浓度降低了194mg/m³。
总而言之，经过改造之后，锅炉所产生的NOx排放浓度降低接近50%。
3 经过改造之后的燃烧运行调整
3.1 SOFA的风门开度调整
在锅炉排放物质控制过程中主要借助氮氧化物生成以及抑制机理，而燃烧区域的还原性气氛强烈程度以及范围的大小将会直接影响最终NOx排放物的基本浓度。基于此，SOFA风量越大，燃烧器区域的还原性越强，最终所形成的NOx浓度也会越低。
随着SOFA风门开度的增加，燃尽风的输送风量会不断增加，从而降低锅炉的NOx排放浓度，另外，随着SOFA风门开度的不断增加，反切风量也在不断增加，炉膛出口部位的旋转残余因素将会不断减弱，最终实现低温过热器左右侧烟温的趋近。
在上述基础上，伴随着SOFA风门开度的增加，主燃烧区域的过量空气系数会不断减少，从而使得煤粉燃烧不断向后推移，炉膛火焰的中心线不断上移，锅炉过热器的减温水流将会增加。经过大量实践发现，SOFA风量增加将会使得锅炉的飞灰含碳量不断上升，而SOFA风量越大，则主燃烧器的空气量相对减少，进而使得主燃烧区域缺氧进一步加剧，煤粉不完全燃烧的可能性进一步增加，虽然炉膛上部会形成气流对下部缺氧现象形成补充作用，但是依然不能完全弥补下部存在的缺氧问题，因此SOFA风量增加会使得飞灰含量不断增大。
3.2 对辅助风门开度进行调整
随着辅助性风门开度的增大，二次风箱和炉膛存在的差压不断降低，而SOFA的风量也在不断降低，最终使得锅炉排放的NOx浓度会不断增加。
当机组负荷达到400MW并且磨煤机A、B、C、D同时运行时，燃烧器摆角处于水平状态下，而SOFA在开2层的情况下，辅助性风门开度将会从40%增加到50%，而此时锅炉所产生的NOx排放浓度会从327mg/m³增加到387mg/m³。
当机组负荷为580MW并且磨煤机A、B、C、D、F同时运行时，伴随着辅助风门开度的增加，二次风箱和炉膛的差压将会不断降低，SOFA风量将会不断减小，进而增加NOx排放物的排放难度。
3.3 对运行氧量的调整
在600MW负荷运行背景下，相同的SOFA风门开度，炉膛出口部分的氧量差异将会使得最终产生的NOx排放浓度也会存在差异，其中炉膛出口部位的含氧量越低，锅炉的NOx排放浓度将会越低。而NOx的形成以及煤粉的燃尽不但和煤粉着火区域的烟气氛有极大关联，与燃烧器存在区域的风量还存在极大关联，当该区域的风量减少之后，该区域将会形成还原性烟气氛围，从而使得煤粉着火，最终推迟燃烧，对于锅炉NOx排放浓度的减少有极大的帮助作用。
3.4 对于SOFA喷嘴水平摆角的调整
当燃烧器摆角和辅助性风门开度相同时，根据SOFA喷嘴的水平摆角实验结果分析，其对于最终的NOx排放浓度并不会产生影响。
当SOFA喷嘴水平的摆角出现变化时，末级的过热器以及高温再热器的壁温分布线如下图所示，综合分析发现，SOFA喷嘴的水平摆角变化并不会对壁温分布产生较大影响。
3.5 对燃烧器摆角的调整
当燃烧器摆角上移之后，受到炉膛火焰中心上移的影响，锅炉NOx的排放浓度将会不断上升。
当机组的运行负荷为450MW并且磨煤机A、B、C、D、E同时运行时，燃烧器的摆角将会从6°上摆至9°，而NOx的排放浓度将会不断上升，大致会增加30mg/m³。而过热器减温水的水流量将会增加大约20t/h。
当机组运行负荷达到500MW并且磨煤机A、B、C、D、E同时运行时，燃烧器的摆角将会从0°上升到6°，此时的NOx排放物浓度并不会产生太大变化。但是过热器减温水的基本流量将会受到较大影响，水流量将会增加大约15t/h。
当机组负荷达到600MW时，燃烧器摆角将会对低温过热器的进口烟温度偏差产生较大影响，当燃烧器摆角从水平方向向上摆时，低温过热器的进口烟温偏差将会不断增加。当第四层SOFA风门处于全关状态时，低温过热器进口左右侧的烟温偏差从SOFA喷嘴摆角为水平0°时的148.6℃增大到摆角为6°时的156，而第四层SOFA风门开度为一半时，低温过热器进口左右侧的烟温偏差从摆角为水平0°时的147.8℃增大到摆角为3°时的167℃。
3.6 对磨煤机运行的组合
磨煤机具体组合结果不同最终所形成的炉膛火焰中心也会发展变化。当上层磨煤机进行运行时，炉膛火焰中心将会上移，还原区高度也会随之降低，NOx的排放浓度也会随着增加。与此相反，倘若下层磨煤机开始运行，炉膛火焰的中心将会整体下移，还原区的基本高度也会随之增加，而NOx的排放浓度也会逐渐降低。
当机组运行负荷达到400MW并且磨煤机A、B、D、E都正常运行时，NOx的排放浓度相比于A、B、C、D同时运行时产生的NOx排放物浓度较高。
当机组运行负荷达到450MW并且磨煤机A、B、C、E同时运行时，锅炉所产生的NOx排放浓度大约为320mg/m³，而磨煤机A、B、C、D同时运行时，锅炉所产生的NOx排放物浓度为306mg/m³，浓度出现下降，该种现象说明使用4层磨煤机运行之后，炉膛火焰中心出现下移。从而使还原区高度增加，最终促进锅炉进行NOx的排放。
4 结语
经过上述讨论以及改造试验发现，SOFA风量的变化对于NOx排放浓度影响极大，当SOFA风量出现增加时，NOx的排放浓度将会不断减少，低温过热器进口左右侧的烟温偏差会不断减小。随着过热器减温水流量的增加，过热器和再热器壁温都会不断上升，锅炉飞灰也会出现上升。另外，二次风箱以及炉膛差压对于NOx排放影响作用极大，当机组出现低负荷运行时，应当尽可能减小辅助风门开度，从而有效提升二次风箱以及炉膛的差压，最终实现NOx排放浓度的降低。
参考文献
[1]火电厂氮氧化物防治技术政策(环发[[2010]10号文)[Z].环境保护部,2010.
[2]周新雅.大型燃煤电站锅炉低氮燃烧技术分析及应用策略[J].华东电力，2003,31(10): 6-12.
论文作者:黄金超
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/5/30
标签：浓度论文; 将会论文; 喷嘴论文; 炉膛论文; 锅炉论文; 风门论文; 风量论文; 《电力设备》2016年第3期论文;