焦林生 薛晓垒 金理鹏

(1.陕西神华国华锦界能源有限责任公司，陕西 榆林 719313；2.西安热工研究院有限公司 苏州分公司，江苏 苏州 215011)

0 锅炉概况

锅炉为600MW单炉膛、∏型布置、固态排渣、全钢架结构、平衡通风、亚临界压力一次中间再热控制循环汽包锅炉。锅炉采用摆动式燃烧器调温，四角布置、切向燃烧，正压直吹式制粉系统。锅炉原燃烧器采用四角布置，共24只切向燃烧摆动式，每只燃烧器最大出力为11.5t/h，分六层布置，每层设置4只燃烧器。在顶部燃烧器上方各设一层燃尽风和辅助风喷口。煤粉喷口、二次风喷口、燃尽风喷口均可上下摆动，用以调节再热汽温。

正常运行时，锅炉NOx排放浓度在402mg/m3～609mg/m3之间，该排放浓度已无法满足环保和国家火力发电政策的要求[1]。为响应国家“节能减排”政策号召，电厂对3号锅炉进行了低NOx燃烧系统改造。

表1 锅炉主要设计参数Tab.1 Major design parameters of the boiler

1 改造方案

对燃烧器进行重新布置，改变假想切圆直径，调整各层煤粉喷嘴的标高和间距，增加新的燃尽风组件以增加高位燃尽风量（改造后燃烧器见图1）；除了A层一次风沿用等离子燃烧器之外，更换其它5层一次风喷口、喷嘴体及弯头，一次风全部采用上下浓淡、中间带稳燃钝体的燃烧器；采用新的二次风室，适当减小端部风室、油风室及中间空气风室的面积；在凑燃尽风室两侧加装贴壁风；采用节点功能区技术，在两层一次风喷口之间增加贴壁风。

图1 燃烧设备布置示意图Fig.1 Schematic diagram of the burner layout

下端部风及一次风仍旧为逆时针方向旋转，切圆适当减小；其它二次风改为与一次风小角度偏置，顺时针反向切入，形成横向空气分级。风量重新合理分配，并调整主燃烧器区一二次风喷口面积，使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求，主燃烧器区的二次风量适当减小，形成纵向空气分级。燃烧器采用新的摆动机构，可以整体上下摆动。

在原主燃烧器上方约9米处增加7层分离燃尽风SOFA喷口，分配足量的SOFA燃尽风量，SOFA喷口可同时做上下左右摆动。

1.1 燃烧器纵向布置

燃烧器由下至上依次为：AA二次风、A一次风 （等离子燃烧器）、AB二次风（油）、B一次风、BC二次风（带贴壁风）、C一次风、CD二次风（油）、D一次风、DE 二次风（带贴壁风）、E 一次风、EF二次风（油）、F一次风、FF二次风 （带贴壁风）、OFA二次风 （带贴壁风）、WA贴壁风、SOFA1～ SOFA7。

1.2 燃烧器横向布置

在水平断面上，一次风射流在炉内形成φ514和φ779的两个大小切圆，二次风射流与一次风射流偏置7°，防结渣及降低NOx排放。燃尽风组件布置在主燃烧器上方。

图2 燃烧器切圆示意图Fig.2 Schematic diagram of the burner firing

1.3 改造前后设计参数对比

表2 燃烧器改造前后设计参数Tab.2 The design parameters before and after the retrofit

2 燃烧调整试验

锅炉低氮燃烧器改造后，炉膛内部整体燃烧状况发生了较大变化，为了解燃烧器的改造效果，掌握锅炉及其辅机在各种运行工况下的特性，确保锅炉在最佳的安全、经济状态下运行，需要对锅炉进行详细的燃烧调整试验。

整个调整工况包括变一次风率、变煤粉细度、变氧量、变配风（包括周界风、SOFA风和辅助风）、变燃烧器摆角、变磨组合等工况，几乎包括了炉侧所有的可调因素，每个燃烧调整工况均对飞灰、炉渣进行了采集，同时观察减温水量及汽温变化，实测烟气成分及排烟温度，并得出每个工况的实测锅炉效率以及NOx排放浓度，以便对燃烧器改造后锅炉的安全性、经济性和环保特性作出定性评估和量化分析。

燃烧调整试验依据ASME PTC 4.1《锅炉性能试验规程》进行[2]，煤的热值取低位发热量，灰渣平衡比率取飞灰90%，炉底大渣为10%。

炉内温度利用现有看火孔，使用IS8 plus便携式红外测温仪进行测试。试验煤质特性见表3。

表3 试验煤质特性分析Tab.3 Performance analysis of the coal

3 试验结果

试验主要在600MW、450MW和350MW负荷点下进行，每个负荷点下确定出锅炉的最佳运行状态。各典型工况下机组主要运行参数与测试结果见表4。

表4 燃烧器改造前后试验结果Tab.4 Experimental results the before and after the burner retrofit

3.1 NOx排放特性

燃烧器改造后，通过燃烧优化调整，逐步降低主燃烧区域的过量空气系数，增加分级燃烧的效果[3-4]，SCR系统入口NOx排放浓度较改造前有了大幅下降，详见图3。

600MW负荷下，锅炉最优状态时NOx排放浓度（干基，折算到6%O2）由改造前的 609mg/Nm3（标准状态，下同）降至 135mg/Nm3，降幅达77.8%；450MW 负荷下，NOx排放浓度由改造前的 495mg/Nm3降至128mg/Nm3，降幅达74.1%；350MW～380MW负荷下，NOx排放浓度由改造前的402mg/Nm3降至132mg/Nm3，降幅达67.2%。通过燃烧器改造，全负荷工况下，NOx排放浓度平均降幅约70%，低氮改造效果非常明显。

图3 NOx排放浓度分布图Fig.3 Distribution about concentration of NOxemission

SCR系统入口NOx浓度的降低，可以有效缓解SCR系统的压力，根据最新的国家环保标准 （NOx排放浓度小于100mg/Nm3），SCR系统仅需30%～40%的脱硝效率即可满足环保要求，大大减少了尿素用量，节约了SCR系统的运行成本。

600MW负荷下，SCR入口实测NOx排放浓度最低可降至117mg/Nm3，但此时过热器减温水量上升至130t/h，再热器减温水量上升至145t/h，飞灰含碳量增加到1.94%，SCR入口CO含量约805ppm，锅炉燃烧状况较差。

降低NOx排放浓度与减小减温水量、降低飞灰含碳量之间相互制约，在锅炉最佳运行状态下（NOx排放浓度、减温水量和锅炉效率达到最佳平衡点），若想继续降低NOx排放浓度，势必会导致减温水量增加、锅炉效率下降。

3.2 汽温特性

该锅炉长期以来存在冷再温度高的问题（比设计值高12℃左右），导致机组正常运行时，再热器减温水量偏高，高负荷下，机组再热器减温水量约35t/h。

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，在一定程度上会导致减温水量进一步增加。通过燃烧优化调整试验，在兼顾NOx排放浓度的基础上，过热器减温水量及再热器减温水量均比改造前增加了10t/h左右，没有出现因低氮改造而导致减温水量大幅上升的情况。

3.3 锅炉效率

低氮燃烧器改造后，由于燃烧推迟，锅炉火焰中心上移，在磨煤机磨辊加载压力和折向门门挡板未做调整，即煤粉细度不变的情况下，势必会导致飞灰含碳量上升，锅炉未燃碳热损失增加。

在不影响磨煤机出力及大幅增加制粉单耗的情况下，通过适当降低煤粉细度，并配合风门的调整，各负荷工况下，锅炉飞灰含碳量均可以控制在1%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。

3.4 炉膛温度及结焦情况

为了了解燃烧器改造后炉膛内部温度场的变化情况，试验期间通过炉膛看火孔测试了炉内燃烧温度，同时观察并记录燃烧器区域和屏区的结焦情况。

从表5可以看出，燃烧器改造后，燃尽风门整体关小工况下的炉内温度分布情况与燃烧器改造前的分布情况相近。随着燃尽风比例的增加，炉膛上部火焰温度逐渐上升，当燃尽风门整体开大时，炉膛上部大屏处温度比燃烧器改造前上升了约100℃，证明燃烧器改造后，随着燃尽风的投入，炉膛火焰中心上移，由此，势必会导致炉内各受热面的换热发生变化。

表5 炉膛火焰温度Tab.5 Flame temperature distribution in furnace

由于神木锦界煤属于低熔点、易结焦煤种 （其软化温度仅约1210℃），再加上低氮燃烧器改造后，炉内主燃烧区域处于缺氧燃烧状态，极易导致炉内结焦情况发生，因此，试验期间密切观察了炉内的结焦状况。通过观察发现，在看火孔附近有轻微的结焦情况，炉内受热面上仅有少量的附焦，与燃烧器改造前的情况相似，这反映出低氮燃烧器改造并未造成炉内大量结焦的情况发生。

4 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140mg/Nm3以内，与燃烧器改造前的402mg/m3～609mg/m3相比，平均降幅达70%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10t/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1%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。

（4）通过燃烧调整试验，低氮燃烧器改造后的锅炉在NOx排放浓度、减温水量和锅炉效率方面可达到最佳平衡点。降低NOx排放浓度与减小减温水量、降低飞灰含碳量之间相互制约，在锅炉最佳运行状态下，若想继续降低NOx浓度，势必会导致减温水量增加、锅炉效率下降。

［1］GB 13223-2011火电厂大气污染物排放标准[S].GB 13223-2011 Emission standards of air pollutants for thermal power plants[S].

［2］ASME PTC 4.1锅炉性能试验规程 [S].ASME PTC 4.1 Performance test code for utility boiler[S].

［3］冯兆兴.高挥发分煤种电站锅炉高效低NOx排放系统研究[D].石家庄：华北电力大学，2007.FENG Zhaoxing.Study on high efficiency and low NOxemission system of system of high volatile coal fired power plant boiler[D].Shijiazhuang:North China Electric Power University,2007.

［4］鲁鹏飞.某600MW机组烟煤锅炉低NOx改造及效果分析[J].陕西电力，2013,41(2):84-87.LU Pengfei,Low NOxretrofit for certain 600 MW bituminouscoal boiler and performance analysis[J].Shaanxi Electric Power,2012013,41(2):84-87.