余超 翁志钧 艾俊清

摘  要：锅炉低氮改造后，对过剩空气系数要求炉内燃烧器区域为0.8左右，到SOFA层及以上，逐渐提高到1.0～1.25。现有的燃烧测控手段无法实现这一要求，所以很多低氮改造后的锅炉，仍有脱硝入口NOx偏高或者飞灰上升较大的情况。该文针对上述问题，阐述了通过对四角切圆锅炉炉内水冷壁区域烟气中CO含量值的测量以及其与燃烧的对应关系，使各燃烧层的过剩空气系数达到锅炉设计要求，既能降低脱硝入口的NOx值，又不至于飞灰含碳量增高较多的目的。

关键词：火力发电;四角切圆锅炉;CO在线监测;降低脱硝入口NOx

中图分类号：TK229            文献标志码：A

0 前言

随着社会的发展，对锅炉燃烧调整的要求越来越高，精细化调整是锅炉燃烧调整的必然要求，特别是在低氮改造后，对锅炉每一层燃烧器的燃烧都有了不同的要求，目前的炉内燃烧监测手段，只有氧量和火焰强度等，氧量计设置于炉膛后部，是整体燃烧过后的综合结果，并不能反映炉内每一层燃烧的状况;火焰强度受到的干扰过大，在正常运行中无法通过火焰强度来判断炉内每一层的燃烧状况。因此，对炉内每一层燃烧器燃烧工况的有效测量，是锅炉燃烧精细化调整的关键。该文通过对四角切圆锅炉炉内水冷壁各区域烟气中CO含量的测量，通过烟气中CO浓度值与燃烧强度的对应关系，来确定各燃烧层的过剩空气系数，并通过调整，达到锅炉按设计要求分级燃烧，从而达到既能降低脱硝入口NOx值，又不至于造成飞灰含碳量增高较多的目的。

1 NOx排放过高的危害

通常我们所说的氮氧化物（NOx）是NO、NO2、N2O、N2O4、N2O5等物质的总称。当这些氮氧化物与碳氢化物共存于空气中时，经过阳光紫外线照射，就会发生光化学反应，产生一种光化学烟雾，形成一种有毒的二次污染，由其引起的环境问题以及对人体健康的危害有以下几方面。

1.1 NOx对人体的致毒作用

危害较大的是NO2，主要影响呼吸系统，可引起支气管炎和肺气肿等疾病;NO非常容易与动物血液中的色素（Hb）结合，造成血液缺氧而引起中枢神经麻痹，它与血色素的亲和力很强，约为CO的数百倍至1 000倍。

1.2 NOX是酸雨、酸雾的主要污染物

酸雨会破坏森林植被，造成土壤酸化、贫瘠、物种退化、农业减产，还会使水体造成污染，鱼类死亡。

1.3 NOx与碳氢化合物可形成光化学烟雾

这种烟雾使人发生眼睛红肿、喉痛咳嗽和皮肤潮红等症状，严重者造成心肺功能衰竭、死亡。

1.4 NOx参与臭氧层的破坏

氧化亚氮（N2O）在高空同温层中会破坏臭氧层，使较多的紫外线辐射到地面，增加皮肤癌的发病率，还可能影响人的免疫系统。

工业锅炉因为燃烧所排放的氮氧化物（NOx）在环境污染中占有较大的比重。因此，治理工业锅炉氮氧化物（NOx）污染是治理环境污染的有效途径。

2 锅炉脱硝入口NOx排放过高对锅炉的影响

NOx排放过高会导致喷氨量增加，经济效益降低;空预器堵塞加快，严重时锅炉不能满负荷出力，最后被迫停炉;受热面污染加剧，降低了换热效果，影响了锅炉经济性;脱硝装置催化剂中毒，影响脱硝效果，进一步增加了喷氨量，形成恶性循环。

3 四角切圆锅炉炉内CO在线测量

对于四角切圆锅炉，其炉内燃烧分为2个部分。1）从燃烧器喷口出来至炉内旋转火球部分。2）进入炉内旋转火球燃烧部分。从研究与现场试验得出，在燃烧器向火侧，该燃烧器的第一部分燃烧强度与第二部分的燃烧强度是密切相关的，在燃烧不发生偏斜的情况下，该燃烧器向火侧区域烟气中CO含量可以直观地反映燃烧器的燃烧强度，而该燃烧器所在层的4个向火侧区域烟气中CO含量可以直观地反映该层旋转火球的燃烧强度。因此，对燃烧器向火侧区域烟气中CO的含量可以直观地反映炉内燃烧的强度。

在每层或有代表性的数层的四面墙向火侧合适位置的水冷壁鳍片上开孔，安装炉内CO在线监测系统，并将所有监测系统的信号从CO在线监测装置的PLC控制柜接入DCS，在CRT画面中爐膛系统的画面上建立相对应的测点，从而建立炉内燃烧CO值模型。这样，我们对炉内每一层或选定的几层的燃烧强度、炉内旋转火球的燃烧强度以及是否发生火焰偏斜，都有了一个直观的了解，而且在接下来的燃烧优化调整中，也有了调整的依据。

4 某电站300 MW锅炉基于炉内CO在线监测调整实例

该电站锅炉采用自然循环、四角切圆燃烧方式、单炉膛、一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣，全钢架悬吊结构∏型汽包锅炉。锅炉炉膛采用四角布置、切向燃烧、直流式百叶窗水平浓淡燃烧器，在炉内形成双切圆燃烧，假想切圆直径分别为Φ802 mm和Φ974 mm，平均燃烧角3°。

每角燃烧器共布置14层喷口，包括四层一次风喷口、八层二次风喷口（其中三层布置有燃油装置），两层三次风喷口，从上至下为2-3-3-2-1-2-1-2-2-2-1-2-1-2。低氮改造后，又增加了A/B/C/D四层SOFA风。二次风一部风作为燃料风，设在每只煤粉喷嘴两侧，一部分作为顶部燃烬风，经燃烧器顶部的二次风喷嘴送入炉膛;其余作为辅助风，与煤粉喷嘴相间布置，形成均配风。所有二次风都有二次风门调节，由电动执行机构驱动。整个燃烧器高度为8 444 mm。

在煤粉喷嘴设计中，采用了低氮水平浓淡燃烧技术，四层一次风采用百叶窗水平浓淡燃烧器。燃烧器所配制粉系统形式为钢球磨中间储仓制热风送粉系统，每台炉配套4台DTM350/600型磨煤机。

改造前，炉膛出口NOx值为300 MW下766 mg/Nm?，改造后，300 MW负荷下脱硝入口NOx值为580 mg/Nm?。

后该电厂在运行中空预器逐渐出现堵塞，停炉清洗后恢复正常，为了降低喷氨量，电厂将脱硝入口NOx值目标定位500 mg/Nm?，为了达到这一目标，电厂重新进行配风，并将氧量值从3.5下降至2.8，结果NOx值达到了500 mg/Nm?，但飞灰含碳量从3左右上升到6左右，且无论如何调整，都无法在NOx值和飞灰中找到两者都满意的平衡点。

为了解决这一问题，我们在锅炉燃烧器B/D层、SOFAD层上部区域各加装了4套CO在线监测系统。并将测量数据连接到DCS，在操作员站CRT炉膛画面上形成炉内燃烧CO测量模型。我们发现，在300 MW负荷下，NOx值如果保证在580 mg/Nm?左右，各层CO值见表1。

当按照运行人员的习惯调整到300 MW负荷下NOx值为500 mg/Nm?左右时，各层CO值见表2。

从表1我们可以看出，D层燃烧比较激烈，该处有足够的煤粉和空气，虽然二次风门是按照束腰形布置，但并未形成低氮燃烧模式，过剩空气系数偏高，D层NOx生成量较大，是NOx偏高的主要原因。到SOFA层以上区域，燃烧基本已经完成，过剩空气系数已超过1.0，满足设计要求。

从表2 我们可以看出，运行人员由于没有燃烧调整的数据参考，只能按照低氮燃烧原理，尽量降低燃烧器层的，特别是中部区域的配风，但是为了保证氧量，所以将底层和SOFA层风量开大，由此导致燃烧器层中上部燃烧变差，到SOFA风层上部，仍然不能燃尽，由此引起飞灰含碳量急剧上升。

经过分析后，我们确定了按照低氮设计要求的各层过剩空气系数所对应的各层CO参数的范围值，并以此为被调节量对二次风配风与制粉系统进行了重新优化调整，经过多次调试，在满足脱硝入口NOx值为500 mg/Nm?左右的情况下，保证了飞灰含碳量不超过4。

5 结论

锅炉在经过脱硝改造后，由于锅炉各层二次风挡板的特性曲线并不是理想状态，且各层燃烧器出力不同，所处的炉内温度区域不同等原因，运行人员只能根据设计要求，采取束腰形配风，但对于二次风挡板的具体开度、燃烧器出力等并没有一个具体的参数值可供参考，因此在调整脱硝入口NOx值的时候，常常会出现调节没有效果或者调节出了效果，但飛灰含碳量大幅上升的情况。在安装了炉内CO在线监测系统后，运行人员就能根据炉内燃烧区域各层CO数值，按照低氮设计的炉内各区域的过剩空气系数的要求来进行燃烧调整，甚至可以在煤质或设备等偏离设计工况的情况下，灵活地调整各层的过剩空气系数，以达到既能降低脱硝入口NOx值，又能最大限度地减少飞灰含碳量的上升。

参考文献

[1]黄诗坚.NOx的危害及其排放控制[J].电力环境保护，2004（1）：24-25.

[2]袁宏伟，余岳溪，李方勇.600MW四角切圆锅炉深度分级配风低NOx燃烧系统的改造分析[J].发电设备，2017（3）：34-35.

[3]王敦敦，李文军.300MW四角切圆燃烧锅炉低NOx减排改造后燃烧调整[J].湖南电力，2013（6）：58-59.