（中石油克拉玛依石化分公司，新疆 克拉玛依 834003）

130t/h中压煤粉炉低氮燃烧器改造

赵永黎 任恒昌 朱焱松

（中石油克拉玛依石化分公司，新疆 克拉玛依 834003）

为降低烟气中NOx排放值，对两台130t/h中压煤粉锅炉低氮燃烧器设计、安装、调试过程进行技术总结，评价改造效果，积累经验。

低氮燃烧；安装；调试；设计

一、概况

克拉玛依石化公司热电厂两台CG-130/3.82-M16型煤粉锅炉的烟气NOx平均排放值为700～800mg/m3，环保不达标，为此进行了低氮燃烧器和增设SCR反应器改造。

二、低氮燃烧器设计

1.低氮燃烧原理

（1）燃烧器出口燃料分级。在煤粉管道上安装煤粉分离设备，使一次风在水平方向上分为浓淡两股气流，其中一股为高煤粉浓度气流，含大部分煤粉；另一股为低浓度煤粉。浓煤粉气流在向火侧，有利于着火和稳燃；低煤粉在背火侧喷入炉内，在水冷壁附近形成氧化性气氛，有利于防止结渣。两股一次风煤粉气流各自偏离化学当量比，可以降低NOx的生成。

（2）炉内空气分级燃烧。

①轴向空气分级燃烧（SOFA）。将燃烧所需的空气分两部分送入炉膛：一部分为主二次风，约占总二次风量的80%左右，从燃烧器区域送入炉膛；另一部分为燃尽风（SOFA），约占总二次风量的20%左右，从燃烧器上部送入炉膛。因此，炉膛内的燃烧分成3个区域，即热解区、贫氧区和富氧区。燃烧器区域在贫氧区，可以抑制NOx的生成，炉膛上部燃尽风送入炉膛时，已经避开了高温火焰区，对未燃尽产物起到完全燃烧的作用。燃尽风喷口与主燃烧器间轴线距离H对NOx的降低有很大的作用，H的推荐值为：H=1.5（Vdaf/10）0.5。

②径向空气分级燃烧。径向空气分级燃烧是部分二次风在水平方向上进行分级，一次风煤粉气流被偏转的二次风气流裹在炉膛中央，形成富燃料区，而在燃烧区域及上部四周水冷壁附近形成富空气区。采用一二次风大小切圆布置，在炉膛内形成“风包粉”的燃烧环境，避免燃烧火焰冲刷水冷壁导致的结焦、结渣等情况，同时“风包粉”在炉膛水平截面上形成局部（富燃料区）缺氧，在开始燃烧阶段推迟了空气和煤粉的混合，使NOx生成量减少。

2.设计原则

（1）低氮燃烧建模。低氮燃烧建模技术是先进的燃料流测试技术，LNB/OFA的诀窍在如何把合理的风量送到最佳的燃烧位置。采用建模技术可以模拟整个燃烧状况，从而计算出各种设计所需的数据。

（2）根据煤种合理选择设计的初始浓度。从统计数据分析，煤种的含氮量越高，烟气的NOx排放浓度越高。当氮含量在1%～1.5%时，烟气的NOx排放浓度在500～1 000mg/m3；当氮含量在1.5%～2.5%时，烟气的NOx排放浓度在1 000～1 500mg/m3。本次设计依据的煤质参数如表1所示。

表1 设计煤种成分及热值

（3）选择合适的过剩空气量可以控制飞灰含量和NOx排放浓度。

过剩空气量越大，NOx转化率提高，当过剩空气量达到1.4时，NOx转化率可以达到60%。因此，从减少NOx排放角度分析，过剩空气量越小越好。但过剩空气量＜1.1时，飞灰含碳量达到5%，造成锅炉热效率下降。所以，过剩空气量在1.1～1.3之间比较合理。

（4）选择合适的一次风率。一次风主要有两个作用：输送煤粉和满足煤粉挥发分的燃烧。一次风率越高，挥发分燃烧迅速，NOx排放浓度越高。当一次风率达到34%时，NOx排放浓度达到420uL/L。挥发分燃烧越迅速，挥发分停留时间越短，NOx排放浓度越高，不利于抑制NOx排放。因此，在保证安全输送煤粉的情况下，控制一次风量，可以降低NOx排放浓。同时，由于一次风量少，煤中的挥发分燃烧后延，有利于控制NOx排放浓度。对于固定煤种，当挥发分越高，NOx转化率越高，NOx排放浓度也越高。

3.喷口设计布置

本次改造维持原燃烧切圆不变，一、二次风、燃气标高不变；考虑到施工吊装空间限制，主燃烧器改造设计中，将主燃烧器分两段出厂。主燃烧器上部增加一组燃尽风装置，包括两层喷口。改造后主燃烧区喷口布置形式从下至上为：

（1）燃气喷口1。

（2）下二次风。

（3）下层煤喷口。

（4）中下二次风。

（5）燃气喷口2。

（6）中上二次风（带偏置）。

（7）上层煤喷口。

（8）上二次风。

一次风采用百叶窗水平浓淡分离燃烧，带有齿型钝体,起稳燃作用。主燃烧器区二次风喷口面积根据低氮燃烧需求配风，各层喷口相应缩小，保证出口的二次风风速，维持炉内动力场。上一次风下部二次风采用部分偏置喷口，将一部分风量从主流方向分离出来偏向水冷壁，用于改善水冷壁附近气氛，防止燃烧器区域水冷壁结渣，保护水冷壁。

在主燃烧器上部布置了两层燃尽风，燃尽风布置在15.7m和16m标高。两层燃尽风共8只喷口，燃尽风喷口在锅炉四角水冷壁让管。每层均等配风，燃尽风量占总空气量约为24%，燃尽风喷口风速约47m/s。喷口装配有摆动机构，可以实现上下20o的摆动。上下摆动为现场手动调节,通过燃尽风的补充，增强炉内气流扰动，促进未燃尽碳的燃烧。上、下燃尽风喷口按相反切圆布置，调整炉内气流旋转方向，调节炉膛出口烟温偏差。

三、安装

1.燃烧切圆的找正

在炉内找正切圆的方法较多，有文献也介绍过在炉外利用自制量角度仪器对燃烧器喷口角度定位，进而确定炉内切圆的方法。燃烧器安装的基本步骤包括：四角密封罩壳安装，燃烧器与罩壳初定位、切圆找正、燃烧器与罩壳固定焊接。本项目采取对炉膛尺寸原始标定、经对原始切圆复核并确定误差很小后保留原密封罩壳，割去原燃烧器。新燃烧器上下两片组装验收端面、中心误差合格，用水平管四角燃烧器中心线标高找正。炉膛中心搭切圆平台，以下二次风喷口为基准，喷口入口段中心、喷口中心、切圆切点三点一线，利用拉杆来调整喷口左右位移，调整完毕，对罩壳与燃烧器之间进行顺序对称断焊固定，然后小电流满焊，尽量减少热变形带来的尺寸偏差（图1、2）。

图1 切圆找正示意图

图2 切圆平台及切点确定

冷态试验前对燃烧器安装角度进行了测量，误差很小，说明方法可行。

表2 不同负荷效能参数

2.SOFA风的安装

SOFA风的安装包括四角水冷壁割除起始点的标定，燃尽风门中心点的水平找正，水冷壁管的割除和让管管箱的安装，风门的安装及调试等。安装的质量关键控制点在于水冷壁的割除和焊接质量的掌握。

四、调试

燃烧器调试包括安装检查、冷态动力场试验两大部分。首先是相关测风装置标定，冷态一次风调平、小风门挡板特性试验。配风在计算配风下进行，采用均等配风方式。为了观察燃烬风大小、开关对炉内气流的影响，采用在机组额定负荷时的风机电流、风门控制参数，模拟实际运行条件时的炉内空气动力状况。然后在炉内断面上拉“十”字线，在十”字线上按250mm长度分点。采用叶轮式风速仪逐点测量速度值，作速度场图。

最后利用飘带法观测炉内气流轨迹、切圆大小，判断有无气流贴壁和对冲现象。用长飘带法观察射流有否飞边和冲墙现象。

热态调试包括热态一次风门调平、带负荷调试包括煤粉细度取样分析、运行氧量及排烟温度标定，通过锅炉配风方式的调整，寻找运行氧量、风门开度组合以及不同的运行方式对锅炉效率和NOx排放浓度的变化规律。

五、效果评价

1.降氮效果

降氮效果见表2。

2.运行情况

各工况下均无减温水投用，蒸汽温度偏低，目前燃尽风摆角是向上摆动最大值20°，温度恢复正常。投用燃尽风后未出现受热面壁温超温、炉内结焦、结渣的现象。低负荷时炉膛出口的烟气温度偏差超过50℃，高负荷时炉膛出口现两侧烟气偏差小于50℃。

六、存在问题

1.设计安装

（1）燃尽风与吹灰器同一标高会有气流干扰，应当在满足条件下错开布置或改变吹灰器的位置。

（2）燃气喷口管箱设计尺寸偏小，未考虑原火检安装位置，布置困难；二次风小风门内部无挡块，转轴也无开度方向，造成开关方向混乱。

（3）四角让管水冷壁切割水平差，割伤周围管壁，达7处，事后采取补焊不规范。

2.运行调试

（1）一次风风管内的下粉量不均匀，究其原因：一是煤粉仓下粉有堵粉的现象；二是风粉混合器有返粉的可能，因给粉不均匀，造成氧量变化较大。当氧量变化时，NOx也随之变化，高低差达100mg/m3左右，SCR反应器投用后，较难控制反应器出口的NOx稳定性，且会增加氨的逃逸，造成低温空预器堵灰和腐蚀。粉仓内加装不锈钢或高分子材料的内衬，检查各下粉管处压力，凡出现微正压粉管的均应更换为全负压式风粉混合器。

（2）部分用于检查监测的表计数值误差较大，重要表计需定期进行校验，如氧量表、NOx表等，确保数据的准确性。

（3）在燃气投用时，应投同层4个角的气火嘴，以避免投用2个气火嘴时单只气火嘴过热损坏及热负荷过高产生结焦。

七、结语

通过低氮燃烧器的改造，锅炉氮氧化物排放由平均700～800mg/m3，下降到400mg/m3以下，实现了减排目标。灰、渣含碳量达到设计要求，锅炉热效率没有降低，燃烧状况良好，达到了预期效果。

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