汪国庆

(芜湖发电有限责任公司，安徽 芜湖 241009)

1 锅炉概况

我厂锅炉是由北京巴布科克·威尔科克斯公司设计和制造的超超临界参数锅炉，是典型的Π型直流锅炉，炉膛的宽度和深度为23192.7×15566.7mm，炉底标高7500mm，炉顶标高70000mm，采用三分仓回转式空气预热器。锅炉采用前后对冲燃烧，分别由6台HP1063中速磨煤机正压直吹式制粉系统供粉。前、后墙各三层布置。每一层布置6只燃烧器，共36只燃烧器。在最上层对冲布置一层NOx喷口，共16只NOx喷口。主燃烧器是DRB-XCL型旋流燃烧器，一次风直流射流，二次风旋流喷射，分内外层二次风，均可通过轴向叶片的角度调整改变其旋流强度。NOx喷口中心风是直流射流，外环装有可调叶片调整旋流强度以增加二次风的混合［1］。

2 锅炉NOx生成原理及控制原则

多年来的理论和实际运行情况表明，煤燃烧过程中，所产生的氮氧化物NOx主要有两种:燃料型NOx和温度型NOx。理论研究表明:随过量空气系数的增加，温度型NOx在过量空气系数1.1达到最大值，而燃料型NOx则随过量空气系数的增加而增加［2］。

燃煤性质也是影响燃料型NOx的生成量主要因素，随煤挥发分、氮含量、煤种水分的增加，NOx生成量增加［2］。

因此综合而言，锅炉降低NOx排放的主要手段:在既定的煤种条件下，首先必然是控制过量空气系数，在入炉总风量确定的基础上，锅炉采用分级燃烧方式，一般认为，对于前后墙对冲锅炉，主燃烧区一般在燃烧器区域，燃烧器区域至NOx喷口二次风喷口为还原区，在NOx喷口二次风喷口以上为燃尽区。在主燃烧区降低氧气浓度，降低燃烧温度水平;在燃尽区再进一步补充氧气，促进在相对低温区煤粉的进一步燃尽［2］。

3 采取降NOx燃烧方式带来的主要问题

3.1 火焰中心上移导致炉膛出口温度升高

随着NOx喷口二次风量的增加，根据我厂锅炉模拟计算的结果:随NOx燃尽风的增加炉内过程沿炉膛高度的温度分布图见图2。实际运行情况显示，锅炉火焰中心逐渐上移。导致炉膛出口温度升高，锅炉屏过、后屏、高过和高再的吸热量增加，出入口温升显著增加，金属壁温升高，在我厂两台锅炉2013年检修检查中，发现在屏过直至高过受热面屏底部均不同程度的形成结焦现象，炉膛出口温度平均上升20℃［3］。

图1 前墙燃烧器布置图

图2 锅炉燃尽风对炉内温度分布影响

3.2 汽温高趋势明显导致减温水显著增加

由于主燃烧区风量只有正常运行的80%左右，整体处于缺氧环境，极易产生壁面结渣现象;同时NOx喷口二次风的增量，也促使火焰上移。这两方面作用，都会直接导致水冷壁吸热不足，而后续屏过、后屏、高过、高再传热温压增大，使得过热器、再热器减温水显著增多，直接降低了机组的热循环效率。我厂2013年过热器减温水量平均72t/h，再热器减温水量平均3.5t/h，均较设计减温水量高。

3.3 锅炉效率下降

低NOx燃烧方式与传统稳燃三高原则“高温、高氧量、高煤粉浓度”的技术方向是相反的，这必然不利于锅炉飞灰可燃物和排烟温度的控制。我厂统计结果表明:排烟温度平均约上升2～3℃，飞灰可燃物上升 0.2%左右［4］。

3.4 还原性区域的存在导致炉内结渣和高温腐蚀

对冲燃烧的低氮燃烧，很多电厂都出现了或多或少的水冷壁侧墙、主燃烧器喷口附近有结渣和高温腐蚀趋势。

3.5 启停制粉系统对锅炉负荷和NOx排放影响

锅炉启停制粉系统时，特别是磨煤机暖磨和吹扫期间，因炉内局部风量的变化，局部燃烧波动，NOx排放量大幅增加，机组负荷波动也在5MW左右，造成锅炉尾部SCR区喷氨量大幅变化。

4 降NOx燃烧方式实践和探讨

4.1 控制锅炉过量空气系数

锅炉入炉总风量控制可以部分消除炉膛火焰中心上移带来的弊端，锅炉高温受热面控制余度增加，同时这也是控制NOx生成量的主要方法，是低NOx燃烧方式的必然首选要求。我厂根据锅炉燃烧优化试验结果，锅炉在75%负荷以上时，一般控制空预器入口氧量在2.8～3.0%，即过量空气系数控制在1.15 ～1.17［4］。

4.2 各层主燃区的合理配风

为了尽量限制火焰的上移趋势，可以始终保持最下层主燃区相对高的氧含量，让上面两、三层主燃区还原能力强一些，形成在固定的NOx喷口二次风比例的情况下，主燃烧器下层相对富氧、中上层相对缺氧的合理还原区分布。以此种方式来配风，形成较为稳定的基本还原区火焰。

这样，就形成了锅炉二次风的调整方案，即锅炉三层主燃烧器采用所谓的“倒宝塔”型配风比例，同时根据锅炉负荷控制NOx喷口二次风量的控制模式，对锅炉的运行相对有利。

4.3 各主燃烧器配风分配

根据各燃烧器出力分配情况，按照喷燃器风煤比大致相同的燃烧基本原则，依据煤量大小分配各个燃烧器二次风用量的大小，保持炉内烟气氧量相对平衡的环境，对尽量保低氮，同时兼顾锅炉稳燃、减少炉内热偏差和限制火焰偏斜、上移大有好处。

这样，就形成了锅炉底层燃烧器尽可能在经济出力附近运行，并尽可能参与较少的机组负荷调节，而中上层燃烧器调节机组负荷，相应的二次风随燃烧器出力变化而自动开环调节的方式。

在此基础上，同层燃烧器两侧墙风量较其他燃烧器增加5～10%，有利于改善两侧墙还原性气氛，减轻结渣现象的发生［4］。

4.4 煤粉细度的控制

在磨煤机和制粉系统允许的前提下，只要制粉出力保证，适当降低煤粉颗粒度，在空气不足的条件下煤粉细度的增加，可使挥发分氮在富燃料区转化为N2而降低了NOx的生成量，对提高煤粉燃尽率、限制煤粉火焰燃尽距离很有好处。

我厂在底层磨煤机安装一台能够自动采样的煤粉取样器，定期取样化验，监控锅炉煤粉细度变化，控制煤粉细度在15%左右。

4.5 制粉系统启停控制

锅炉因负荷需要启停制粉系统过程中，采取小风量暖磨、吹扫的方式，同时调整相应喷燃器二次风量的方式，可在一定程度上减小对炉内燃烧工况的影响，NOx排放量波动可控制在30mg/Nm3。

4.6 控制入磨煤质

我厂采用煤场混煤的方式进行煤种的掺烧，尽可能保证各种煤种掺混后，接近锅炉设计煤种，但同时也造成当两种以上的不同煤质混在一起进入同一个燃烧器时，可能出现煤种着火程度不一的情况，导致主燃区还原不利、部分煤种相对难着火和难燃尽的情况。

根据炉内温度水平参考，分配不同煤种的上下层搭配，考虑到最下层燃烧器附近炉温明显低于中上层，着火引燃条件不佳，因而将着火稳定性好的煤种尽可能置于下层燃烧器;最难燃煤质置于中层;中间性质煤质置于上层。这样的布置有利于稳燃，有利于强化低氮改造后的分区燃烧降氮效果。

4.7 NOx喷口二次风的运用

根据目前的各厂运行所采取的方式来看，NOx喷口二次风在总风量中所占的比例，各厂普遍为15% ～30%之间。

同时随着负荷的升降，炉温会发生变化，必须保证NOx喷口二次风用量随负荷增减而相应增减的基本规律，形成跟踪负荷变化的NOx喷口二次风同向增减的调整方式。

根据我厂实际经验，建议最低稳燃负荷下NOx喷口二次风量不超过10%，75%以上负荷时20～25%。通过低负荷减少NOx喷口二次风用量的做法，保证在低负荷下主燃烧区燃烧器内、外二次风风量风速，保证主燃区的燃烧稳定。限制NOx喷口二次风量、提高下层主燃区氧量，只对中间和上面的两、三层主燃区进行缺氧还原区气氛保证，其还原区空气过剩系数控制在0.9左右，下层主燃区则至少保证1.0～1.1的空气过剩系数，以稳定燃烧和安全运行为重。

5 结束语

我厂两台锅炉自2011年、2012年先后投入商业生产以来，NOx排放量的控制即进入实际运行控制，通过总结3年来的摸索，锅炉各项参数基本正常，平均进入SCR区NOx含量250～280mg/Nm3，加上锅炉尾部SCR区的脱硝系统的协同工作，烟气排放中的NOx含量基本可以控制在70mg/Nm3。

低氮燃烧方式的控制措施仍需要根据锅炉的实际运行情况不断总结和摸索，燃烧器包括NOx喷口旋流强度的调整方式是我们进一步摸索的重点。在此基础上，结合DCS自动控制系统，将各种控制方法不断融合到自动控制系统，可以进一步保证低氮燃烧方式的具体落实。

［1］芜湖发电有限责任公司锅炉说明书［Z］.2010.

［2］岑可法，周昊，池作和.大型电站锅炉安全及优化运行技术［M］.北京:中国电力出版社，2003.

［3］上海发电设备成套设计研究院.芜湖发电有限责任公司锅炉性能研究报告［Z］.2011.

［4］西安热工研究院.芜湖发电有限责任公司锅炉燃烧优化试验报告［Z］.2010.