田文俊，杨　扬，李　炜

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.浙江浙能技术研究院有限公司，浙江杭州310003；3.杭州华电能源工程有限公司，浙江杭州310030）

300MW锅炉低NOx改造后的燃烧调整试验研究

田文俊1，杨扬2，李炜3

（1.华电电力科学研究院，浙江杭州310030；2.浙江浙能技术研究院有限公司，浙江杭州310003；3.杭州华电能源工程有限公司，浙江杭州310030）

某300MW燃煤锅炉低NOx燃烧改造后，对其进行燃烧优化调整试验。通过研究炉膛氧量、OFA风门开度和磨煤机组合方式对省煤器出口NOx排放浓度和锅炉效率的影响，得到较为合理的运行方案：锅炉在300MW负荷运行时，炉膛氧量控制在3.0%左右；OFA风门开度应在90%左右；建议采用BCDE磨煤机组合方式。

300MW燃煤锅炉；燃烧调整；NOx；锅炉效率

0　引言

燃煤会产生大量的污染物，氮氧化物是其中的主要污染物之一。NOx排入大气会形成酸雨，生成光化学烟雾，危害人类健康［1］。国家环保部发布的《火电厂大气污染物排放标准》［2］中规定，燃煤锅炉的NOx排放限值是100 mg/m3。为了达到环保指标，某电厂300MW燃煤锅炉对燃烧系统进行低氮改造，更换原有的燃烧器，同时增加燃尽风喷口。燃烧优化调整试验作为提高锅炉机组运行安全性和经济性的手段之一，对实际的锅炉运行起到了重要的指导作用［3］。本文基于燃烧调整试验，研究炉膛氧量、OFA风门开度和磨煤机组合方式对NOx排放浓度和锅炉效率的影响，得到较为合理的运行方案，以保证改造后的锅炉具有良好的经济性、安全性和较低的NOx排放指标。

1　设备概况

某电厂300MW锅炉型号为B&WB-1025/17.5-M，亚临界，单炉膛，一次中间再热，采用前后墙对冲燃烧方式，平衡通风，露天布置，全钢架悬吊结构，固态排渣∏型炉。锅炉设计煤种为淮南烟煤，校核煤种为大同优混煤。锅炉BMCR蒸发量1025t/h，额定蒸汽压力17.5MPa，额定蒸汽温度541℃，再热蒸汽温度541℃，额定工况下锅炉效率为93.244%。锅炉配5台MPS-ZGM95N型磨煤机，共有20只DRB-XCL型双调风旋流燃烧器。

为了降低NOx排放浓度，电厂于2013年10～12月份A修期间对燃烧系统进行低氮改造。改造更换原有20只双调风燃烧器，采用DRB-4ZTM（A/B层）和AIREJETTM（C/D/E层）新型低NOx旋流燃烧器，在前后墙燃烧器上方各增加4个燃尽风（OFA）喷口，以实现分级燃烧。改造后的前后墙燃烧器布置如图1和图2所示。

图1　前墙燃烧器布置示意图

图2　后墙燃烧器布置示意图

2　燃烧调整试验结果及分析

锅炉低氮改造后，需要对燃烧系统进行优化调整。本次燃烧调整试验选取电厂的常用煤种优混煤作为研究对象，研究炉膛氧量、OFA风门开度和磨煤机组合方式对锅炉省煤器出口的NOx排放浓度、锅炉效率和飞灰含碳量的影响。

2.1炉膛氧量的影响

试验在机组负荷300MW时，投运电厂常用的磨煤机组合方式ABCD四台磨，维持其他参数不变，调整省煤器出口氧量分别为2.0%、2.5%、3.0%和3.5%，炉膛氧量变化对省煤器出口NOx排放浓度（折算到6%O2）的影响如图3所示。随着氧量的增加，NOx浓度逐渐增大，氧量2.0%时，NOx浓度只有249.5mg/m3，当氧量增大到3.5%时，NOx达到288 mg/m3，可见氧量对NOx浓度影响较明显，这是由于氧量增加促进了燃料型NOx的生成［4］。

炉膛氧量对锅炉效率和飞灰含碳量的影响如图4所示。图中飞灰含碳量随着氧量的增大总体上呈下降趋势，特别是当氧量在2.0%～2.5%区间，下降趋势较明显，氧量为2.0%时，飞灰含碳量为4.02%，当氧量增大到2.5%时，飞灰含碳量降低到2.89%。锅炉效率随着氧量的增加先增大后减小，在氧量为3.0%时达到最大值。其原因可能是氧量增加促进未燃尽碳的燃烧，降低了不完全燃烧热损失，从而提高了锅炉效率；但是氧量的进一步增加又会增加排烟损失，导致锅炉效率降低，在3.0%氧量时达到最大值。实际运行中，为了满足环保要求，炉侧应控制NOx排放浓度小于300mg/m3。在环保达标的前提下，锅炉效率增加可以提高整个电厂的经济性，因而建议锅炉在300MW负荷运行时，氧量控制在3.0%左右。

2.2OFA风门开度的影响

空气分级燃烧技术是目前降低炉内NOx生成浓度的有效措施之一，而燃尽风占总风量的份额影响空气分级的效果［5］。燃尽风份额大，可以有效降低NOx的生成浓度［6］。试验在300MW负荷下，投运ABCD四台磨，维持炉膛氧量3.0%，通过调整OFA风门开度分别为30%、60%和90%，研究OFA风门开度改变对锅炉省煤器出口NOx排放浓度、飞灰含碳量和锅炉效率的影响，影响结果如图5和图6所示。

图3　300MW负荷下氧量调整对NOx浓度的影响

图4　300MW负荷下氧量调整对锅炉效率和飞灰含碳量的影响

图5　燃尽风风门开度对NOx浓度的影响

图6　燃尽风风门开度对锅炉效率和飞灰含碳量的影响

图5表明，随着OFA风门开度的增加，NOx浓度逐渐下降，OFA风门开度从30%增加到90%，锅炉NOx排放浓度降低了85mg/m3，说明OFA风门开度的大小对NOx有较显著的影响。从图6可知，OFA风门开度增加，飞灰含碳量呈上升趋势，这是由于在总风量不变的前提下，增大燃尽风量会使炉膛下部的燃烧器区域缺氧而导致燃烧不充分［7］，因而锅炉效率有所降低，OFA风门开度从30%增加到90%，锅炉效率下降了0.6%。虽然增加OFA风门开度会使锅炉效率略有所降低，但为了满足环保要求，建议OFA风开度为90%。

2.3磨煤机组合方式的影响

试验在300MW负荷、氧量3.0%、OFA风门开度为90%时调整磨煤机组合方式分别为ABCD、ABDE和BCDE，通过调整磨煤机组合方式改变燃烧器投运组合，从而改变煤粉喷入炉膛的位置，每台磨对应的燃烧器层如图1和图2所示。

图7　磨煤机组合方式对NOx浓度的影响

图8　磨煤机组合方式对锅炉效率和飞灰含碳量的影响

图7为磨煤机组合方式对锅炉NOx排放浓度的影响，从图中可以看出，投运ABDE四台磨时的NOx排放浓度最低，由于ABDE四台磨对应最下面四层燃烧器，相当于增加了燃尽风与燃烧器之间的距离，煤粉在炉膛内要经历较长一段距离的欠氧区域，因而降低了NOx的生成［8］。图8为磨煤机组合方式对锅炉效率和飞灰含碳量的影响，从图中可知，投运BCDE四台磨时的锅炉效率最高，而投运ABDE四台磨时的锅炉效率最低，这是由于欠氧燃烧区域增加造成的煤粉燃烧不完全，导致飞灰含碳量增大，从而降低了锅炉效率。在满足环保要求的前提下，主要考虑锅炉效率，BCDE对应的锅炉效率最高，同时NOx排放浓度较低，因而建议运行中采用BCDE磨的运行方式。

3　结语

通过对低氮改造后的锅炉进行燃烧优化调整试验，得到较合理的运行方式，使锅炉省煤器NOx排放浓度、飞灰含碳量、锅炉效率等参数均在较理想的范围内，具体结果如下：

（1）选取2.0%、2.5%、3.0%和3.5%四个炉膛氧量作为研究，结果表明随着炉膛氧量的增加，NOx浓度逐渐增大，锅炉效率随着氧量的增加先增大后减小，在氧量为3.0%时达到最大值。建议锅炉在300MW负荷运行时，氧量控制在3.0%左右。

（2）调整OFA风门开度分别为30%、60%和90%，随着OFA风门开度的增加，NOx浓度下降较明显，锅炉效率略有所降低。为了满足环保要求，建议OFA风开度为90%。

（3）改变磨煤机组合方式分别为ABCD、ABDE和BCDE，研究磨组变化对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。结果表明投运BCDE四台磨时的锅炉效率最高，同时NOx排放浓度较低，综合考虑，建议采用BCDE磨的运行方式。

［1］黄诗坚.NOx的危害及其排放控制［J］.电力环境保护，2004，20（1）：24，25.

［2］GB 13223-2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［3］孙云.300MW燃煤锅炉优化燃烧调整试验研究［J］.电站系统工程，2012，28（3）：38～40.

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［6］高正阳，崔伟春，杨毅栎，等.燃尽风率变化对电站锅炉NOx排放特性影响的数值模拟［J］.华北电力大学学报，2009，36（1）：64～68.

［7］肖海平，张千，王磊，等.燃烧调整对NOx排放及锅炉效率的影响［J］.中国电机工程学报，2011，31（8）：1～6.

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Experimental Study on Combustion Adjustment of a 300MW Boiler after Low-NOx Retrofit

TIAN Wen-jun1，YANG Yang2，LI Wei3
（1.Huadian Electric Power Research Institute，Hangzhou 310030，China；2.Zhejiang Energy Group Research and Development Co.，Ltd，Hangzhou 310003，China；3.Hangzhou Huadian Energy Engineering Co.，Ltd，Hangzhou 310030，China）

The combustion optimization adjustment experiments were performed on a 300MW coal-fired boiler after low-NOx combustion retrofit.By studying on the effects of furnace oxygen amount，OFA damper opening degree and mill combination on NOx emissions of economizer outlet and boiler efficiency，the reasonable running modes are found：furnace oxygen amount should be controlled in about 3.0%when the boiler load is 300MW；OFA throttle opening degree is preferably in about 90%；BCDE mill combination mode is suggested.

300MW coal-fired boiler；combustion adjustment；NOx；boiler efficiency

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.006

TK227

B

2095-3429（2015）04-0021-04

2015-07-10

修回日期：2015-08-13

田文俊（1988-），男，山东人，本科，助理工程师，从事火电厂汽轮机及热力系统工作；

杨扬（1988-），女，山西大同人，研究生，助理工程师，从事锅炉燃烧调整工作；

李炜（1988-），男，河南人，本科，助理工程师，从事火电厂汽轮机及热力系统工作。