朱建兵

摘 要：传统6000MW大型机组锅炉在整体运行过程中污染物排放量较大，且在发电设备体系中所占比重较大，特别是其锅炉NOx排放指标往往无法达到新环保标准要求，必须予以改造。本文就结合内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司的600MW机组锅炉展开分析，探究它在利用低氮燃烧技术改造前后的性能变化影响，并提出具体的机组锅炉低氮燃烧技术改造方案。

关键词：600MW大型机组锅炉 低氮燃烧技术 改造 性能影响分析

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-02

目前我国对于发电企业的NOx排放要求有所提高，而发电企业方面则倾向于针对NOx的“先减后脱”排放控制对策。内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司的600MW机组锅炉改造就运用到了该技术方案，通过更换低氮燃烧器、增设OFA風喷口实现对整个锅炉机组系统的技术改造优化，然后对改造后的锅炉性能作出最终评估。

一、大唐国际托克托600MW机组锅炉的基本概况

1.基本概况

内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司拥有600MW亚临界直接空冷燃煤机设备，它属于亚临界、一次中间再热和控制循环汽包炉类型，其中拥有单炉膛，可实现固态排查、平衡通风等等功能。整个锅炉采用全钢架悬吊结构，锅炉中拥有正压直吹式制粉系统。另外燃烧系统采用一次风对冲和二次风同心正反切方式设计，且一、二次风呈现间隔排列状态。

2.改造前的600MW机组锅炉基本运行状况

由于采用了传统的设计，所以该600MW机组锅炉的基本运行状况、煤质参数、锅炉热效率以及烟气生成物等等基本性能表现不佳。特别是机组锅炉的A、B机组磨煤机出口存在一次风速偏高且风速不均衡的现实问题，在排烟温度、燃煤飞灰可燃物质量方面也表现出较大均值（最高可达到648.29mg/m?），排放值较高。由于该厂锅炉长期维持习惯性运行方式，锅炉燃烧器区域的高温受热面已经存在不同程度的结焦现象，整体来讲难以控制锅炉气温，一次风速偏大导致锅炉在煤灰细度筛选方面难以做到均匀，锅炉燃烧也会产生大量浓度较高的NOx。所以基于上述要点一定要尝试针对该600MW锅炉机组进行低氮燃烧技术改造[1]。

二、大唐国际托克托600MW机组锅炉的低氮燃烧技术改造方案提出

1.改造思路

首先要分析600MW机组锅炉的低氮燃烧技术改造原理，由于煤炭在燃烧过程中会参与到包括快速型、热力型和燃料型在内的3种生产机理当中，所以它所燃烧的热力型NOx与燃烧温度、空气中的O2体积分数应该存在直接关系。如果采用快速性NOx则其燃烧与煤中的N质量分数包括煤的物化具有直接关系，特别是二者在燃烧过程中关系紧密，此时NOx总量会达到最高水平（最高80%）。因此针对机组锅炉的改造还要结合多个方面着手思考解决问题。

2.局部改造方案

在改造方案中主要针对大唐国际托克托600MW机组锅炉的3个方面进行改造。

2.1对燃烧器的改造

首先要改造燃烧器，保证改造后的燃烧器拥有更快的挥发速度与更大的析出量，保证煤灰快速着火，达到一种迅速但稳燃的效果，全面提高其燃烧效率，优化配风，提高煤炭利用率，真正实现低氧燃烧。

其次，考虑到机组锅炉燃烧初期耗氧迅速且煤粉在缺氧环境中燃尽时间会被延长，导致飞灰含碳量降低，所以改造燃烧器以便于降低燃料型NOx的额外损耗。

总体来讲，就是改造燃烧器相对孱弱的NOx排放能力，全面提高它的着火速度与高燃烧效率，并做到燃烧器在低负荷稳燃能力方面的有效加强。

涉及到最终的燃烧器改造方案，这里采用了国外进口的超低NOx双调风旋流燃烧器取代原有的30只传统DRB-4Z燃烧器。再者，为了有效降低燃烧器的节约启动过程与低负荷稳燃燃油量，避免燃烧器中心筒与等离子燃烧器的位置冲突问题，专门在机组前墙位置保留了最下层的6只等离子点火燃烧器。

2.2对OFA喷口的改造

更换燃烧器之后，也要相应更换OFA喷口。该厂600MW机组锅炉原来所采用的是OFA双风区喷口设计，现在取消原有标高位置的OFA喷口，重新设计标高更高的OFA喷口（39800mm位置，相比原有OFA喷口提高3000mm）位置，合理利用OFA喷口利用空气分级燃烧的基本原理，在主燃烧区形成专门的贫氧还原区域，有效减少锅炉机组运行中所产生的大量NOx，提高新OFA喷口的分级送风程度，确保煤粉被完全分级燃烧，最大限度降低NOx的排放量。

2.3对风箱、风道的改造

新改造的OFA及燃烧器风箱风道不变，但考虑到OFA喷口标高已经被抬高，所以需要有效扩展原OFA风箱位置，为OFA喷口提供充足风量。在OFA风量变大以后，还要对OFA风箱、风道的延程阻力进行有效增大，保证二次风能够从OFA风道中全部进入到新改造后的OFA新风口中。为此在改造中还要继续加大OFA风道截面，为原有旧风道新增旁路风道，并在旁路风道位置设置手动挡板结构，实现对OFA风道风量的有效调节。

除上述3点外，该600MW机组锅炉还对壁温热电偶、部分水冷壁、钢架平台、电气控制部分及某些油枪、OFA分风道调节挡板以及风量测试装置进行了局部改造[2]。

整体改造方案如下：

最后结合该电厂的空气分级燃烧与过量空气燃烧技术内容，对600MW机组锅炉进行燃烧分级与空气分级技术优化，分别对其垂直空间的分区分段进行不同区域改造，争取做到改造后设备生产的降氮目标。

根据电厂600MW机组锅炉的实际情况，首先发挥新改造燃烧器的作用，将它与直流煤粉燃烧器相互组合，形成组合型垂直浓N低NOx直流煤粉燃烧设置，满足“淡淡——浓浓——淡淡”的相对布置优化，做到两层相邻主燃烧器的浓相与浓相相对、淡相与淡相相对，如图1。

图1 600MW机组锅炉燃烧系统改造后的布置示意图

如图1，相邻两层的燃烧系统结语一次风与二次风之间，需要进行适当的偏转处理，保证燃烧系统在水平方向能够达成分级配风目标效果。同时在距离最上层的燃烧器位置设置高度在9.200m左右的OFA风喷口，保证风喷口每组4层，形成大范围的OFA风切圆，同时预置水平偏角设计，以满足对原有二次风喷口的有效替换。

三、大唐国际托克托600MW机组锅炉的低氮燃烧技术改造后评价

在实现低氮燃烧技术改造后，大唐国际托克托原有600MW机组锅炉的燃烧器、OFA风喷口以及风箱风道等等都已被更换，从整体来看实现了对锅炉整体结构的改变，对二次风道的改造幅度也非常之大。客观讲这些改造对锅炉炉内的空气动力厂以及燃烧状态都产生了极大影响，特别是对机组锅炉的整体生产效率影响最大，因此需要对低氮燃烧技术改造后的锅炉性能进行综合评价分析，如表1。

在经过低氮燃烧技术改造后，大唐国际托克托的600MW机组锅炉在基本性能上有所提升，对该锅炉进行连续运行状况检查，发现首先锅炉在满负荷状态下所排放出的NOx质量浓度始终保持在280mg/m?以下，其中CO体积分数则在100x10-6以内，锅炉整体运行效率在93.0%以上。机组锅炉的最低不投油稳燃负荷也可达到46%ECR以上。

再一点，改造后的机组锅炉可完全适应全负荷变工况运行，且可保证锅炉处理不会被降低。在过热蒸汽设计温度方面相比于改造前的机组锅炉变化幅度在±5℃以内。通过该改造方案，机组锅炉燃料中的的N元素也被有效燃烧挥发，这得益于新的低氮燃烧器技术与OFA风喷口，它们能够共同维持在一定化学燃烧系数背景下NOx燃烧生产量的本质性降低，对锅炉的结焦与超温问题也有所改善[3]。

整体来讲，整个改造方案要采用同相相邻布置的濃淡分离低氮燃烧器，保证600MW机组锅炉始终具有良好的着火稳燃性能，同时满足分级燃烧条件，可间接减少NOx的生产量，对维持燃烧区域内的热负荷均匀状态也很有帮助。

再看燃烧区，由于改造配置了周界风水冷壁，其壁侧的一次性风气流煤粉质量浓度会有所降低，此时O2的体积分数会相应增大，这就可有效弱化机组锅炉的结焦问题发生倾向，对防止锅炉内部结焦有一定好处。

最后看OFA喷口标高的重新改造设计，它选取了风率在20%～25%的OFA风喷口，将风从喷口直接送入炉膛，可满足分级燃烧条件，对主燃烧区维持较低的过剩空气系数，形成理想的弱还原性气氛有辅助作用。而在降低了燃烧型NOx生产量的同时，OFA风喷口也会在机组锅炉燃烧区上部四周周围水冷壁上形成富空气区域，避免炉内出现结渣问题且出现高温腐蚀状况[4]。

综上所述，通过对大唐国际托克托公司的600MW机组锅炉进行低氮燃烧技术改造后发现它的基本性能评价结果有所优化，改造后的锅炉结焦超温问题都被有效遏制，同时改造后的各项锅炉指标均表现优秀。

参考文献

[1]于英利，刘永江，高正平， 等.600MW机组锅炉低氮燃烧技术改造与性能评价[J].内蒙古电力技术，2013（5）：11-15.

[2]高鹏，高明，张建文， 等.600 MW机组锅炉低氮燃烧器改造试验研究[J].热力发电，2013（4）：43-46，69.

[3]李超.600MW机组锅炉低氮燃烧改造[J].城市建设理论研究（电子版），2016（9）：2530-2530.

[4]刘义，孙皓，张广才.600 MW机组锅炉低氮燃烧器运行特性分析[J].广西电力，2016（1）：42-45.