低氮燃燒器改造及其存在問題處理分析
作者:萬麗娟時間:2015-12-12 13:38:45 來源:www.vortexsignal.com 閱讀次數:1170次 ]
【文章摘要】
本文以我國某地的電廠機組鍋爐燃燒器為例，首先分析了低氮燃燒器的改造方案，繼而就其中所存在的問題進行探討，旨在降低有害物質的排放量，提高低氮燃燒器的燃燒效率，改善爐底漏風、汽溫低等問題，以供參考指正。
【關鍵詞】
低氮燃燒器；改造；排放量；再熱汽溫
該電廠的機組鍋爐低氮燃燒器配置有SCR 脫硝裝置，年均液氨消耗量將近680 萬，包括催化劑更換費用在內的維護費用更是高達730 萬元，并且該低氮燃燒器不具備滿足第三時段排放標準的條件。因此，該電廠對其進行改造，經過改造后， 爐膛出口的NOx 值達標，然而其運行參數也發生了相應的變化，影響到汽溫、再熱汽溫等。
1 電廠鍋爐概況低氮燃燒器概況分析
該電廠的機組鍋爐屬于自然循環汽包爐的范疇，具備一次中間再熱的功能， 其基本構造為直流燃燒器、全鋼架懸吊結構、四角切圓燃燒器。其制粉系統為正壓冷一次風直吹式系統，各臺鍋爐均配備五臺中速磨煤機，一臺處于備用狀態。鍋爐的主要設計參數為：最大連續蒸發量為1105t•h-1 ；額定蒸汽溫度為540℃ ； 額定蒸汽壓力為18.0Mpa ；給水溫度為275℃ ；進/ 出口溫度為335/530℃。低溫過熱器、旁路過熱器、末級過熱器等共同組成鍋爐過熱器系統，末級過熱器的入口位置設有Ｉ級減溫器，以調整爐膛輻射受熱面的吸熱量，加裝噴水減溫器，防止因溫度過高而出現生產事故。
2 改造方案
在充分調研與論證的基礎上，采用雙尺度低NOx 燃燒技術改造鍋爐低氮燃燒器，優化調試鍋爐。具體的改造方案為： ①將現有的燃燒器組件全部更換，重新布置燃燒器，調整原先的切圓直徑，1 號與3 號角切圓擴大到1183mm，2 號與4 號角切圓則維持原狀。②將原先的SOFA 燃盡風全部拆除，選定主燃燒器的上方位置設置3 層分離SOFA 噴口，同時將原先的SOFA 燃盡風組件全部更換。③選用上下濃淡之間自帶穩燃鈍體的燃燒器作為一次風噴口。④廢除小部分空氣風室，選用二次風室新型結構，以減小空氣風室面積。⑤在原基礎上增設緊湊燃盡風室，加裝貼壁風于其左右兩側。⑥引進節點功能區新型技術，選定一次風噴口位置加裝貼壁風。
促使一次風、下端部風保持逆時針旋轉狀態，二次風與SOFA 燃盡風則保持順時針旋轉狀態，一次風與二次風保持6.5°角偏置，以順時針反方向切入，構造空氣分級（橫向）。重新進行風量分配，擴大主燃燒器區一次風噴口與二次風噴口的面積，以契合入爐煤種的燃燒特征，降低主燃燒器區的風量，尤其是二次風量， 構造空氣分級（縱向），保證燃燒器具備上下擺動的功能。增加高位燃盡風量，以降低其對爐膛出口煙溫的影響，調整爐膛出口溫度，實現低NOx 排放的改造目的。經改造，NOx 的排放量可控制在180mg/m³ 左右，CO 的排放濃度則控制在110μL/L 左右，液氨費用得以降低。
3 存在的問題與解決措施
經過改造之后，鍋爐的受熱面、半輻射、再熱器輻射、吸熱量比例等均發生了較大的變化，導致各負荷階段機組的再熱汽溫急劇降低，下降幅度約為12℃— 15℃。針對機組升降負荷而言，其下降溫度＞ 35℃ /min 的現象屢有發生，嚴重威脅汽輪機的安全，縮短其使用壽命。在深入分析低氮燃燒器原理的基礎上，筆者認為其所存在的問題主要在于如下幾個方面：①在負荷波動的狀態下，SOFA 的調整速率較慢，嚴重影響爐膛的煙溫。②一次風率過高，二次風的調整作用有待強化。③低氮燃燒器的二次燃燒區域溫度不夠。針對低氮燃燒器所存在的問題，需要采取具有針對性的解決措施，具體如下：
3.1 調整二次風配比
參照雙尺度的燃燒特性，應當在燃盡區內設置一個熱負荷中心，以避免對輻射受熱面的吸熱效果造成不利的影響。在燃燒區富氧燃燒的情況下，二次燃燒區域的熱負荷會快速下降，制約著輻射受熱面的熱量吸收。鑒于此，可對二次風配比進行合理的調整，降低主燃燒區域的二次助燃風與周界風，保證燃燒區氧含量充足，繼而提高二次燃燒區熱負荷。伴隨下層二次風量的逐漸下降，鍋爐壓力卻會上升，所以在調整的過程當中，需要注意二次風量的客觀局限性。
3.2 降低一次風率
鑒于該燃燒器的制粉系統管道比較長，并且管道的阻力也比較大，基于確保帶粉性能的重要目的，所以一次風的風量一般都比較大。一般而言，一次風煤比的合理比例為2.4—2.6 之間。為了調整主燃燒區域的氧含量，就必須要降低一次風率。首先，調整磨煤機液壓的加載系統以及出口分離器擋板，隨后根據實際情況把一次風率降低到2.0—2.1 之間。假設其余的邊界條件維持恒定不變，那么降低一次風率的效果是非常顯著的，能夠在原先的基礎上將再熱汽溫提升3℃—4℃。
3.3 調整燃盡風
一般情況下，在爐底出現漏風問題的前提下，低氮燃燒器的火焰中心會明顯提升，導致爐膛出口溫度過高，繼而引起減溫水量增加。然而，經過改造之后，爐底漏風可對主燃燒區氧量實現有效的補充，起到了降低再燃燒區燃燒份額的作用，但是也帶來了受熱面吸熱不足與再熱汽溫過低的問題。因此，需要對燃盡風進行適當的調整，減少漏風量，重新調整氧量，并且對燃盡風進行調整，原則上不會對再熱汽溫造成任何影響。鑒于該電廠的機組鍋爐低氮燃燒器依舊以干排渣系統為主，在維持冷渣風量恒定的基礎下，將所存在的漏點實現封堵，將干排渣機調整風門關閉， 可起到降低爐底漏風率的作用。經過對燃盡風進行適當的調整，再熱汽溫也會隨之升高，最高可升至540℃左右，再熱汽溫的控制可通過SOFA 的擺動加以實現。
在改造低氮燃燒器之前，其再熱系統僅配備一級減溫水，位于墻式再熱器入口的位置，并且無中間點溫度測點，導致出現了汽溫容易波動、減溫水響應時間過長等一系列的問題，再加上減溫水閥門線性非常差，不便于進行再熱汽溫的調節操作。因此，可在計算出處開度、流量、曲線的基礎上，優化燃燒配風并治理爐底漏風，確保再熱汽溫達標，在調整的過程當中，可令SOFA 擺角以及燃燒器參與其中， 避免負荷變化對汽溫造成過大的影響。
4 結語
綜上所述，針對低氮燃燒器的現狀對其進行改造，可切實提高低氮燃燒器的使用性能，保證再熱汽溫滿足相關的使用要求。然而，無論是調整之前，抑或是調整之后，低氮燃燒器所存在的問題依舊不能忽視，需要從調整二次風配比、降低一次風率、調整燃盡風等方面出發，合理調整，科學改造，對相關的技術難點問題繼續加以明確。
【參考文獻】
[1] 劉志江. 低氮燃燒器改造及其存在問題處理[J]. 熱力發電,2013,03:77-81.
[2] 李勇. 燃煤電站鍋爐低氮燃燒系統改造研究[D]. 華南理工大學,2013.
[3] 李明. 低氮燃燒器改造對NO_ X 減排效果研究[D]. 華南理工大學,2013.
[4] 鐘勇. 華能井岡山電廠300MW 鍋爐低氮燃燒改造研究[D]. 華北電力大學,2012.
[5] 公立新. 旋流燃燒器低氮改造及運行調整[J]. 華北電力技術,2014,05:58-63.
本文以我國某地的電廠機組鍋爐燃燒器為例，首先分析了低氮燃燒器的改造方案，繼而就其中所存在的問題進行探討，旨在降低有害物質的排放量，提高低氮燃燒器的燃燒效率，改善爐底漏風、汽溫低等問題，以供參考指正。
【關鍵詞】
低氮燃燒器；改造；排放量；再熱汽溫
該電廠的機組鍋爐低氮燃燒器配置有SCR 脫硝裝置，年均液氨消耗量將近680 萬，包括催化劑更換費用在內的維護費用更是高達730 萬元，并且該低氮燃燒器不具備滿足第三時段排放標準的條件。因此，該電廠對其進行改造，經過改造后， 爐膛出口的NOx 值達標，然而其運行參數也發生了相應的變化，影響到汽溫、再熱汽溫等。
1 電廠鍋爐概況低氮燃燒器概況分析
該電廠的機組鍋爐屬于自然循環汽包爐的范疇，具備一次中間再熱的功能， 其基本構造為直流燃燒器、全鋼架懸吊結構、四角切圓燃燒器。其制粉系統為正壓冷一次風直吹式系統，各臺鍋爐均配備五臺中速磨煤機，一臺處于備用狀態。鍋爐的主要設計參數為：最大連續蒸發量為1105t•h-1 ；額定蒸汽溫度為540℃ ； 額定蒸汽壓力為18.0Mpa ；給水溫度為275℃ ；進/ 出口溫度為335/530℃。低溫過熱器、旁路過熱器、末級過熱器等共同組成鍋爐過熱器系統，末級過熱器的入口位置設有Ｉ級減溫器，以調整爐膛輻射受熱面的吸熱量，加裝噴水減溫器，防止因溫度過高而出現生產事故。
2 改造方案
在充分調研與論證的基礎上，采用雙尺度低NOx 燃燒技術改造鍋爐低氮燃燒器，優化調試鍋爐。具體的改造方案為： ①將現有的燃燒器組件全部更換，重新布置燃燒器，調整原先的切圓直徑，1 號與3 號角切圓擴大到1183mm，2 號與4 號角切圓則維持原狀。②將原先的SOFA 燃盡風全部拆除，選定主燃燒器的上方位置設置3 層分離SOFA 噴口，同時將原先的SOFA 燃盡風組件全部更換。③選用上下濃淡之間自帶穩燃鈍體的燃燒器作為一次風噴口。④廢除小部分空氣風室，選用二次風室新型結構，以減小空氣風室面積。⑤在原基礎上增設緊湊燃盡風室，加裝貼壁風于其左右兩側。⑥引進節點功能區新型技術，選定一次風噴口位置加裝貼壁風。
促使一次風、下端部風保持逆時針旋轉狀態，二次風與SOFA 燃盡風則保持順時針旋轉狀態，一次風與二次風保持6.5°角偏置，以順時針反方向切入，構造空氣分級（橫向）。重新進行風量分配，擴大主燃燒器區一次風噴口與二次風噴口的面積，以契合入爐煤種的燃燒特征，降低主燃燒器區的風量，尤其是二次風量， 構造空氣分級（縱向），保證燃燒器具備上下擺動的功能。增加高位燃盡風量，以降低其對爐膛出口煙溫的影響，調整爐膛出口溫度，實現低NOx 排放的改造目的。經改造，NOx 的排放量可控制在180mg/m³ 左右，CO 的排放濃度則控制在110μL/L 左右，液氨費用得以降低。
3 存在的問題與解決措施
經過改造之后，鍋爐的受熱面、半輻射、再熱器輻射、吸熱量比例等均發生了較大的變化，導致各負荷階段機組的再熱汽溫急劇降低，下降幅度約為12℃— 15℃。針對機組升降負荷而言，其下降溫度＞ 35℃ /min 的現象屢有發生，嚴重威脅汽輪機的安全，縮短其使用壽命。在深入分析低氮燃燒器原理的基礎上，筆者認為其所存在的問題主要在于如下幾個方面：①在負荷波動的狀態下，SOFA 的調整速率較慢，嚴重影響爐膛的煙溫。②一次風率過高，二次風的調整作用有待強化。③低氮燃燒器的二次燃燒區域溫度不夠。針對低氮燃燒器所存在的問題，需要采取具有針對性的解決措施，具體如下：
3.1 調整二次風配比
參照雙尺度的燃燒特性，應當在燃盡區內設置一個熱負荷中心，以避免對輻射受熱面的吸熱效果造成不利的影響。在燃燒區富氧燃燒的情況下，二次燃燒區域的熱負荷會快速下降，制約著輻射受熱面的熱量吸收。鑒于此，可對二次風配比進行合理的調整，降低主燃燒區域的二次助燃風與周界風，保證燃燒區氧含量充足，繼而提高二次燃燒區熱負荷。伴隨下層二次風量的逐漸下降，鍋爐壓力卻會上升，所以在調整的過程當中，需要注意二次風量的客觀局限性。
3.2 降低一次風率
鑒于該燃燒器的制粉系統管道比較長，并且管道的阻力也比較大，基于確保帶粉性能的重要目的，所以一次風的風量一般都比較大。一般而言，一次風煤比的合理比例為2.4—2.6 之間。為了調整主燃燒區域的氧含量，就必須要降低一次風率。首先，調整磨煤機液壓的加載系統以及出口分離器擋板，隨后根據實際情況把一次風率降低到2.0—2.1 之間。假設其余的邊界條件維持恒定不變，那么降低一次風率的效果是非常顯著的，能夠在原先的基礎上將再熱汽溫提升3℃—4℃。
3.3 調整燃盡風
一般情況下，在爐底出現漏風問題的前提下，低氮燃燒器的火焰中心會明顯提升，導致爐膛出口溫度過高，繼而引起減溫水量增加。然而，經過改造之后，爐底漏風可對主燃燒區氧量實現有效的補充，起到了降低再燃燒區燃燒份額的作用，但是也帶來了受熱面吸熱不足與再熱汽溫過低的問題。因此，需要對燃盡風進行適當的調整，減少漏風量，重新調整氧量，并且對燃盡風進行調整，原則上不會對再熱汽溫造成任何影響。鑒于該電廠的機組鍋爐低氮燃燒器依舊以干排渣系統為主，在維持冷渣風量恒定的基礎下，將所存在的漏點實現封堵，將干排渣機調整風門關閉， 可起到降低爐底漏風率的作用。經過對燃盡風進行適當的調整，再熱汽溫也會隨之升高，最高可升至540℃左右，再熱汽溫的控制可通過SOFA 的擺動加以實現。
在改造低氮燃燒器之前，其再熱系統僅配備一級減溫水，位于墻式再熱器入口的位置，并且無中間點溫度測點，導致出現了汽溫容易波動、減溫水響應時間過長等一系列的問題，再加上減溫水閥門線性非常差，不便于進行再熱汽溫的調節操作。因此，可在計算出處開度、流量、曲線的基礎上，優化燃燒配風并治理爐底漏風，確保再熱汽溫達標，在調整的過程當中，可令SOFA 擺角以及燃燒器參與其中， 避免負荷變化對汽溫造成過大的影響。
4 結語
綜上所述，針對低氮燃燒器的現狀對其進行改造，可切實提高低氮燃燒器的使用性能，保證再熱汽溫滿足相關的使用要求。然而，無論是調整之前，抑或是調整之后，低氮燃燒器所存在的問題依舊不能忽視，需要從調整二次風配比、降低一次風率、調整燃盡風等方面出發，合理調整，科學改造，對相關的技術難點問題繼續加以明確。
【參考文獻】
[1] 劉志江. 低氮燃燒器改造及其存在問題處理[J]. 熱力發電,2013,03:77-81.
[2] 李勇. 燃煤電站鍋爐低氮燃燒系統改造研究[D]. 華南理工大學,2013.
[3] 李明. 低氮燃燒器改造對NO_ X 減排效果研究[D]. 華南理工大學,2013.
[4] 鐘勇. 華能井岡山電廠300MW 鍋爐低氮燃燒改造研究[D]. 華北電力大學,2012.
[5] 公立新. 旋流燃燒器低氮改造及運行調整[J]. 華北電力技術,2014,05:58-63.
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