火电燃用劣质煤锅炉低氮燃烧的优化调整

火电厂燃用劣质煤锅炉低氮燃烧的优化调整【摘要】：阐述了XXX电厂4号炉低NOx燃烧器改造后在运行上的调整带来了一定的难度和困难，介绍了经过一段时间的现场调整、试验和摸索，总结出了降低NOx的同时又控制住了锅炉的飞灰含碳量，有效的解决了XXX电厂劣质煤燃烧中降低NOx但无法控制锅炉的飞灰含碳量的问题。【关键词】劣质煤低NOx燃烧调整前言随着世界范围内环保压力的与日俱增,燃煤电厂的NOx排放越来越受到重视,其与电厂的节能降耗也密切相关。所以降低锅炉NOx的生成就变的至关重要。本文主要介绍了XXX电厂#4机经过低氮燃烧器改造后无法保证即能降低NOx的生成又可以控制飞灰含碳量，本文主要介绍了经过低氮燃烧的优化调整降低了NOx的生成，并保证了机组的经济性。1、锅炉规范、改造后的低氮燃烧系统及劣质煤特性XXX电厂#4机组，锅炉为SG－1025/17.44－M860型锅炉。上海锅炉制造的亚临界、一次中间再热、中间储仓式、自然循环汽包炉锅炉布置型式为单炉膛П型、平衡通风、四角切圆燃烧、固态机械排渣、全钢架、悬吊式、露天布置。煤粉燃烧器共有6层（24台给粉机），燃用纳雍无烟煤。改造后的低氮燃烧系统：原燃烧系统共布置有16层风室，其中包括6层一次风、3层大油枪二次风、4层辅助二次风、2层三次风、1层顶部燃尽风（OFA）。燃烧器的一、二、三次风喷嘴呈间隔排列，从下至上依次为2-1-1-2-1-2-1-2-1-2-1-2-2-3-3-2。改造后在距离最上层一次风燃烧器中心线约6m位置处布置3层刚性预置反切10°的SOFA分离式燃尽风，增加大空间垂直分离的SOFA燃烧装置，保留原主燃烧器的OFA及其它二次风门设计。将原设计的一次风煤粉燃烧器全部更换为带对置丘体高效水平浓淡煤粉燃烧器。劣质煤的特点：水份高，灰份大，发热量低，挥发份低，着火点高等。2、低氮燃烧的基本原理氮氧化物NOx是燃煤电厂的烟气排放的三大有害物（SO2,NOx及总悬浮颗粒物TSP)之一，从污染的角度考虑氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，硝酸是酸雨的成因之一；它与其他污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。2.1氮氧化物的生成与温度有密切的关系，一般火焰温度越高，氮氧化物的生成越多，反之亦然。低氮燃烧器把一次风分成浓淡两股，浓相在内，更靠近火焰中心；淡相在外，贴近水冷壁。浓相在内着火时，火焰温度相对较高，但是氧气比相对较少，故生成的氮氧化物的几率相对减少；淡相在外，氧气比相对较大，但由于距火焰高温区域较远，温度相对较低，故氮氧化物的生成也不会很多。根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面：降低火焰温度，防止局部高温；降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。2.2空气分级燃烧基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。在主燃烧区与燃烬区设置NOx还原区，这样能够降低主燃烧区的NOx生成量，使挥发份氮转化为大量含氮基元，在还原区充分还原已生成的NOx。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门燃烬风喷口SOFA（overfireair）――称为火上风喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在贫氧燃烧条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。所以整个燃烧过程所需空气是分两级供入炉内。3、理论上低氮燃烧调整在实际运行中存在的问题3.1飞灰含碳量大幅度升高，XXX电厂#4炉采用主燃烧区缺氧燃烧，其余的风量全部为燃烬风，这样可以降低锅炉出口的NOx排放至600mg/m3（6%氧量折算值），但锅炉飞灰含碳量大幅上升比原来的配风方式高出4%左右，影响力机组的经济性。原因分析一是因为XXX电厂#4炉燃用的煤种为灰份大，发热量低，挥发份低的劣质煤，挥发份低使煤粉的着火点提高，若主燃烧区缺氧燃烧使煤粉在主燃烧区停留的时间大大的缩短了，灰份大的煤粉很难在短时间内进行激烈的化学反应，在主燃烧区就有大量未发生化学反应的燃料进入燃烬区，而燃烬区在炉膛的顶部，燃料在燃烬区的燃烧时间也较短，所以不完成燃烧大大的增加了，造成了飞灰含碳量升高。二是因为燃烬风的大量增加，使二次风箱差压降低，使二次风的刚性减弱，不能有效的在燃烧中起到风包粉的状态，使煤粉不能完成燃烧。3.2主汽压力、主汽温度大幅波动，由于燃烧的均匀性较差，同样的燃料进入炉膛释放出不一样的热量就造成了主汽压力、主汽温度的大幅波动，给运行的调整带来了很大的困难。3.3燃烧不稳，由于主燃烧区的缺氧燃烧，造成了炉膛的温度降低，特别在低负荷的情况下就会出现火检闪烁，燃烧不稳的状况。4、低氮燃烧的优化调整风案XXX电厂#4炉根据自身的入炉煤的煤种情况，并针对理论低氮燃烧调整所出现的问题进行综合分析，通过实验调整，总结出来一套低氮燃烧的优化调整分案。4.1保证煤粉细度在5%以下。4.2配风方式的优化调整（如下表）:风门150MW-200MW200MW---240MW240MW---270MW270MW----300MWAA60-80%80-100%100.0%100.0%A0.0%0.0%0.0%0.0%B0.0%0.0%0.0%0.0%BC30-40%40.0%40.0%40.0%C30.0%40.0%40.0%40.0%CD30.0%30.0%30.0%40.0%D20.0%20.0%30.0%30.0%DE20.0%20.0%20.0%20-30%E0.0%0.0%0.0%0.0%EF0-10%10.0%10-20%10-20%F0.0%0.0%0.0%0.0%FF10.0%10.0%10%10-20%FF20.0%0.0%0.0%0.0%OFA20-30%0.0%0.0%0.0%SOFA(A)0.0%50-100%100.0%100.0%SOFA(B)0.0%0.0%50-100%100.0%SOFA(C)0.0%0.0%0.0%50-100%从上表可以看出适当的增加了主燃烧区的风量，减少了燃烬区的风量，同时提高了二次风箱差压来提高二次风的扰动强度；XXX电厂#4炉根据入炉煤情况优化调整采用这种配风方式，一可以保证在低负荷的燃烧稳定和锅炉的抗扰动能力，二是可以有效的降低锅炉出口的NOx浓度，三可以保证了锅炉的经济性。4.3底部三层的给粉机转速维持原来的最低转速不变，以稳定燃烧；控制D、E、F层的转速不低于450r/min(给粉机发生冲粉的除外)，加、减负荷稳定后，调整给粉机转速，停运转速低的给粉机，增加运行给粉机的转速。这样可以增加煤粉的浓度，控制锅炉出口的NOx浓度。4.4为控制飞灰含碳量和防止结焦氧量最低不小于3%。XXX电厂#4炉通过以上的低氮燃烧的优化调整分案后，负荷在150MW--220MW之间的出口NOx浓度为550mg/m3--700mg/m3（6%氧量折算值），飞灰含碳量控制在了4.5%左右；负荷在220MW--260MW之间的出口NOx浓度为700mg/m3--850mg/m3（6%氧量折算值），飞灰含碳量控制在了5.5%左右；负荷在260MW--300MW之间的出口NOx浓度为600mg/m3--700mg/m3（6%氧量折算值），飞灰含碳量控制在了6.5%左右。对于燃用低挥发份，发热量低，灰份高的煤种来讲，在控制