摘要:針時(shí)廣東粵華發(fā)電有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱黃埔發(fā)電廠)300MW機(jī)組氮氧化物排放濃度高的問(wèn)題，采用軸向空氣分級(jí)和徑向空氣分級(jí)的空氣分級(jí)燃燒技術(shù)對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造后，氮氧化物排放的質(zhì)量濃度由改造前的600mg/m3降至437.5mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，已達(dá)到GB13223一2003 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該類型鍋爐氮氧化物排放的要求。此外，改造對(duì)防止?fàn)t膛出口產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)殘余、防止鍋爐水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕也有幫助。

關(guān)鍵詞:鍋爐,低氮燃燒,改造,空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

氮氧化物(NOx)是燃煤電廠排放的主要污染物之一，2003年12月頒布的新的GB13223-2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)我國(guó)火電廠機(jī)組的NOx二排放標(biāo)準(zhǔn)做出了新的規(guī)定:對(duì)燃用揮發(fā)分大于20%煤種的固態(tài)排渣燃煤鍋爐，要求其NOx的最高允許排放的質(zhì)量濃度低于45Omg/m3(在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%)。為響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排政策，適應(yīng)今后日益嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，火電廠必須采取有效措施降低NOx的排放濃度。

2007 年4一6月，利用黃埔發(fā)電廠6號(hào)鍋爐大修機(jī)會(huì)，采用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)對(duì)燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造后NOx排放的質(zhì)量濃度由改造前的600mg/m3降至437.smg/耐(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，已達(dá)到GB13223一2003《電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該類型鍋爐NOx排放的要求，改造效果明顯。

1 改造前的燃燒系統(tǒng)

黃埔發(fā)電廠6號(hào)鍋爐為上海鍋爐廠生產(chǎn)的SG-1025/16.7一M313UP型300MW 直流燃煤鍋爐，采用鋼球磨中間儲(chǔ)倉(cāng)式制粉系統(tǒng)，熱風(fēng)送粉。燃燒器為直流式四角布置切圓燃燒，每組燃燒器設(shè)有五層一次風(fēng)和七層二次風(fēng)，一次風(fēng)、二次風(fēng)間隔布置，制粉乏氣做為三次風(fēng)在燃燒器上部從前后墻送人爐膛(分兩層，共八個(gè)噴口)。一次風(fēng)、二次風(fēng)切圓采用雙切圓布置，切圓直徑為1182 mm和731mm。三次風(fēng)切圓也為雙切圓布置，切圓直徑為693mm和749mm。6號(hào)鍋爐改造前的燃燒器噴口布置見(jiàn)圖1，設(shè)計(jì)配風(fēng)見(jiàn)表1。

1.1 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

目前，降低燃煤鍋爐NOx排放的燃燒技術(shù)主要有低NOx燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒及尾部煙氣再循環(huán)等，其中，空氣分級(jí)燃燒是一種有效的低NOx燃燒技術(shù)。根據(jù)西安熱工研究院對(duì)中國(guó)21個(gè)電廠的51 臺(tái)鍋爐NOx排放量的調(diào)查，采用空氣分級(jí)燃燒，鍋爐燃用煙煤、褐煤時(shí)基本可以達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。

空氣分級(jí)燃燒的基本思想:

a) 降低主燃燒區(qū)域的氧氣濃度，進(jìn)行亞化學(xué)當(dāng)量的缺氧燃燒，以抑制煤粉燃燒過(guò)程N(yùn)Ox的形成。因?yàn)槿剂显谌毖鯒l件下燃燒，燃燒速度和燃燒溫度降低，熱力NOx就會(huì)減少，燃料中釋放的含氮中間產(chǎn)物HCN，NH3等也會(huì)將NO還原分解成N2，從而抑制燃料NO的生成。

b) 在爐墻附近及爐膛卜部增大氧氣濃度，進(jìn)行過(guò)化學(xué)當(dāng)量的富氧燃燒，以促進(jìn)煤粉的完全燃燒。

空氣分級(jí)燃燒分為軸向空氣分級(jí)燃燒和徑向空氣分級(jí)燃燒。軸向空氣分級(jí)燃燒沿爐膛垂直方向?qū)嵤┓旨?jí)送風(fēng)，把一部分二次風(fēng)由主燃燒區(qū)分流到爐膛上方的燃盡區(qū);徑向空氣分級(jí)燃燒是在與煙氣垂直的爐膛斷面上組織分級(jí)燃燒，通過(guò)二次風(fēng)射流部分偏向爐墻來(lái)實(shí)現(xiàn)。

黃埔發(fā)電廠6號(hào)鍋爐為固態(tài)排渣燃煤鍋爐，燃用煤揮發(fā)分為26%左右。改造前排放的NOx質(zhì)量濃度為600mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，遠(yuǎn)高于GB13223一2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該類鍋爐燃燒Nox排放的要求(小于450mg/m3)。因此，為了有效降低NOx的排放濃度，綜合運(yùn)用了軸向和徑向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)進(jìn)行改造。

1.2 軸向空氣分級(jí)燃燒改造

1.2.1燃燒器整體布局

下部主燃燒區(qū)基本格局不變，即各一次風(fēng)標(biāo)高、二次風(fēng)標(biāo)高和三次風(fēng)標(biāo)高均不改變。為實(shí)現(xiàn)軸向空氣分級(jí)，將部分二次風(fēng)由主燃燒區(qū)分流到爐膛上方的燃盡區(qū)，通過(guò)專門管路從水平二次風(fēng)箱引出，在三次風(fēng)上部區(qū)域形成分離布置燃盡風(fēng)(SOFA)。SOFA采取三層布置，而最上層的HH層二次風(fēng)(見(jiàn)圖1)作為緊靠型燃盡風(fēng)(CCOFA)。

1.2.2 燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)配風(fēng)

SOFA 風(fēng)量的選取占總風(fēng)量的20%;CCOFA風(fēng)量占總風(fēng)量的5.5%;一次風(fēng)采用小風(fēng)率設(shè)計(jì)，取22%;三次風(fēng)率維持不變，取19%。6號(hào)鍋爐改造后配風(fēng)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2，其中二次風(fēng)的風(fēng)量又分為SOFA，CCOFA和周界風(fēng)及其余二次風(fēng)。

1.2.3 燃燒器設(shè)計(jì)計(jì)算

由于部分二次風(fēng)被引出形成SOFA，為了保證二次風(fēng)噴口的風(fēng)速和二次風(fēng)風(fēng)箱壓力，二次風(fēng)噴口面積需減少。新增的SOFA噴口及其它噴口面積也需要確定。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算鬧，各燃燒器噴口尺寸選定見(jiàn)表3。

1.2.4 SOFA噴口高度方向的位置確定

SOFA 噴口高度方向的位置對(duì)NOx的降低有很大的影響，SOFA噴口高度方向的中心線距燃燒器最上層噴口(上三次風(fēng))中心線高度h的推薦值由公式h=1.5(Vr/10)確定，6號(hào)鍋爐燃用煤的揮發(fā)分為26%左右，因此h為2.4m，SOFA中心線標(biāo)高應(yīng)取29.9m。但現(xiàn)場(chǎng)安裝需繞開鋼梁等障礙物，最終確定SOFA中心線標(biāo)高31.7m，整個(gè)SOFA風(fēng)箱布置在兩層鋼梁之間，即30.8-32.6m，SOFA中心線距離最上層三次風(fēng)中心線為4.Zm。

1.3 徑向空氣分級(jí)燃燒改造

將部分二次風(fēng)改造為偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)，在徑向形成空氣分級(jí)，以延緩煤粉與二次風(fēng)的混合，抑制NOx的生成，同時(shí)通過(guò)偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)在水冷壁面附近形成一層風(fēng)膜，以防止水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕的發(fā)生。典型的偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)系統(tǒng)爐內(nèi)布置見(jiàn)圖2。

從圖2可知，一次風(fēng)切角不變，仍采用反切(逆時(shí)針?lè)较?5°。AA層二次風(fēng)仍維持不變，為直吹風(fēng);B，E，H層二次風(fēng)改為正切3°;CD層、FG層二次風(fēng)改為正切9°;為控制爐膛出口扭轉(zhuǎn)殘余，HH層改為反切7.5°。SOFA噴口設(shè)計(jì)成具有上下和水平擺動(dòng)功能，從而可以調(diào)整燃盡風(fēng)穿透深度和混合效果，并有效防止?fàn)t膛出口過(guò)大的扭轉(zhuǎn)殘余。

改造后燃燒器噴口布置見(jiàn)圖3。

2 改造效果

為檢驗(yàn)低氮燃燒改造后的效果，2007年7月2日進(jìn)行了6號(hào)鍋爐NOx排放濃度的檢測(cè)。在空氣預(yù)熱器前水平煙道處抽取煙氣，送人KANE940煙氣成分分析儀，測(cè)試煙氣中O2和NOx的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。檢測(cè)在3臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行的工況下進(jìn)行。檢測(cè)結(jié)果:NOx的排放濃度為437.5mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其氧的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%)，滿足GB13223一2003《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該類鍋爐NOx排放要求。與改造前NOx排放濃度600mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)相比，質(zhì)量濃度降幅度超過(guò)25%，改造效果明顯。

3 結(jié)論

a) 綜合采用軸向空氣分級(jí)和徑向空氣分級(jí)的空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)進(jìn)行了改造。改造后NOx排放的質(zhì)量濃度由改造前的以600mg/m3下降至437.5mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下)，達(dá)到GB13223一2003 《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)該類型鍋爐NOx排放的要求，改造效果明顯。

b) SOFA噴口設(shè)計(jì)成具有上下和水平擺動(dòng)功能，因此，在降低NO二排放的同時(shí)，能有效防止?fàn)t膛出口產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)殘余。

c) 采用偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)，在抑制NOx排放的同時(shí)，對(duì)防止鍋爐水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕有幫助。

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