200MW机组锅炉低氮燃烧系统改造

　　摘 要 为满足环保排放要求，改善锅炉性能，提高社会及经济效益，沙角A电厂200MW机组#1锅炉2011年进行了低氮燃烧系统改造，新增了SOFA风喷口，改变了各层二次风喷口的尺寸，改造了燃烧器及D磨煤机分离器的结构。 　　关键词 锅炉；低氮燃烧器；SOFA风；氮氧化物 　　中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）95-0135-02 　　0引言 　　随着国家对发电企业节能减排的门槛不断提高，火电厂面临的经营压力和环保压力日趋严重。氮氧化物是燃煤火电厂烟气排放的污染物之一，其所含成份能形成酸雨的原因之一，能引起温室效应，破坏臭氮层；同时，对人体的心、肝、肾和造血组织会有损害。到2020年，我国的氮氧化物排放量按现今增长速度将达到2363～2914万吨。因此，控制氮氧化物排放已刻不容缓。 　　沙角A电厂200MW机组的氮氧化物排放均保持在500mg/m3～750mg/m3。#1锅炉在2011年A级检修中进行了低氮燃烧系统的相关改造，成功将氮氧化物排放量降至200mg/m3～450mg/m3，降幅约为40%～60%。 　　1设备概述 　　2 低氮燃烧系统改造 　　2.1改造前存在的问题 　　正常运行负荷下，炉膛出口烟温偏差大，为80℃～180℃；排烟温度高，为155℃～172℃；氮氧化物排放量偏高，为500mg/m3～750mg/m3；炉膛温度高，再热器管壁超温严重。 　　2.2氮氧化物的生成机理与降低原理 　　根据燃煤机组锅炉燃烧过程中氮氧化物的生成机理，其可分为燃料型，即燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成，占总量的60%～80%；热力型，空气中氮在高温下氧化产生；快速型，即燃料碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成。采用低氮燃烧器减少氮氧化物生成的原理：减少进入主燃烧区的空气量，造成缺氧环境，降低燃烧温度和速度，从而减少氮氧化物的生成；主燃烧区产生的烟气与燃尽风充分混合，形成二次燃烧；分离式燃尽风与主燃烧区距离远，降低烟气温度，减少高温条件下氮氧化物的生成。 　　2.3改造后的低氮燃烧系统 　　2.3.1 SOFA风 　　SOFA风原理：二次风分级送入炉膛，形成富燃料欠氧主燃烧区和富氧低温燃尽区。欠氧区产生CH根等还原物质，抑制与还原NO，富氧区燃尽未燃尽碳和CO。改造后在锅炉标高28.4m位置的4侧水冷壁上各增设2个分离式燃尽风喷口（即8个SOFA风喷口）。 　　2.3.2一次风 　　原一次风喷口更换为浓淡燃烧器：更换燃烧器一次风管及喷口，底层微油点火燃烧器保持原样，仅对上方4层燃烧器进行更换，共计16根（如图1）。 　　2.3.3二次风 　　二次风喷口面积作了相应改变以建立合适的风箱、炉膛差压，并将一部分所需的二次风转移至燃尽区。具体改动如下（如图1）：二次风喷口最下层尺寸未变，最上层缩减50%，中间各层缩减30%。新的二次喷口设置专门的偏转二次风仓室以在炉膛四周水冷壁建立富氧环境，防止水冷壁的结渣和腐蚀。对于双叶片风门，拆除两叶片转轴之间的连杆，固定其中一个从动轴并保持该叶片完全闭合，仅保留主动轴叶片动作，对于单叶片风门，现场对称割除风门左右两侧挡板（不含转轴），使有效流通面积减少50%，然后分别焊在风门口两侧壁板上。 　　2.3.5 S静态型分离器 　　为了配合低氮燃烧系统改造，让进入炉膛的煤粉细度达到要求，本次改造对制粉系统的D磨煤机分离器改为S静态型分离器。改造中保持磨煤机原有分离器外壳不变，移除内部叶片及回粉锥筒等，同时安装了出粉口锥筒、叶片装配体、挡粉锥、回粉锥、回粉挡板门等新的内部结构。 　　3 改造后的投运情况 　　3.1 D磨煤机分离器改造后的效果 　　D磨煤机分离器改造后，煤粉细度未有改善，煤粉细度R90仍处较高水平，这让煤粉仍显过粗。但是，磨煤机出口各粉管煤粉分配均匀性得到较大改善。 　　3.2 改造后机组相关参数变化 　　沙角A电厂200MW机组#1锅炉改造后一些机组参数改善明显，从而提升了锅炉效率（如表3）：NOx排放量降低40%～60%左右，改造效果良好；在其他参数不变的情况下，锅炉效率因排烟温度降低提升0.7%～1.0%，因减温水量的减少提升约0.15%；改造后，炉膛出口温度偏差减小，使得后屏过热器A～B侧烟温差减小了50℃～60℃，改善了炉膛燃烧环境（如表3）。另外，改造后炉膛温度的降低也造成了一些不良的影响，如再热蒸汽温度偏低，飞灰可燃物增多等。 　　4结论 　　1）经过低氮燃烧系统改造，#1锅炉NOx排放量降至200mg/m3～450mg/m3，降低了40%～60%左右。且在机组满负荷时，能够控制在300mg/m3以内；在80%ECR负荷时，能够控制在400mg/m3以内，基本达到了改造目的； 　　2）改造后飞灰可燃物增加了2.5%左右。分析原因为低氮燃烧系统往往是配合着超细煤粉技术同时使用的。针对于典型的低氮燃烧系统，最优的煤粉细度应为R90=15%～20%，而目前，#1锅炉各台磨的煤粉细度为R90=30%左右，相信通过对磨煤机分离器进行重新改造、优化燃烧、合理配煤等手段，飞灰可燃物能得到有效控制。而由于改造后锅炉排烟温度极大降低（降低约15℃），使得从总体上来说，锅炉效率是提高的（约1%）； 　　3）改造后，再热蒸汽温度相对于正常值偏低5℃～10℃。原因之一是目前煤粉细度过粗，造成主燃烧区燃烧恶化是再热汽温偏低的主要因素。同时，由于刚刚结束大修，炉膛水冷壁受热面过于干净，水冷壁辐射换热过大，造成炉膛烟气温度降低，也是一个很重要因素； 　　4）#1锅炉低氮燃烧系统改造从总体上来说是成功的，通过不断的优化燃烧方式，再热汽温得到了明显的改善。飞灰可燃将能控制在合理的范围内。 　　参考文献 　　[1]田贺忠.中国氮氧化物排放现状、趋势及综合控制对策研究.北京：清华大学，2003.