摘要:針時廣東粵華發(fa)電有限責任(ren)公司(以下簡稱(cheng)黃(huang)埔(pu)發(fa)電廠)300MW機組氮(dan)氧(yang)化物排(pai)(pai)放(fang)濃度高的(de)(de)問(wen)題，采用軸向(xiang)空(kong)(kong)氣(qi)分(fen)級和徑向(xiang)空(kong)(kong)氣(qi)分(fen)級的(de)(de)空(kong)(kong)氣(qi)分(fen)級燃(ran)燒技(ji)術對鍋(guo)爐(lu)燃(ran)燒系(xi)統進行了改造(zao)(zao)。改造(zao)(zao)后，氮(dan)氧(yang)化物排(pai)(pai)放(fang)的(de)(de)質量濃度由改造(zao)(zao)前(qian)的(de)(de)600mg/m3降(jiang)至437.5mg/m3(標(biao)準狀(zhuang)態下)，已達(da)到GB13223一2003 《火(huo)電廠大氣(qi)污染物排(pai)(pai)放(fang)標(biao)準》對該類型鍋(guo)爐(lu)氮(dan)氧(yang)化物排(pai)(pai)放(fang)的(de)(de)要求。此(ci)外，改造(zao)(zao)對防(fang)止爐(lu)膛出(chu)口(kou)產生過大的(de)(de)扭轉殘(can)余、防(fang)止鍋(guo)爐(lu)水(shui)冷壁結(jie)渣和高溫腐蝕(shi)也有幫助。

關鍵詞:鍋爐,低氮燃燒(shao)(shao),改造,空氣分(fen)級燃燒(shao)(shao)技術

氮氧(yang)化物(wu)(wu)(NOx)是燃(ran)煤(mei)電(dian)廠排(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)主要污染物(wu)(wu)之一，2003年(nian)12月頒布的(de)(de)(de)新的(de)(de)(de)GB13223-2003《火(huo)電(dian)廠大(da)氣污染物(wu)(wu)排(pai)放(fang)(fang)標準(zhun)》對我國火(huo)電(dian)廠機組(zu)的(de)(de)(de)NOx二排(pai)放(fang)(fang)標準(zhun)做出了新的(de)(de)(de)規(gui)定:對燃(ran)用揮發分(fen)大(da)于(yu)20%煤(mei)種的(de)(de)(de)固態排(pai)渣(zha)燃(ran)煤(mei)鍋爐，要求其NOx的(de)(de)(de)最高允許排(pai)放(fang)(fang)的(de)(de)(de)質量濃度低(di)于(yu)45Omg/m3(在標準(zhun)狀態下(xia)，其氧(yang)的(de)(de)(de)質量分(fen)數為6%)。為響應國家節能減排(pai)政策(ce)，適應今(jin)后日益(yi)嚴格的(de)(de)(de)環(huan)保(bao)排(pai)放(fang)(fang)要求，火(huo)電(dian)廠必須采取有效措施降低(di)NOx的(de)(de)(de)排(pai)放(fang)(fang)濃度。

2007 年4一6月，利(li)用黃(huang)埔發電廠6號鍋爐(lu)大修機會，采用空氣(qi)分級燃燒技(ji)術(shu)對燃燒系統(tong)進行了改造(zao)(zao)。改造(zao)(zao)后NOx排放(fang)(fang)(fang)的質量濃度由改造(zao)(zao)前的600mg/m3降至437.smg/耐(nai)(標(biao)準(zhun)狀態(tai)下)，已達到GB13223一2003《電廠大氣(qi)污染物排放(fang)(fang)(fang)標(biao)準(zhun)》對該(gai)類型鍋爐(lu)NOx排放(fang)(fang)(fang)的要(yao)求，改造(zao)(zao)效果明顯(xian)。

1 改造前的燃燒系統

黃埔發(fa)電廠(chang)6號鍋爐(lu)(lu)(lu)為(wei)(wei)(wei)上海鍋爐(lu)(lu)(lu)廠(chang)生產(chan)的SG-1025/16.7一(yi)(yi)M313UP型300MW 直(zhi)(zhi)流燃(ran)(ran)(ran)煤(mei)鍋爐(lu)(lu)(lu)，采(cai)用鋼球磨中(zhong)間儲(chu)倉式(shi)制粉(fen)系統(tong)，熱風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)送(song)粉(fen)。燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器為(wei)(wei)(wei)直(zhi)(zhi)流式(shi)四角布(bu)置切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)，每組(zu)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器設(she)有五層一(yi)(yi)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)和七(qi)層二(er)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)，一(yi)(yi)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)、二(er)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)間隔布(bu)置，制粉(fen)乏氣做為(wei)(wei)(wei)三(san)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)在燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器上部從(cong)前后墻送(song)人爐(lu)(lu)(lu)膛(分兩層，共八個噴口)。一(yi)(yi)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)、二(er)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)采(cai)用雙切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)布(bu)置，切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)直(zhi)(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)1182 mm和731mm。三(san)次(ci)(ci)(ci)風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)也為(wei)(wei)(wei)雙切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)布(bu)置，切(qie)(qie)(qie)圓(yuan)直(zhi)(zhi)徑為(wei)(wei)(wei)693mm和749mm。6號鍋爐(lu)(lu)(lu)改造前的燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)器噴口布(bu)置見圖(tu)1，設(she)計配風(feng)(feng)(feng)(feng)(feng)見表1。

1.1 空氣分級燃燒技術

目前(qian)，降(jiang)低(di)燃(ran)煤鍋(guo)(guo)爐(lu)NOx排放的燃(ran)燒(shao)技術(shu)(shu)主要有低(di)NOx燃(ran)燒(shao)、空(kong)(kong)氣分(fen)級(ji)燃(ran)燒(shao)、燃(ran)料(liao)分(fen)級(ji)燃(ran)燒(shao)及尾部煙(yan)氣再循環等，其(qi)中(zhong)，空(kong)(kong)氣分(fen)級(ji)燃(ran)燒(shao)是一種有效的低(di)NOx燃(ran)燒(shao)技術(shu)(shu)。根據西安(an)熱工研究院對中(zhong)國(guo)21個電廠的51 臺鍋(guo)(guo)爐(lu)NOx排放量的調查，采用(yong)空(kong)(kong)氣分(fen)級(ji)燃(ran)燒(shao)，鍋(guo)(guo)爐(lu)燃(ran)用(yong)煙(yan)煤、褐(he)煤時基本可(ke)以達到國(guo)家排放標準。

空氣分級燃(ran)燒的基本思想:

a) 降低(di)主(zhu)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒區域的(de)氧(yang)氣濃度(du)，進行亞化學當量的(de)缺氧(yang)燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒，以抑制煤(mei)粉燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒過(guo)程(cheng)NOx的(de)形成(cheng)(cheng)(cheng)。因為(wei)燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)在缺氧(yang)條件下燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒，燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒速度(du)和燃(ran)(ran)(ran)(ran)燒溫度(du)降低(di)，熱力NOx就會減少，燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)中釋放的(de)含氮中間產物HCN，NH3等也(ye)會將(jiang)NO還原分解成(cheng)(cheng)(cheng)N2，從而抑制燃(ran)(ran)(ran)(ran)料(liao)NO的(de)生成(cheng)(cheng)(cheng)。

b) 在爐墻(qiang)附近及爐膛卜部增(zeng)大氧氣濃度，進(jin)行過化(hua)學當量的富氧燃燒(shao)，以促進(jin)煤粉的完全燃燒(shao)。

空(kong)氣(qi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)分(fen)(fen)為軸(zhou)向(xiang)(xiang)空(kong)氣(qi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)和(he)徑(jing)向(xiang)(xiang)空(kong)氣(qi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)。軸(zhou)向(xiang)(xiang)空(kong)氣(qi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)沿爐(lu)膛垂(chui)直(zhi)方(fang)向(xiang)(xiang)實施分(fen)(fen)級(ji)(ji)送(song)風，把一(yi)部分(fen)(fen)二(er)次風由主燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)區(qu)分(fen)(fen)流到爐(lu)膛上方(fang)的燃(ran)(ran)盡區(qu);徑(jing)向(xiang)(xiang)空(kong)氣(qi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)是(shi)在與(yu)煙(yan)氣(qi)垂(chui)直(zhi)的爐(lu)膛斷(duan)面上組織(zhi)分(fen)(fen)級(ji)(ji)燃(ran)(ran)燒(shao)(shao)，通(tong)過二(er)次風射流部分(fen)(fen)偏向(xiang)(xiang)爐(lu)墻(qiang)來(lai)實現。

黃埔(pu)發(fa)電(dian)廠(chang)6號(hao)鍋(guo)爐為(wei)固態(tai)排渣燃(ran)煤鍋(guo)爐，燃(ran)用(yong)煤揮發(fa)分為(wei)26%左右。改造前排放的NOx質量濃(nong)(nong)度(du)為(wei)600mg/m3(標(biao)準狀(zhuang)態(tai)下)，遠高(gao)于GB13223一(yi)2003《火電(dian)廠(chang)大氣污(wu)染物排放標(biao)準》對該(gai)類鍋(guo)爐燃(ran)燒Nox排放的要求(qiu)(小(xiao)于450mg/m3)。因此，為(wei)了有效降低NOx的排放濃(nong)(nong)度(du)，綜合運用(yong)了軸向(xiang)和徑向(xiang)空氣分級(ji)燃(ran)燒技(ji)術(shu)進(jin)行改造。

1.2 軸向空氣分級燃燒改造

1.2.1燃燒器整體布局

下(xia)部(bu)(bu)主燃燒(shao)區(qu)基本格局不變(bian)，即各一次(ci)風標(biao)高(gao)(gao)、二(er)次(ci)風標(biao)高(gao)(gao)和三(san)次(ci)風標(biao)高(gao)(gao)均不改(gai)變(bian)。為實現軸向空氣分(fen)級(ji)，將部(bu)(bu)分(fen)二(er)次(ci)風由主燃燒(shao)區(qu)分(fen)流到(dao)爐膛(tang)上方(fang)的燃盡區(qu)，通過(guo)專(zhuan)門管路(lu)從水平二(er)次(ci)風箱引出(chu)，在(zai)三(san)次(ci)風上部(bu)(bu)區(qu)域形成分(fen)離布(bu)置燃盡風(SOFA)。SOFA采(cai)取(qu)三(san)層布(bu)置，而(er)最上層的HH層二(er)次(ci)風(見圖1)作為緊靠型燃盡風(CCOFA)。

1.2.2 燃燒系統設計配風

SOFA 風(feng)(feng)量(liang)的(de)選取(qu)占總(zong)(zong)風(feng)(feng)量(liang)的(de)20%;CCOFA風(feng)(feng)量(liang)占總(zong)(zong)風(feng)(feng)量(liang)的(de)5.5%;一(yi)次風(feng)(feng)采用(yong)小(xiao)風(feng)(feng)率(lv)設(she)計，取(qu)22%;三次風(feng)(feng)率(lv)維持不變，取(qu)19%。6號鍋爐改造(zao)后配風(feng)(feng)設(she)計見表(biao)2，其中二(er)次風(feng)(feng)的(de)風(feng)(feng)量(liang)又分(fen)為SOFA，CCOFA和周(zhou)界風(feng)(feng)及其余二(er)次風(feng)(feng)。

1.2.3 燃燒器設計計算

由于部分二次(ci)(ci)風(feng)被引(yin)出形成SOFA，為了保證二次(ci)(ci)風(feng)噴口的風(feng)速(su)和二次(ci)(ci)風(feng)風(feng)箱壓(ya)力，二次(ci)(ci)風(feng)噴口面積需(xu)(xu)減少。新(xin)增的SOFA噴口及其它噴口面積也需(xu)(xu)要確定。經(jing)設計計算(suan)鬧，各燃燒器(qi)噴口尺寸選定見表(biao)3。

1.2.4 SOFA噴口高度方向的位置確定

SOFA 噴口(kou)高度方(fang)向的(de)(de)位置對NOx的(de)(de)降低(di)有很大的(de)(de)影響(xiang)，SOFA噴口(kou)高度方(fang)向的(de)(de)中心(xin)(xin)(xin)線距燃(ran)燒(shao)器最上(shang)層噴口(kou)(上(shang)三(san)次(ci)風(feng))中心(xin)(xin)(xin)線高度h的(de)(de)推薦值由公式h=1.5(Vr/10)確定，6號鍋爐燃(ran)用(yong)煤的(de)(de)揮發(fa)分為26%左(zuo)右，因(yin)此h為2.4m，SOFA中心(xin)(xin)(xin)線標高應取29.9m。但現場安裝(zhuang)需繞開鋼梁等障(zhang)礙物，最終確定SOFA中心(xin)(xin)(xin)線標高31.7m，整個SOFA風(feng)箱布置在兩層鋼梁之間，即30.8-32.6m，SOFA中心(xin)(xin)(xin)線距離最上(shang)層三(san)次(ci)風(feng)中心(xin)(xin)(xin)線為4.Zm。

1.3 徑向空氣分級燃燒改造

將部分二(er)次(ci)風改(gai)造為(wei)偏轉(zhuan)二(er)次(ci)風，在(zai)(zai)徑向形成(cheng)空氣分級，以(yi)延緩煤(mei)粉與二(er)次(ci)風的(de)混合，抑制NOx的(de)生成(cheng)，同時通過偏轉(zhuan)二(er)次(ci)風在(zai)(zai)水冷壁(bi)面附近形成(cheng)一層風膜，以(yi)防止水冷壁(bi)結渣和(he)高(gao)溫腐蝕(shi)的(de)發生。典型的(de)偏轉(zhuan)二(er)次(ci)風系統爐內布置(zhi)見圖(tu)2。

從圖(tu)2可知(zhi)，一次(ci)風(feng)切(qie)(qie)角不變，仍采用反切(qie)(qie)(逆時針(zhen)方(fang)向)5°。AA層二次(ci)風(feng)仍維(wei)持不變，為(wei)(wei)直吹風(feng);B，E，H層二次(ci)風(feng)改(gai)為(wei)(wei)正(zheng)切(qie)(qie)3°;CD層、FG層二次(ci)風(feng)改(gai)為(wei)(wei)正(zheng)切(qie)(qie)9°;為(wei)(wei)控制(zhi)爐膛出(chu)口扭(niu)(niu)轉殘余，HH層改(gai)為(wei)(wei)反切(qie)(qie)7.5°。SOFA噴(pen)口設計成(cheng)具有(you)上(shang)下和水平擺動功能，從而可以調(diao)整燃(ran)盡風(feng)穿透(tou)深(shen)度和混(hun)合效(xiao)(xiao)果(guo)，并有(you)效(xiao)(xiao)防(fang)止(zhi)爐膛出(chu)口過大的(de)扭(niu)(niu)轉殘余。

改造后(hou)燃(ran)燒器噴口布(bu)置見圖3。

2 改造效果

為(wei)檢驗低(di)氮(dan)燃燒(shao)改造后(hou)的(de)效果(guo)，2007年7月2日進(jin)行(xing)了6號(hao)鍋(guo)(guo)爐NOx排放(fang)(fang)濃度(du)的(de)檢測(ce)。在空氣(qi)預熱器(qi)前水(shui)平煙道(dao)處抽取煙氣(qi)，送(song)人(ren)KANE940煙氣(qi)成(cheng)分(fen)(fen)分(fen)(fen)析儀，測(ce)試煙氣(qi)中O2和NOx的(de)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數。檢測(ce)在3臺(tai)磨煤機運行(xing)的(de)工況下(xia)進(jin)行(xing)。檢測(ce)結(jie)果(guo):NOx的(de)排放(fang)(fang)濃度(du)為(wei)437.5mg/m3(標準(zhun)狀(zhuang)態(tai)下(xia)，其氧(yang)的(de)質(zhi)量(liang)分(fen)(fen)數為(wei)6%)，滿(man)足GB13223一2003《火電廠(chang)大氣(qi)污染物排放(fang)(fang)標準(zhun)》對(dui)該類鍋(guo)(guo)爐NOx排放(fang)(fang)要求。與改造前NOx排放(fang)(fang)濃度(du)600mg/m3(標準(zhun)狀(zhuang)態(tai)下(xia))相(xiang)比，質(zhi)量(liang)濃度(du)降幅度(du)超(chao)過25%，改造效果(guo)明(ming)顯。

3 結論

a) 綜合(he)采用軸向空氣分級(ji)和徑向空氣分級(ji)的(de)空氣分級(ji)燃燒技術(shu)，對(dui)鍋(guo)(guo)爐燃燒系(xi)統(tong)進行了改(gai)(gai)造。改(gai)(gai)造后NOx排放(fang)的(de)質量濃度(du)由改(gai)(gai)造前的(de)以600mg/m3下(xia)降至437.5mg/m3(標準狀態下(xia))，達到GB13223一(yi)2003 《火(huo)電廠(chang)大(da)氣污染(ran)物排放(fang)標準》對(dui)該類型(xing)鍋(guo)(guo)爐NOx排放(fang)的(de)要求，改(gai)(gai)造效果明顯。

b) SOFA噴口設計(ji)成具(ju)有(you)上下(xia)和水(shui)平擺動(dong)功(gong)能(neng)，因此，在(zai)降低NO二排放的同時，能(neng)有(you)效防止爐膛出口產生過大的扭轉殘余(yu)。

c) 采(cai)用偏轉二次風，在抑制NOx排放(fang)的(de)同時，對防止鍋爐水冷壁結渣和高(gao)溫腐(fu)蝕有幫助(zhu)。

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