摘要：贫煤燃烧特性较差，低氮燃烧改造会进一步恶化其燃烧条件，因此对于贫煤进行低氮燃烧改造难度较大。通过对良村热电330MW#1机组贫煤锅炉进行低氮燃烧器改造，将多种稳燃与低氮改造组合，重新设计低氮燃烧器、采用空气分级技术，SCR反应器入口氮氧化物浓度由600-700mg/Nm³降至250-400mg/Nm³，液氨耗量降幅达到40%以上，保证NOx排放浓度低于35mg/Nm³，完全满足环保标准要求。
关键词：低氮燃烧器，低氮改造，空气分级燃烧，NOx排放
1.引言
电站锅炉运行过程中生成的NOx是大气污染的主要来源之一。大气中的NOx会造成酸雨、光化学烟雾及臭氧层破坏等问题，对人体健康及大气环境造成危害。因此，针对电站锅炉的NOx排放限制日益严格。
电站锅炉目前NOx控制技术主要有燃烧生成控制和燃后烟气脱除两种。燃烧生成控制方法主要有低氮燃烧器设计与空气分级燃烧;燃后烟气脱除方法主要有SCR(选择性催化还原法)及SNCR(选择性非催化还原法)。本文所涉及的低氮燃烧器改造属于一种燃烧生成控制方法。
煤粉燃烧过程中NOx生成机理一般认为有三种方式：燃料型NOx，热力型NOx，快速型NOx，控制主燃区氧浓度与温度水平是控制NOx生成的主要途径。空气分级燃烧可使煤粉先后经历“富燃料低氧燃烧”和“富氧低温燃烧”，实现NOx生成过程的控制。而水平浓淡燃烧器向火侧煤粉浓度高，背火侧煤粉浓度低;在向火侧保持较低的氧浓度以控制NOx生成，背火侧实现低温富氧燃烧以控制NOx生成，同时改善水冷壁区域的还原性气氛以避免高温腐蚀与结渣。
由于贫煤挥发分低、灰分高，导致其着火、燃尽特性较差，而控制NOx生成会对贫煤着火燃尽进一步造成不利影响，因此贫煤低氮燃烧改造难度较大。国内目前针对燃用贫煤电站锅炉进行低氮燃烧器改造的成功经验较少，且改造后脱硝入口NOx浓度在550mg/Nm3以上。针对这一问题，本次改造采用将多种稳燃与低氮改造组合的方式，沿用水平浓淡燃烧器，增加SOFA、调整二次风布置，同时实现贫煤稳定燃烧与氮氧化物控制。
2.锅炉概况
石家庄良村热电公司装机容量2×330MW，#1锅炉为DG1110/17.4-∏12型燃煤锅炉，亚临界、中间一次再热、自然循环单炉膛、燃煤汽包锅炉，单炉膛Π型布置，四角切圆燃烧，尾部双烟道，固态排渣，平衡通风，全钢架悬吊结构，半露天布置。锅炉炉膛水平断面为正方形，边长12.8m。采用正压直吹制粉系统，配3台MGS4062型双进双出钢球磨煤机。锅炉煤质参数如表1所示。
原有燃烧设备为四角布置，切向燃烧，百叶窗式水平浓淡直流摆动式燃烧器，总共24只煤粉燃烧器分6层布置在炉膛四个切角上。燃烧器喷口中心线与炉膛中心线的假想切圆相切，假想切圆直径为Φ790。每角燃烧器共布置16层喷口，其中有6层一次风(A、B、C、D、E、F，其中A层布置少油点火装置)喷口，2层燃尽风(OFA1、OFA2)喷口，8层二次风喷口(AA、AB、BC、CC、DD、DE、EF、FF，其中AB、BC、DE层布置有燃油装置)。燃烧器布置如图1所示，配风设计参数如表2所示。
在低氮燃烧器改造前，SCR反应器入口氮氧化物浓度分布于600-700mg/Nm3之间，而排烟塔氮氧化物排放浓度为70-100mg/Nm3。在改造前进行的超低排放试验表明，通过调整喷氨量可以将脱硝出口氮氧化物含量降至50mg/Nm3以下，但是，喷氨量大幅上升，氨逃逸明显增加，长期运行会导致空气预热器堵塞加剧，对空预器正常运转威胁极大。为满足50mg/Nm3的超低排放要求，通过燃烧生成控制方法来降低SCR反应器入口氮氧化物浓度是必要的。
3.改造方案
低氮燃烧器改造采用将稳燃设计与低氮改造组合的燃烧技术，改造后将实现炉内深度低氮燃烧、提升炉内燃烧的稳定性。
由于设计煤种的灰熔点较高，锅炉炉膛结焦倾向不明显，因此，在一、二次风假想切圆设计过程中维持原设计。改造后燃烧器布置图如图2所示。在炉膛垂直高度空间上，仍然维持上下两组布置格局，即A、B、C三层为下组，D、E、F三层为上组，在火焰中心区形成具有较高煤粉浓度、较高温度、适宜氧浓度的格局，在靠近水冷壁区域形成较低煤粉浓度、较高氧浓度以及较低燃烧温度的格局，保证高效、低氮燃烧的同时，防止水冷壁高温腐蚀。有效突出了稳燃功能区、还原功能区以及氧化功能区的各大燃烧功能区作用。A层一次风为小油枪煤粉点火装置，改造过程中不作改动，更换B、C、D、E、F五层一次风喷嘴体以及一次风喷口，保证燃烧器的超长运行周期;为保证在低氧条件下煤粉气流在着火初期的稳定着火，一次风沿用低阻力、高浓缩比的新一代水平浓淡燃烧器，如图3所示。
一次风喷口周界风射流与煤粉射流采用差角设计，形成烟气涡流周边卷吸，确保煤粉及时稳定着火，加强燃尽效果，拓宽燃料适应性;在一次风喷口背火侧设计较大出口动量的周界风偏置形式，改善两侧补气条件，对炉膛水冷壁面起到防止结渣、防止高温腐蚀的保护作用。
取消原有OFA燃尽风，增加三层分离燃尽风，调整SOFA标高，使得燃烧器形成深度空气分级，同时SOFA喷口可以水平、上下方向摆动。根据锅炉运行状况(燃尽率、NOx排放、过热器汽温偏差等)进行喷口角度的适当调整，有效调节炉膛出口烟温偏差，并保证过热器管壁不出现超温现象。SOFA标高确定后，将原有大风箱整体向上延伸，使SOFA风箱与大风箱连成一个整体。改造后主燃区二次风喷口通过的二次风量大幅减少，因此对所有二次风喷口进行重新设计安装。改造后燃烧器配风设计如表3所示。
4.改造效果
机组在运行时控制排烟塔NOx浓度为环保限值的70%左右长期运行。由图4可见，改造后排烟塔NOx浓度均值由70mg/Nm3(折算到6%O2)降低至35mg/Nm3，可以满足50mg/Nm3的超低排放要求。
图5与图6显示了低氮燃烧器改造前后，SCR入口NOx浓度以及反应器喷氨量统计结果。由图5可见，低氮燃烧器改造后，SCR入口浓度在全负荷段降低至250-400mg/Nm3，与改造前统计数据相比降幅达到300mg/Nm3，燃烧生成阶段NOx控制效果明显。在SCR入口与出口NOx浓度同时降低的前提下，反应器喷氨量也大幅降低，由图6可见，改造前后喷氨量降低60kg/h以上，降幅大于40%。
5.结论
保证贫煤稳定燃烧与低氮燃烧改造措施通常相互矛盾，因此对贫煤进行低氮燃烧改造难度较大。对良村热电#1贫煤锅炉进行低氮燃烧器改造后，氮氧化物控制效果显著。通过将多种稳燃与低氮改造组合，重新设计低氮燃烧器、采用空气分级技术，SCR反应器入口氮氧化物浓度由600-700mg/Nm³降至250-400mg/Nm³，液氨耗量降幅达到40%以上，保证NOx排放浓度低于35mg/Nm³，完全满足环保标准要求。
原标题：良村热电#1锅炉低氮燃烧器改造试验研究
