來源：清潔高效燃煤發電 科促會新型電力系統分會
【摘要】低氮燃燒器的改造，利用缺氧燃燒機理，通過調節風門擋板改變送入爐膛風量，有效的降低瞭脫硝反應器入口氮氧化物含量，減少瞭噴氨量，防止噴氨過多生成NH4HSO4堵塞空預器。
【關鍵詞】：低氮 缺氧 入口 風量 噴氨
1、概述
國傢對火電廠節能減排高度重視，排放監督越來越嚴。因此潤封電廠於2013年3月委托北京國電龍高科環境工程技術有限公司對#2爐進行瞭改造，其中包括低氮燃燒器及微油點火系統。鑒於目前煙氣排放現狀以及地方政府對煙氣排放的要求，電廠在實施煙氣脫硝改造後將大大減少NOx排放，但是仍需加強燃燒調整，通過減少燃燒區NOx的生成減少尾部脫硝噴氨量，為今後即將實施的超潔凈排放打好基礎。對樹立華潤發電廠品牌形象，保持可持續發展非常有利。
2、低氮燃燒器工作原理及作用
鍋爐燃燒中生成的氮氧化物(主要是NO及 NO2 )嚴重污染環境。生成類型為：燃料型NOx、熱力型NOx、快速型NOx。研究表明，煤粉爐(爐內溫度低於2000K)主要是燃料型NOx ，約占總量75%-80%，其餘為熱力型NOx、快速型NOx(最少)，揮發份生成的NOx約占燃料型NOx的60%-80%，其餘燃料型NOx焦炭中燃料N經多相反應生成。其生成機理為(雙區、兩段)：雙區－－濃相富燃料燃燒，揮發份迅速析出氣相反應(HCN、NHi+O2→NOx)更造成此區缺氧，使已形成的NOx與NHi反應生成N2，並使NHi相互反應，從而降低NOx生成；淡相富氧燃燒，燃燒溫度低抑制瞭NOx生成。為瞭實現清潔燃燒，降低燃燒中NOx、排放污染的技術措施可分為兩大類：一類是爐內脫氮，另一類是尾部脫氮。爐內脫氮就是采用各種燃燒技術手段來控制燃燒過程中NOx的生成，又稱低NOx燃燒技術。鍋爐燃燒中影響NOx生成的因素主要是燃燒區的氧濃度，火焰溫度等因素。潤封電廠2013年3月進行瞭#2機組脫硝改造，采用國電龍高科在燃燒器中煤粉濃淡分離、分級分層配風的解決技術，使燃燒區形成低過剩空氣系數，造成弱還原性氣氛燃燒，從而減少“燃料型”氮氧化物，燃燒後期由於燃盡風，促進煤粉燃盡;燃盡風噴口均可以垂直和水平方向擺動，垂直擺動± 15°，水平方向上擺動± 10°，可根據鍋爐運行狀況（燃盡、NOx排放、過熱器汽溫偏差等）進行噴口角度的適當調整，有效調節爐膛出口煙溫偏差，並保證過熱器管壁不出現超溫問題。通過實踐這種分級燃燒系統的方式能夠獲得更低的NOx排放水平。
尾部脫氮又稱煙氣凈化技術，即把尾部煙氣中已經生成的氮氧化物還原或吸附，從而降低NOx排放。潤封電廠采用SCR既選擇性催化還原法，在尾部煙道傢裝脫硝反應器來降低排放煙氣中的NOx含量。
潤封電廠一期工程2×320MW機組#1、#2鍋爐均為東方鍋爐股份有限公司生產的DG1025/18.2-II12型亞臨界自然循環汽包爐,采用鋼球磨中儲式制粉系統、熱風送粉，直流式百葉窗水平濃淡燃燒器，四角佈置，切向燃燒方式。
煤粉由熱一次風送入爐膛，共五層燃燒器。每層四角佈置呈切圓狀噴出煤粉，煤粉被煙氣卷吸熱及爐膛輻射熱點燃後在鍋爐35米中心處形成火焰中心主燃燒區。熱二次風從風箱進入爐膛，對煤粉穿透、混合、提供合適的風量，因而脫硝改造時對二次風噴口的風量進行瞭調整，通過降低總風量、改變配風結構來降低主燃區NOx的生成
如圖1所示，CC、OFA兩層為切角15度的反切風，可有效降低煙氣殘餘旋轉，減小爐膛兩側煙溫偏差。龍高科公司在OFA上部兩米增設瞭OFAA、OFAB、OFAC、OFAD四層燃盡風，可降低火焰中心並適當增加助燃風量，使煤粉在主燃區上部燃盡，減少熱力型NOx的生成。
龍高科公司原有二次風的基礎上在不改變其標高的情況下，對噴口面積進行瞭適當的調整，使其更適用與低氮燃燒的要求。二次風噴口采用收縮型結構，推遲一、二次風的混合，有效地推遲空氣與煤粉的混合，減少燃燒過程中含N基團與O2反應機會，有效降低NOx生成量。
主燃燒器區二次風噴口面積根據主燃燒器區有組織二次風減少的程度進行相應縮小，保證出口的二次風風速達到較高風速。保證最下層較大二次風噴口面積，使其具有較大出口二次風動量，起到在最下層托粉的作用，減少爐膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。二次風切圓佈置沒有改變，與原設計相同。
下圖為#2爐燃燒器及風門擋板佈置：
高位燃盡風系統將有組織燃燒風量沿爐膛垂直方向分級供入，主燃區有組織空氣量與理論空氣量的比值由原來λp=1.25變為λp=0.875~0.9375。在主燃燒器上方29m和32m標高處，佈置四層16隻燃盡風噴口，燃盡風將佈置在爐膛四角。
整個燃盡風噴口在燃燒器區上部相同的水冷壁角部位置開出燃盡風安裝口，燃盡風量占總空氣量約為25%~30%，燃盡風噴口風速采用較高風速45m/s~50 m/s，燃盡風噴口均可以垂直和水平方向擺動，垂直擺動± 15°，水平方向上擺動± 10°，可根據鍋爐運行狀況（燃盡、NOx排放、過熱器汽溫偏差等）進行噴口角度的適當調整，有效調節爐膛出口煙溫偏差，並保證過熱器管壁不出現超溫問題。
3、低氮燃燒器運行中出現的問題
3.1潤封電廠自2013年低氮燃燒器改造以來，由於龍高科公司調整瞭二次風口風量大幅度減少瞭送風，造成主燃區缺氧，燃盡區富氧，使飛灰爐渣含碳量增大，降低瞭經濟性。飛灰爐渣含碳量同比增長2-3%，大大降低瞭鍋爐經濟性。
3.2制粉系統風量不夠，造成制粉系統出力降低，廠用電率明顯提高。
3.3純從燃燒角度來講，鍋爐采用空氣分級低氮燃燒技術改造之後，燃燒延遲，火焰中心上移，爐膛出口煙溫上升，鍋爐的過熱汽溫、再熱汽溫變化過快，不穩定。易出現受熱面超溫及主再熱汽溫低限現象，對於機組安全、經濟有很大影響。
3.4主燃區的溫度下降較多，爐內溫度分佈均勻。水冷壁的沾污結渣情況會有很大改善，但燃燒滯後爐膛出口煙溫上升，受潤封電廠燃煤性質影響，爐膛出口易結焦，火焰電視處頻繁結焦。
3.5增加風量時，熱力型NOx含量增大，需增加噴氨量加大煙氣脫硝效果，造成氨逃逸率增大，生成硫酸氫胺，堵塞空預器。
3.6低負荷時，因煤質原因，爐膛兩側煙溫偏差大，且煙氣量小造成再熱汽溫較低。
4、燃燒調整應對措施
4.1充分認識降低NOx生成的兩個主要機理：降低主燃燒區溫度和低氧燃燒；充分掌握低氮燃燒器的工作原理，不論負荷高低，都可以進行大幅度調節。根據負荷適當開大底層（AA層）二次風擋板開度，如180MW時AA層擋板由55%開大到65%，在托粉同時使主燃區下部盡量完全燃燒減小爐渣含碳量，同時開大主燃區頂層二次風擋板（OFA層）及四層燃盡風擋板，使火焰中心下移減小熱力型NOx的生成。
4.2制粉系統風量由熱二次風提供，爐膛設計送風減小造成制粉系統嚴重缺風，按廠傢設計要求控制氧量3.0左右時制粉系統給煤機轉速平均降低100rpm。此時調節二次風壓、改變制粉系統運行方式成瞭目前唯一能解決的方法。利用輸粉機臨爐倒粉的特性，在兩臺機組不同的負荷時保持高負荷機組多轉制粉系統，向低負荷機組倒粉，這樣可以減少制粉系統啟停，減少制粉系統運行套數，保持制粉系統高風量，有效的降低瞭廠用電率。
4.3要認識到NOx的降低，必然導致著鍋爐效率的降低，要尋找一個最佳平衡點，不能一味追求低NOx。日常調整中，隻要NOx不是太高能滿足環保要求，就可以增加二次風，以提高燃燒效率。
4.4從控制NOx 的角度講，分級燃燒、分級進風都是有好處的。在實際中配煤時，潤封電廠B粉倉配劣質煤對應上層給粉機，A粉倉配長焰煤對應下層給粉機，起到穩燃效果。由於最下層二次風檔板運行中全開或開度較其他層大很多，底部燃燒器一般不會缺風，在配風時，適合用倒寶塔型配風，一方面有助於抬高火焰中心，使得低負荷時汽溫提高，另一方面也符合降低NOx 的配風策略，即主燃燒區缺氧燃燒。
4.5在條件滿足時，應盡量使用下層燃燒器，在不影響帶負荷的前提下，停運部分上層燃燒器，加大下層給粉機轉速，因下層風量稍大這樣也有利煤粉燃盡，提高燃燒效率。而且由於火焰中心下移，爐膛中心溫度降低，有助於減少NOx的生成；燃燒區至燃盡風之間的還原區延長，更有助於一部分NOx重新被還原。
4.6低氮燃燒器主燃燒區是缺氧燃燒，為保證燃燒安全，氧量值不應低於3%；在某層給粉機轉速大幅增加時，應適當開大對應二次風檔板，以免主燃燒區煤粉過多、嚴重缺風造成滅火、爆燃。隻有在給粉機轉速穩定時，方可逐漸關小對應二次風檔板，以降低NOx 。
4.7可適當調節粗粉分離器檔板，適度調細煤粉細度，雖然制粉系統出力下降，但是飛灰含碳量降低，損失減小。可首先將一套制粉系統煤粉細度調細觀察，按飛灰含碳量每升高1%，標準煤耗增加約1.0~1.3g/KWH來看，采取必要手段降低飛灰可燃物還是很值得的。
4.8適當提高二次風壓，保證合適的二次風速，提高二次風的穿透力，以利助燃。增加燃盡風後，整體二次風壓下降。按原設計，80%負荷以上，二次風箱差壓應保證1.0KPa，才能使二次風速在合理范圍，但改造後風壓最高0.8KPa遠遠小於設計值。可以在NOx含量滿足要求時采取加大總風量，關小二次風檔板、關小燃盡風的方法調節。
4.9周界風能起到加強一次風剛性的作用，防止氣流偏斜，防止煤粉火焰貼墻以及煤粉從氣流中分離；在煤粉氣流著火後，能及時供給少量二次風，有利於燃燒過程的發展。對於低氮燃燒器，煤粉集中，容易形成煤粉缺氧燃燒環境，有利於降低NOx的生成，且周界風量改造後較原設計有所增大，故周界風開度應隨給粉機轉速適度開大。
4.10關註爐膛、制粉系統漏風。冷風入爐會提高排煙溫度，降低鍋爐效率，有害無利。爐膛底部渣鬥水封應密封好、看渣孔、爐膛看火孔應經常檢查，確保關閉。制粉系統的漏點要及時聯系處理，包括木塊分離器蓋子、給煤機蓋子等應密閉好。
4.11低負荷應適度增大燃燒區風量，以利煤粉燃盡，但是風量過大會降低爐膛溫度，由於低負荷爐膛溫度水平偏低，若二次風穿透力過強極易造成滅火，影響安全；高負荷可以適度降低燃燒區風量，以提高經濟性，但是風量過小，空預器換熱減小，會造成排煙溫度偏高，損失增加。
5、結束語
機組運行中，燃燒調整本著安全、經濟的原則。脫硝改造後歷經兩年的摸索、試驗，在穩燃基礎上可適量關小二次風擋板，保證足夠的二次風壓，采用主燃區缺氧、燃盡區富氧的燃燒方式。適量開大底層二次風擋板，在降低氮氧化物排放的同時，也可有效的降低飛灰爐渣含碳量。
文章來源：《2015清潔高效燃煤發電技術交流研討會論文集》