燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响

燃烧优化调整对NOx排放和锅炉效率的影响

摘要：目前，我国的科技发簪十分迅速，为研究燃烧调整对NOx排放和锅炉效

率的影响，在330MW煤粉炉机组满负荷运行工况下，通过调整过量空气系数、SOFA风开度、二次风配风方式、周界风开度以及燃烧器摆角，测定了尾部烟道

SCＲ入口A、B两侧的NOx排放浓度及其相关数据，并计算得到锅炉效率，研究

了各因素对NOx排放浓度和锅炉效率的影响。结果表明，运行氧含量较低时能降

低NOx浓度并保证较高的锅炉效率；倒塔配风的NOx排放浓度比正塔配风和均

等配风分别低约9.1%和7.8%，倒塔配风最低，正塔配风最高；锅炉效率随着SOFA风开度的减小呈先上升后下降趋势，而NOx浓度呈递增趋势；随着周界风

开度的逐渐增大，锅炉效率先减小后增加，而NOx排放逐渐增大，周界风开度变

化7%，锅炉效率变化1%左右；随着燃烧器摆角的增加锅炉效率先呈上升后呈下

降趋势，而NOx浓度呈下降趋势。

关键词：NOx排放；燃烧优化调整；锅炉效率；电站锅炉；过量空气系数；

配风方式

引言

生物质是一种低碳清洁的可再生能源，气化作为生物质能转化利用的一条主

要途径，正日益受到重视。在我国降低散煤消耗以及提升生物质能利用规模的产

业发展背景下，通过气化将生物质转化为低热值燃气后将其送入中小锅炉内燃烧

供热已经成为工业锅炉去煤化一条重要途径；另一方面，生物质气化后将燃气送

入大型煤粉锅炉混烧发电的技术路线也已成为发电行业关注的热点。

1试验

1.1试验机组概况

本文试验对象是上锅生产的SG－1151/17.5－M4008亚临界参数汽包炉，采

用自然循环、四角切向燃烧，单炉膛，一次再热，平衡通风，锅炉紧身封闭，室

内布置，固态排渣，为全钢架悬吊结构π型汽包锅炉，锅炉最大连续蒸发量

1151t/h。制粉系统采用中速磨煤机直吹式制粉系统，共设5台中速磨煤机，其中

4台运行，1台备用。空气预热器进风加热方式、一次风和二次风系统均采用暖

风器加热系统，锅炉主要设计参数（设计煤种）见表1。

表1 锅炉主要参数

1.2测量方法

测量手段包括烟气组分测量和燃烧室出口温度测量两部分。烟气组分测量通

过TESTO350加强型烟气分析仪实现，该仪器利用电化学分析法测量烟气中的O2、CO、NO和NO2含量，利用电调制非分光红外（Non-DispersedInfrared，NDIR）

测量CO2含量，由于该仪器自带进气干燥装置，测得数据均为干基排放数据。测

量精度如表1所示。测量时在柔和燃烧器出口布置水冷Y型取样探针，正对烟气

来流均匀布置等面积的取样孔，保证测量结果为出口烟气的平均值，烟气分析仪

如图1所示，具体测量位置如图2所示。每个工况稳定后进行测量，测量时间不

低于30s量结果取稳定时间段内的平均值。

图1 烟气分析仪

图2 实验台控制系统示意图

1.3试验内容

对于已投运的电站机组，影响其高效稳定燃烧和NOx生成的因素众多，主要有：①煤种基本特性，主要指燃用煤的挥发分、含碳量、含氮量、发热量等燃料的基本特性。②运行参数，主要指运行过程中，一次风、二次风、燃尽风的配比关系与风速参数，以及煤粉粒度、燃烧器的摆动角度等运行中的可控参数。③锅炉的结构参数，主要指机组设计的结构特性，燃烧器类型和燃烧方式以及炉膛设

计的基本参数，如截面热负荷、排渣方式。本文针对以上影响因素，进行了NOx

排放和机组效率的耦合试验。试验前保证机组的主、副机能够正常运转，检查整

个机组的严密性，保证不泄露。试验前进行炉膛及受热面的吹扫作业并对试验所

用的测量仪器、仪表等进行校核和标定。1）首先进行氧含量优化调整试验，试

验时保持机组负荷稳定在330MW，维持一次风压、二次风配风方式、周界风开度、SOFA风配风方式、燃烧器摆角、磨煤机组合等不变，改变氧含量，实测排烟温度、氧含量、NOx、CO排放浓度、大气参数，采集原煤、飞灰、大渣，并记录

相关DCS数据，煤粉燃烧器布置及平面示意如图3所示。

图3 喷口布置形式

2）SOFA（分离燃尽风）风优化调整试验时保持机组负荷稳定，维持运行氧

含量、二次风配风方式、周界风开度、磨通风量、燃烧器摆角、磨煤机组合等不变，研究SOFA风配风，对锅炉主要运行参数及性能的影响。试验中实测排烟温度、炉膛温度、氧含量、NOx和CO排放浓度、大气参数，采集原煤、飞灰、大渣，并记录相关DCS数据。3）周界风开度优化调整试验时，保持机组负荷稳定，维持运行氧含量、SOFA配风，二次风配风方式、磨通风量、燃烧器摆角、磨煤机组合等不变，研究周界风开度对锅炉主要运行参数及性能的影响。试验中进行锅

炉效率测试，实测排烟温度、炉膛温度、氧含量、NOx和CO排放浓度、大气参数，采集原煤、飞灰、大渣，并记录相关DCS数据。4）燃烧器摆角优化调整试

验时，保持机组负荷稳定，维持运行氧含量、二次风配风方式、SOFA风配风、磨通风量、周界风开度、磨煤机组合等不变，研究燃烧器摆角对锅炉主要运行参数

及性能的影响。

2试验结果与讨论

2.1散热量对NOx的影响

由表2可知，A、B、C三种工况的燃烧室为石英玻璃，向外传热方式主要是

向石英玻璃辐射热量，热量接着由空气自然对流带走，A、B、C工况的热量损失

为18%~25%；而D、E、F三种工况的燃烧室为水冷套，燃烧器内的热量主要由水

冷壁内的水通过强制对流带走，水冷壁的散热效果明显强于石英玻璃。图4为不

同工况下NO~随当量比的变化，由图可知，当量比从0.6逐渐升到0.75时，A、B、C三个工况下的NO~均升高。相同当量比下提高空气流量，即提高射流速度NOx

没有明显的变化。D、E、F三个工况下NOx的变化也具有相同的趋势，提高空气

流量并不能明显改变NOx的值。说明尾气中NOx受射流速度的影响并不随燃烧

室散热量的改变而变化。对比A、B、C三个工况和D、E、F三个工况可以发现，NOx随当量比的变化曲线逐渐向当量比更高的方向移动，当量比等于0.72时，A、B、C三个工况下的NOx明显高于工况E的NOx，说明随着燃烧室散热量的增加，相同当量比下尾气中NOx含量下降，其原因可能是燃烧室散热量增大导致燃烧室

内整体温度下降，热力型NOx生成与温度相关，也会下降，导致整体NOx含量

下降。

表2 测量工况表