锅炉低氮燃烧器改造

锅炉低氮燃烧器改造

作者：李伟刘帅点击：1399

浅论HG-1020/18.58-YM型自然循环锅炉

低氮燃烧器改造

1 概述

大唐鲁北发电有限责任公司 2×330MW机组分别与2009年9月、2009年12月投产运行，锅炉采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的HG-1020/18.58-YM23型自然循环锅炉。锅炉燃烧系统采用水平浓淡煤粉燃烧技术，烟气中氮氧化物含量在600mg/Nm³左右。随着国家对火电厂节能减排高度重视，环保标准将越来越高。根据《火电大气污染排放标准》要求，2014年1月1日起现有发电厂锅炉NOx排放浓度限值不大于100mg/Nm3。本着对社会负责，对企业负责的态度，大唐鲁北发电有限责任公司决定对本工程配套建设脱硝装置，脱硝装置投产后机组NOx排放浓度将降至排放标准以下。

按照脱硝工程设计要求，需对我公司燃烧器系统进行改造，将锅炉出口NOx排放浓度降低至

200 mg/Nm3以下。本文列举了大唐鲁北发电有限责任公司针对以上问题做出的相对应改造以及取得的效果。

2 设备简介

2.1工作原理

大唐鲁北发电有限责任公司2×330MW机组锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的，配330MW汽轮发电机组的亚临界、一次中间再热、燃煤自然循环汽包锅炉，型号为HG-1020/18.58-YM23。１号机组2009年9月投产，2号机组2009年12月投产。

锅炉燃烧系统采用摆动式燃烧器，燃烧器为四角布置，共5层分别对应5台磨煤机（由下往上依次是A、B、C、D、E）燃烧器四周通有周界风，在AB、BC、DE层布置由三层机械雾化油枪，燃用＃0轻柴油，按锅炉30％BMCR负荷设计，单支最大用油量1.68t/h。本燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术，以提高锅炉低负荷运行的能力，燃烧器可以上下摆动，其中一次风喷嘴可上下摆动20度，二次风喷嘴可上下摆动30度，顶部燃尽风喷嘴可向上摆动30度，向下摆动5度。正常运行时摆动燃烧器作为调整再热汽温的主要手段。

3 出现问题及原因分析

原燃烧器主要存在以下问题：

1) 原 SOFA 风量占总二次风量的 25%左右，占总风量的 20%左右，这样造成在主燃烧器区域的过量空气系数就已经达到了 1.0～1.05，这对于抑制 NOx的生成没有起到应有的效果。

2) 原 SOFA 与主燃烧器之间的还原区高度仅不到 4 米（喷嘴中心间隔 5 米），对于 NOx 还原所需的空间不够，没有实现较好的 NOx 还原作用。

3) 采用原水平浓淡分离装置以及浓淡喷嘴钝体设计存在结构问题，首先由于分离器问题，导致浓淡两侧风速偏差较大，淡侧出口风速远低于浓侧，浓侧虽然煤粉较多但风量同样较多，导致煤粉浓缩效果不明显，浓侧煤粉浓度较低；同时由于淡侧煤粉风速过低，易导致淡侧煤粉喷嘴附近结渣，不利于安全经济运行。其次由于在喷嘴出口采用钝体分离及导流煤粉，造成钝体运行环境恶劣，既要承受煤粉冲击磨损，同时又处于高温环境，容易造成钝体在一年左右时间损坏。

4) 在四角切圆燃烧燃烧中，由于主燃烧器区域的燃烧器设计中没有保护水冷壁壁面氧量控制的设计，容易造成炉膛水冷壁的结渣和高温腐蚀的发生。

5) 在采用原 CE 摆动燃烧器技术设计中，喷嘴与壁面间歇过大（12mm），同时采用的直边喷嘴结构，大流通面积的油风室喷嘴，造成燃烧的无组织漏风（不经过喷嘴出口）过大，同时在进行摆动过程中，无组织漏风会急剧增加，这对于控制 NOx 的生成积极不利，特别在锅炉低负荷运行中会导致 NOx 大幅上升。大量的油风室喷嘴旋流风又容易快速地混入一次风煤粉中，这都对于防止 NOx 的生成都不利。

4 设备改造方案

对燃烧器进行低NOx燃烧器综合改造，其方案布置如图1-1所示。更换现有燃烧器组件，对燃烧器进行重新布置，改变切圆直径，拆除原有SOFA燃尽风，更换新的燃尽风组件，以增加高位燃尽风量；一次风喷口全部采用上下浓淡中间带稳燃钝体的燃烧器；采用新的二次风室，适当减小端部风室、油风室及中间空气风室的面积；在凑燃尽风室两侧加装贴壁风；采用节点功能区技术，在两层一次风喷口之间增加贴壁风。

一次风仍旧为逆时针方向，其假想切圆适当减小；调整二次风射流方向，二次风改为与一次风小角度偏置，顺时针反向切入，形成横向空气分级。主燃烧器区整体下移，风量重新合理分配，通过调整主燃烧器区一二次风喷口面积，使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求，主燃烧器区的二次风量适当减小，形成纵向空气分级。主燃烧器装有摆动机构，可以上下摆动以调节再热汽温。

拆除原来的一层分离燃尽风SOFA，在原主燃烧器上方约6米处重新布置4层分离SOFA喷口，分配足量的SOFA燃尽风量，SOFA喷口可同时做上下左右摆动。

4.1燃烧系统改造范围

(1) 主燃烧器（更换现有四角燃烧器本体，包括一次风喷口及弯头、二次风喷口、摆动机构、风箱风道、风门挡板、保温、护板、吊挂装置及附件等）。

(2) 分离SOFA燃尽风（喷口、摆动机构、燃尽风箱、连接风道、保温、护板、吊挂装置及附件等）。

(3) 水冷壁管屏（主燃烧器区域和燃尽风区域水冷壁弯管及修整管）。

(4) 油枪、点火器与火检（保留现有的油枪、点火器与火检系统）。

(5) 电气、仪表及控制（电源盘、控制柜、电缆等）。

(6) 附属系统（支吊架、楼梯平台、检修起吊设施、防腐、浇注料、保温和油漆设计等）。

(7) 其它（整套工程的设计、设备制造(含现场制作)、设备及材料供货、运输、安装工程、指导监督、技术服务、人员培训、调试、试验（含脱硝改造过程中所需各种数据测试并提供相关数据分析报告）及整套系统的性能保证和售后服务等,并保证该全套工程的安全实施和不会对环境造成不良影响）。

4.2燃烧器改造方案说明

结合锅炉目前状况及改造目标进行充分分析，我们采用低NOx双尺度燃烧技术对锅炉进行低NOx

燃烧改造，就是在射流空气分布（空间尺度）及燃烧过程控制实现（过程尺度）上采取措施。具体措施如下：

4.2.1燃烧器低NOx改造措施

(1) 纵向三区分布

如图1-2所示，改造后燃烧器从下至上大致分为三个区，依次为集中氧化燃烧区、集中还原区及燃尽区。

通过在主燃烧器上方合适位置引入适量的燃尽风（总风量20-30%），燃尽风采用多喷口多角度射入，燃烧器改造后沿高度方向从下至上形成三大区域，分别为氧化还原区（总风量的70-80%）、主还原区、燃尽区。氧化区有助于煤粉初期燃烧，炉温升高，促进煤粉着火、燃烧及燃尽。由于有较大燃尽风量的存在，主燃烧器区内也会存在氧化还原交替存区，通过控制高度方向的配风，可形成局部还原区，可以初步还原产生的NOx，使NOx在初始燃烧时就得到抑制，在主还原区内已生成的NOx还可得到更充分还原，