#4锅炉复合分级低NOx燃烧技术改造

陈永利

摘要：将4号锅炉原有燃烧器更换为低氮燃烧器，通过增加新的燃尽风喷口，结合煤粉在炉内的分级燃烧，改善炉内燃烧工况，降低锅炉Nox的排放量，提高锅炉运行的经济性和环保性，为其它机组低氮燃烧技术改造提供了可以借鉴的经验。

关键词：低NOx燃烧

一、概述

随着经济的发展，电力供应越来越紧张，由此带动了电力的发展。尤其是近几年，火力发电机组如雨后春笋的兴建。而火电机组的增加，势必导致燃用煤量的快速增长，于是氮氧化物的排放问题也逐渐的显露出来。因此加强燃煤电厂环保技术的发展，对于优化能源结构，满足国民经济持续、健康发展的要求，改善我国大气环境，提高人民生活质量等方面，均具有非常重要的意义。

元宝山发电有限责任公司三期工程4号炉600MW燃煤机组，哈尔滨锅炉厂在制造过程中已经应电厂要求按照十五期间哈工大3号炉的超细粉再燃改造方案实施了三段燃烧技术方案以及2011年进行的复合分级超低NOx排放系统的工程改造，当前NOx排放浓度约260~560mg/Nm3。目前，这种排放水平还不能满足电厂满负荷达到250mg/Nm3,75%负荷达到300mg/Nm3,50%负荷达到350mg/Nm3的水平的要求，因此为应对新的环保要求，电厂拟采取措施控制氮氧化物排放。因此采用低氮燃烧改造（LNB）＋SCR脱硝改造路线，首先通过低氮燃烧改造控制炉膛出口NOx到350mg/Nm3以下，再利用80%脱硝效率的SCR装置将NOx由450mg/Nm3控制到90mg/Nm3。#4锅炉复合分级低NOx燃烧技术改造项目就是针对此问题进行的。

低NOx燃烧技术改造的主要内容是：重新安装布置一次风煤粉燃烧器，在原燃尽风燃烧器上方新开设三层SOFA喷口提供燃尽风，利用新增的燃尽风使煤粉再燃降低氮氧化物的生成。

二、改造必要性

2011年7月29日，环保部批准施行《火电大气污染物排放标准》（GB13223-2011）代替GB13223-2003，最新标准规定：

自2012年1月1日起，对于新建火力发电锅炉及燃气轮机机组执行100mg/m3的氮氧化物限值；

自2014年7月1日起，现有的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100mg/m3的氮氧化物限值；

重点地区的火力发电锅炉和燃气轮机机组执行100mg/m3的氮氧化物限值；

只是对W型火焰炉、循环流化床及2003年12月31日之前建成投产或通过项目环境影响报告审批的锅炉可执行200mg/m3的氮氧化物限值。

为满足《火电厂大气污染排放标准》（GB13223-2011）的要求以及燃煤电厂污染物减排目标，本改造工程是必要的

三、组织实施

（一）改造方案确定

1、原锅炉简介

元宝山发电有限责任公司4号炉是哈尔滨锅炉厂按引进的ABB—CE技术设计制造的HG-2023/17.5-HM11型亚临界、自然循环、一次中间再热、平衡通风燃煤汽包锅炉。锅炉最大连续负荷（BMCR）蒸发量为2023t/h，锅炉额定蒸发量为1820.7t/h，额定蒸发量对应电负荷为600MW。设计煤种为褐煤。其炉膛结构如图1所示，主要设计规范如下：

（二）改造方案实施

1、一次风燃烧器部分

（1）更换28只新一次风燃烧器，燃烧器质量达到图纸设计要求，燃烧器本体做防磨处理。燃烧器采用一字型钝体，在稳定燃烧的同时保证一次风射流的刚性。同时将这些燃烧器的喷口进行调整，增加侧二次风喷口面积，减小一次风面积，提高一次风速度，使得煤粉集中于炉膛中心燃烧，减少游向壁面的颗粒，有利于防止结焦。

（2）所有燃烧器喷口钝体为防磨型钝体。

（3）所有方圆节磨损区域内衬陶瓷。

（4）修复燃烧器喷口摆动机构。

（5）缩小周界风挡板风门流通截面积，减少漏风。

（6）改造完成后，在保证一次风管道不堵粉的情况下，尝试减少一次风量，降低一次风率。

2、二次风部分

（1）由于燃尽风率的提高，为保持下部二次风的刚性和二次风箱与炉膛的压差，将原三层（BC，DD，FG）二次风喷口中的BC层进行封堵，DD，FG层封堵3/4面积，保留靠近背火侧的1/4面积，利用这部分偏转二次风，可以起到破坏一次风射流背火侧尾涡的生成的作用，以减少被尾涡卷吸到壁面的颗粒。

（2）改造HH层喷口为反切喷口，对整体旋转气流进行约束，减少游弋到壁面的焦炭颗粒。

（3）对各二次风风门挡板机构进行检查、修复减少漏风，以便于更好的调节炉内的风量分配。

（4）将剩余的各二次风喷口开度控制逻辑进行修改，由目前的最低30%减少到5%（或10%，根据冷却风需求），以利于实际风量调整的需要。同时优化氧量控制曲线，使之在高效低污染的条件下运行。

3、燃尽风部分

（1）在原四角燃尽风上方水冷壁上各增加三层燃尽风喷口（三层新增燃尽风采用手动水平摆动，上一层新增燃尽风采用手动垂直摆动），新增喷口面积为原燃尽风喷口面积的83%。

（2）四角从原燃尽风管道弯头处各引出一只新燃尽风风道至水冷壁新开燃尽风喷口（包括风门、膨胀节、风门执行器、支吊架、导流板、流量测量装置）。

（3）修复原燃尽风喷口摆动机构。

（4）在DCS系统中增加新增燃尽风的风门控制点位。

（5）在DCS系统中增加新增燃尽风风速测量点位。

（6）安装水冷壁管屏、密封壳。

四、结论

1、应用范围及应用现状

采用上述强化型立体分级低氮燃烧技术改造后，在燃用设计煤种时，锅炉排烟中NOX浓度满足设计要求和国家标准，锅炉运行稳定。经测试，低氮燃烧技术改造后运行的各项参数均达到或超过了保证值：

（1）低氮燃烧技术改造后，飞灰和大渣含碳量低于1%，CO排放水平不高于100ppm。

（2）低氮燃烧技术改造后，在燃用设计煤种下，NOx排放水平满负荷达到250mg/Nm3，75%负荷达到300mg/Nm3,50%负荷达到350mg/Nm3的水平。

（3）低氮燃烧技术改造后，未发生包括燃烧器区域在内的炉膛结渣和炉膛的高温腐蚀。

2、经济性评价：采用复合分级低氮燃烧技术对喷燃器改造后，锅炉出口NOx降低150mg/Nm3左右，机组全年发电量按24亿kwh计算，节约尿素量约127.05吨，节约成本约249.766万元。

该项目的完成，对国内主流电站锅炉（600MW）进行低氮燃烧技术改造提供了成功经验，同时也适用于新建锅炉机组。

参考文献：

[1]姜求志王金瑞．火力发电厂金属材料手册[M]．北京：中国电力出版社，2001．

[2]哈尔滨锅炉制造厂元宝山#4炉低氮燃烧改造图S-18369。