基于脱硝入口烟气NOx含量的燃烧调整技术研究

江西电力・２０１７　蒸　磷入　Ｏ　禽　赵振锐，钟旭亮，朱忠芳　（华能瑞金发电有限责任公司，江西赣州Ｉ　３４１１０８）　接　摘　要：本文通过对脱硝人口烟气ＮＯ　含量与机组负荷、燃尽风档板开度、空预器入口氧量及制粉系统运行方式变　化关系的研究，结合燃烧过程中ＮＯ　生成机理，提出了基于脱硝入口烟气ＮＯ　含量的燃烧调整策略，以其作为燃烧　调整的辅助手段，达到提高装有脱硝装置的燃煤锅炉运行综合经济性与安全性的目的。　关键词：脱硝；ＮＯ　；燃烧调整　中图分类号：ＴＭ６２１．７　文献标志码：Ｂ　厂生产的３５０　ＭＷ超临界直流炉。水冷壁采用螺旋　０　引言　脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与机组负荷、燃尽风档板　开度、空预器入口氧量及制粉系统运行方式等燃烧调　整手段存在一定的变化关系，因此，脱硝入口炯气ＮＯｘ　水冷壁＋垂直水冷壁的结构。型号：ＨＧ一１　１００／　２５．４一ＰＭ１。锅炉采用前后墙对冲燃烧方式，２０只三　井巴布科克公司引进技术制造的ＬＮＡＳＢ型燃烧器分　前三层、后两层布置在炉膛前后墙上，前墙由下往上　分别为Ａ／Ｂ／Ｃ层，后墙由下往上分别为Ｅ／Ｄ层。在煤　粉燃烧器的上方前后墙各布置２层燃尽风，每层有４　只风口，使沿炉膛宽度方向热负荷及烟气温度分布更　均匀。　含量在一定程度上反映了炉膛燃烧工况的情况。燃烧　调整不仅要考虑锅炉效率、受热面的结焦、金属壁温及　主再热汽温的情况，还要考虑ＳＯ　及Ｎ０ｘ排放情况，特　别是在国家对电厂Ｎ０ｘ排放量提出了明确的控制要求　锅炉布置两台ＳＣＲ反应器，每台反应器安装三　层催化剂，烟气从锅炉省煤器后烟道引出通过ＳＣＲ　反应器进行脱硝反应，再送回空气预热器前烟　道。ＳＣＲ反应区工艺系统主要由娴气系统、ＳＣＲ反　之后。为了实现达标排放，目前大部分燃煤电厂都增　加了烟气脱硝装置，普遍采用比较成熟的选择性催化　还原技术。因此，锅炉运行经济性不仅仅与锅炉效率　有关，还必须考虑单位发电量的喷氨量。在相同的锅　炉效率下，单位发电量的喷氨量越低，脱硝运行成本越　应器本体、氨喷射系统、声波吹灰和蒸汽吹灰系统　组成　低，锅炉运行综合经济性越高。降低单位发电量的喷　氨量不仅可以延长脱硝催化剂的使用寿命，还能有效　减少硫酸氢氨的生成，防止空预器、低低温省煤器烟气　差压增大，造成堵塞现象。在此情况下，提出基于脱硝　入口炯气ＮＯｘ的燃烧调整策略，这对装有脱硝装置的　燃煤锅炉安全经济运行具有重大的指导意义。　不同的负荷、不同的制粉系统运行方式、不同的　空预器人口氧量、不同的燃尽风档板开设度以及不同　的煤种均会引起脱硝人口烟气ＮＯｘ含量的变化。表　２　瑞金电厂脱硝入口烟气ＮＯｘ含量随燃烧　调整工况变化的关系　１　设备及系统简介　华能瑞金电厂一期工程安装两台由哈尔滨锅炉　１列举了脱硝入口烟气ＮＯｘ含量随负荷、空预器人口　氧量、燃尽风档板开度偏置量以及制粉系统运行方式　的变化情况。　收稿日期：２０１７－０６—２２　作者简介：赵振锐（１９８４一），男，工程师，现从事电厂集控运行工作。　２０１７年第８期／总第１ｇ７期５３　发电技术　表２　脱硝入口烟气ＮＯｘ含量随燃烧调整工况的变化情况　上述数据取自２０日至２８日之间，期间华能瑞金　电厂１号机组上煤方式为Ａ、Ｅ仓印尼煤，Ｂ仓郑煤，　Ｃ、Ｄ仓澳大利亚煤。　２．１　脱硝入口烟气ＮＯｘ含量随负荷的变化关系　燃尽风档板开度偏置量为零时，脱硝入口烟气ＮＯｘ　含量随负荷变化关系，如图１。因采样时煤量及氧量存在　波动，故对数据作如下处理：即同样燃尽风档板偏置量，　取各氧量对应下的脱硝入口烟气ＮＯｘ含量的平均值。　６００　喜４。。　帅　一　一删　年　２００　主０　１６０　１　８０　２００　２６０　３２０　３４０　３５０　负荷／ＭＷ　图１　脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与负荷变化关系（偏置为Ｏ）　燃尽风档板开度偏置量为３０（其中３２０　ＭＷ、　３５０　ＭＷ对应的燃尽风开度偏置量为２２）时，脱硝入　口烟气ＮＯｘ含量随负荷变化关系，如图２。　…｝　　畸　哪　＋Ａ侧入口ＮＯｘ平均　Ｂ侧入ｎＮＯｘ平均　一　一两侧入ｌｌＮＯｘ平均　１６０　１８０　２００　２３０　２６０　２９０　３００　３２０　３５０负荷／ＭＷ　图２脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与负荷变化关系（偏置为３Ｏ）　由图１可以看出，脱硝人口烟气ＮＯｘ含量随制粉系　统运行台数呈分段式分布，在一定的制粉系统运行台数　下，脱硝入口烟气ＮＯｘ含量通常随负荷的增加逐渐减　少，燃尽风档板开度对这变化趋势有一定的影响，即主　燃料区氧浓度的不同，脱硝人口烟气ＮＯｘ含量随负荷的　变化关系有所不同。脱硝入口烟气ＮＯｘ含量主要取决　于主燃烧区氧浓度与炉膛温度两者作用的结果。燃尽　风对脱硝入口烟气ＮＯｘ含量有一定的稀释作用。一定　的制粉系统运行台数下，负荷增加时炉膛温度逐渐上　升，热力型ＮＯｘ生成量增加；而随着负荷的增加制粉系　统出力逐渐接近额定出力，主燃烧区氧气浓度下降，　ＮＯｘ生成量减少，在燃尽风量不变的情况下，主燃烧区　氧气浓度存在一个值使得脱硝人口烟气ＮＯｘ含量不随　负荷的变化而变化。因此，一定制粉系统台数下，当主　燃烧区氧气浓度偏大时，脱硝入口烟气ＮＯｘ含量随着负　荷的增加而减小…。　２－２脱硝ｌ入口烟气ＮＯｘ含量与燃尽冈档板开度偏置的关系　因煤量及氧量波动，故对数据作如下处理：即同　样燃尽风档板开度偏置，取各氧量对应下的脱硝入口　烟气ＮＯｘ含量的平均值。高负荷数据量偏少，由于煤　量及氧量的波动影响，不能正确反映燃尽风档板开度　对脱硝人口烟气ＮＯｘ含量的影响。　脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与燃尽风档板开度偏置　的关系如图３。　Ｉ－－　Ｉｌ＿　曼肛　板开度　置。｝口　竖盟挡堑　堕盟　　硝人口烟气ＮＯｘ含量随着燃尽风档板的开大而减　小。高负荷数据量偏少，由于煤量及氧量的波动影　响，不能正确反映燃尽风档板开度对脱硝入口烟气　ＮＯｘ含量的影响。　２．３脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与各负荷下氧量的关系　因各负荷下氧量值不一致，故曲线按氧量由小至　大的顺序列出对应的脱硝人口烟气ＮＯｘ含量，从而得　出各负荷下脱硝入口烟气ＮＯｘ含量随氧量增加的变　化趋势。　燃尽风档板开度偏置量为零时，脱硝入口烟气　ＮＯｘ含量与氧量的变化关系，其中３５０　ＭＷ对应的燃　尽风档板开度偏置量为１１％，如图４。　１６０　１８０　２００　２６０　３４０　３５０　ｍ荷ＯＡＷ　图４脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与各负荷下氧量的变化关系　燃尽风档板开度偏置量为３０时，脱硝入口烟气　ＮＯｘ含量与氧量的变化关系，其中３５０　ＭＷ对应的燃　尽风档板开度偏置量为１ｌ％，如图５。　７００　６加　５００　４０ｏ　面　３００　呈　二ｌｌ　图５脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与各负荷下氧量的关系　从图４和图５中看出，各个负荷下脱硝人口烟气　ＮＯｘ含量几乎都随着氧量的增加而增加。燃尽风档　板开度的增加，使得氧量对脱硝入口烟气ＮＯｘ含量的　影响程度有所变化，但变化不大。　３　基于脱硝入口烟气ＮＯ　含量的燃烧调整策　略　从瑞金电厂脱硝入口ＮＯｘ含量随燃烧工况的变　化情况看主要存在以下问题：一、制粉系统出力偏离　额定出力时所对应的负荷，脱硝入口烟气ＮＯｘ含量偏　江西电力・２０１７　大，且偏离得越多，脱硝人口烟气ＮＯｘ含量越大；二、　燃尽风档板开度对脱硝人口烟气ＮＯｘ含量控制效果　显著，其随负荷增加而开大的逻辑对降低各负荷下脱　硝人口烟气ＮＯｘ含量并不适合。　基于脱硝人口烟气ＮＯｘ含量的燃烧调整策略即　根据不同负荷下的脱硝入口烟气ＮＯｘ含量以及其随　负荷的变化关系来判断炉膛燃烧工况的情况，通过调　整燃尽风档板的开度、氧量、各制粉系统的出力、运行　方式及一、二次风的风量，控制主燃烧区氧浓度在合　适的范围，以保证锅炉安全运行同时实现锅炉效率与　脱硝运行成本的经济最大化。　根据ＮＯｘ生成的机理，ＮＯｘ生成量与炉膛温度场　可ｌ　一叫　出　一　分布及炉膛内冷态煤粉浓度　有关。负荷越高，炉内　温度水平越高，将促进燃料型ＮＯｘ及热力型ＮＯｘ的　生成　；煤种相同时，炉膛内冷态煤粉浓度越高，越有　利于ＮＯｘ控制。因此，在一定煤种、一定制粉系统运　行方式及一定的负荷下，脱硝人口烟气ＮＯｘ含量反映　了炉膛内温度水平与冷态煤粉浓度两种作用的结　果。在一定的负荷下，脱硝入口烟气ＮＯｘ含量不是越　低越好，存在一个最小值或范围，使得主燃烧区域处　于富燃料燃烧工况，即能保证锅炉的安全运行又使锅　炉的综合经济性最高。脱硝入口烟气ＮＯｘ含量太低，　说明主燃烧区域缺氧燃烧或出现燃烧恶化现象，严重　时造成锅炉结焦、机械不完全燃烧损失增加及受热面　高温腐蚀。脱硝入口烟气ＮＯｘ含量太高，说明主燃烧　区域处于富氧燃烧工况或存在局部过负荷区域，引起　锅炉排烟温度升高、风机电耗上升及受热面磨损　加剧。　基于脱硝人口烟气ＮＯｘ含量的燃烧调整策略：　３．１　燃尽风档板开度　根据脱硝入口烟气ＮＯｘ含量与燃尽风档板开度　偏置量、负荷之间的关系，为解决制粉系统出力偏离　额定出力脱硝入口烟气ＮＯｘ含量偏大的的问题，应将　燃尽风档板开度随负荷的变化关系修改如图６。即　分别以两磨运行、＝三磨运行、四磨运行时制粉系统出　力为额定出力工况下确定的燃尽风档板开度作为各　工况下燃尽风档板的开度，这样即能控制制粉系统出　力偏离额定出力时脱硝入口烟气ＮＯｘ含量，又能防止　制粉系统出力低时出现主燃烧区域出现缺氧燃烧现　象，因为燃尽风总量只占总风量的２０％左右　。　２０１７年第８期／总第１９７期５５　发电技术。　Ｐ０ＷＥＲ　ＧＥＮＥＲＡＴ１０Ｎ　ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＹ　堡　薹　５。０　３０　０　图６　燃尽风档板开度与负荷之间的关系　３．２　氧量　以两磨运行、三磨运行、四磨运行时制粉系统出　力为额定出力时的工况为基准工况，通过燃烧调整试　验确定最佳的氧量定值，以保证锅炉在安全运行的前　提下综合经济性最高。　３．３各制粉系统的出力　正常运行时，尽量使各制粉系统的出力一致，这　不仅对控制脱硝入口烟气ＮＯｘ含量有利，而且使炉膛　受热分布均匀，避免出现局部过负荷或局部缺氧，有　利于提高燃烧效率，降低不完全燃烧损失，防止受热　面出现超温或结焦。在保证各制粉系统出力一致的　前提下，通过对总风量的控制，控制脱硝人口烟气　ＮＯｘ含量在合理范围，保证锅炉在最佳氧量附近　运行。　３．４　制粉系统运行方式　尽量避免在下层制粉系统停运的情况下长期运　行。并在保证安全运行的前提下，尽量控制制粉系统　运行台数，最大限度发挥制粉系统的带负荷能力。这　不仅对控制脱硝人口烟气ＮＯｘ含量有利，也对锅炉效　率的提高有利，从而获得较高的锅炉运行综合经　济性。　３．５一次风量　由于瑞金电厂锅炉长期烧高挥发份的印尼煤及混　煤，各制粉系统煤质不一样，为保证燃用印尼煤燃烧器　的安全，一次风速控制的较高，一次风量偏大，风煤比　偏大，特别是在各制粉出力偏离额定出力时。制粉出　力低时，煤量少，一次风量降不下来一是密封风量偏大　造成风煤比偏大，一是一次风的最小风量偏大造成的　风煤比偏大。密封风量占一次风量的１０％左右，制粉　系统出力低时，密封风对一次风量影响较大　。因此，　制粉系统出力低时，降低一次风量，不仅可以提高风煤　比，提高锅炉效率　，还可以降低脱硝入口烟气ＮＯｘ含　量，提高锅炉综合经济ｌ生。　３．６　二次风量　５６　锅炉正常运行时，各层燃烧器二次风采用均等配　风可以获得较高的锅炉效率　，并通过燃尽风档板开　度及氧量的调整控制主燃烧区域处于富燃料燃烧Ｔ　况，从而在保证锅炉安全运行的前提下获得较高的综　合经济性　。　４　结论　通过对瑞金电厂一号机组脱硝人口炯气ＮＯｘ　含量与机组负荷、燃尽风档板开度偏置量、制粉系　统运行方式及氧量的变化关系的研究，提　了在　制粉系统出力与额定出力偏差大时脱硝入口烟气　ＮＯｘ含量偏大等问题。在此情况下提出基于脱硝　入口烟气ＮＯｘ含量的燃烧调整策略。根据基于脱　硝人口烟气ＮＯｘ含量的燃烧调整策略，能更好地组　织炉膛内的燃烧，即满足装有脱硝装置燃煤锅炉　安全运行的需要，又能使锅炉运行的综合经济性　最高。基于脱硝入口烟气ＮＯｘ含量的燃烧调整策　略适用于装有脱硝装置燃煤锅炉，但需要根据不　同的炉型或燃烧器及不同煤种，通过运行试验总　结确定各负荷下对应的最小脱硝入口炯气ＮＯｘ含　量或范围，以作为日常燃烧调整的辅助手段。基　于脱硝入口烟气ＮＯｘ含量的燃烧调整策略对锅炉　燃烧调整有一定的指导意义。　参考文献：　…吴碧君．燃烧过程中氮氧化物的生成机珲ｆＪ１．电力环境保护，　２００３．（０４）：９—１２．　［２］周志军，周丛丛．ｆ氐ＮＯ　旋流燃烧器一、二次风混合特性分　析ｆＪＪ．中国电机工程学报，２０１０，（Ｉ１）：８—１４．　ｆ３］郭建民，刘石，姜凡，等．利用ＣＣＤ测量炉膛温度场及ＮＯ　排　放特性试验研究『Ｊ１．热能动力一ｒ程，２００６，（Ｏ１）：３９—４２．　【４１赵振宁，卢晓，葛亚琴，等．电站锅炉一次风量的最佳风煤比　修正『Ｊ１．电站系统一［程，２０１０，（０３）：１８—２０．　［５】王武强，壬泽宇，李淑宏，等．二次风配风方式对锅炉经济　及排放特Ｉ生的影响『ＪＩ锅炉制造，２０１　５，（０６）：１—４．　『６１张伟，赵毓胜．燃烧调整对锅炉效率的影响研究［Ｊ１．东北电力　技术，２０１２，（０５）：４２—４４．　『７１王振旺＿ｆ氐化学当量比下二次风配比对旋流燃烧器燃烧特　性的影响［Ｄ】．哈尔滨丁业大学，２０１２．