W型火焰锅炉降低NO x排放燃烧调整试验研究

朱光明，段学农，焦庆丰，唐斌，陈一平，杨剑峰，王敦敦

(1．国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙 410007;2．大唐耒阳发电厂，湖南衡阳 421800)

国内发布的环保标准，燃煤发电企业履行着社会责任有效降低NOx排放浓度。燃煤电厂NOx的生成，与实际燃用煤质、炉型、运行参数密切相关，针对特定的炉型和煤质，燃烧调整是一种有较强实用意义的研究手段。

1 设备概述

某电厂2台300 MW机组锅炉系某公司生产的B＆WB－1025/17.2－M型亚临界中间再热自然循环汽包锅炉，平衡通风，露天布置。燃烧器布置在下炉膛前后拱上，采用正压直吹式制粉系统、W型火焰燃烧方式，尾部为双烟道结构，采用挡板调节再热汽温。每台炉共配有16个浓缩型EI—XCL低NOx双调风旋流煤粉燃烧器，与之配套的是4套双进双出磨煤机，设计出力45.6 t/h。设计燃用当地无烟煤。

该锅炉燃烧设备主要由煤粉燃烧器、风箱、油枪及油点火器、风门控制装置等组成。锅炉共配有16个B＆W专门用于燃用低挥发分燃料的双调风旋流燃烧器，错列布置在锅炉下炉膛的前后墙拱上。

双调风旋流煤粉燃烧器由煤粉进口管、煤粉浓缩装置、双调风筒壳体、煤粉喷口、乏气管和乏气喷口组成。

从磨煤机出来的一次风煤粉气流在经过浓缩型EI－XCL燃烧器弯头前，经惯性分离，浓度较高的风粉由燃烧器一次风喷口进入炉膛燃烧，浓度较低的风粉经乏气管引到乏气喷口进入炉膛燃烧。

旋流引入的内外二次风可及时卷吸高温热烟气并适时补充燃烧所需的空气，有利于煤粉的着火与燃尽。燃烧所需的空气从拱上通过燃烧器内、外二次风引入炉膛，在下炉膛前后墙适当位置还布置了分级风，分级风采用风墙的形式引入炉膛，形成水冷壁四周的富氧气氛。分级风的控制与对应燃烧器的投停相联系，实现分级燃烧，既可有效地抑制NOx的生成，又能防止水冷壁的结焦。为保证无烟煤的着火和燃烧稳定，在燃烧器下部水冷壁四周均布置有卫燃带。

2 降低NO x排放燃烧调整试验

针对该W型火焰锅炉燃烧系统特点，优化试验期间，调整项目主要包括煤粉细度变化、氧量调整、配风方式调整等。每项调整都根据试验结果确定较优方式后，补移条件相对固定，再进行其他项目的调整。

工况说明:工况1对应正常煤粉细度，工况2对应较粗的煤粉细度，工况3对应较细的煤粉细度;工况4对应将内调风叶片角度统一调整至42°，工况5对应内调风叶片角度调小至36°，工况6对应内调风叶片角度40°(此时，外调风叶片角度70°);工况7对应外调风叶片角度60°，工况8对应外调风叶片角度68°(此时调风盘位置为130);工况9对应调风盘刻度120;工况10对应分级风门开度50%，工况11对应分级风门开度40%，工况12对应分级风门开度60%(此时炉内氧量3.9%);工况13对应炉内平均氧量3.3%，工况14对应平均氧量4.4%;工况15和工况16是2个优化工况，对应配风方式是分级风门开度65%，四角调风盘刻度125，中间调风盘刻度128，炉膛氧量3%～3.7%。

2.1 入炉煤质分析

试验期间，煤质化验结果见表1，2。

表1 入炉煤质工业分析数据

表2 入炉煤混合样元素分析 %

2.2 锅炉效率及排烟NO x排放浓度测试结果

2.2.1 煤粉细度调整

为确定煤粉细度变化与锅炉效率及NOx之间的关系，对煤粉细度进行调整。工况1为未经调整的煤粉细度，此时分离器出口的一次风管内煤粉细度R90平均值为5%。工况2时，调整分离器挡板开度，但此时A磨和B磨驱动端回粉管堵塞，导致煤粉细度过粗，其它工况，回粉管及时疏通，细度正常。

从表3可知，煤粉细度变细，有利于灰渣可燃物和排烟温度的降低，锅炉效率有所提高。从试验结果看，煤粉细度与NOx之间没有明显的关联，但在一定范围内，煤粉细度提高有益于控制NOx排放。深入分析，煤粉细度提高，煤粉着火提前，在着火阶段和燃烧阶段，可形成低氧甚至缺氧环境，抑制NOx生成。

2.2.2 配风方式调整与锅炉效率和NOx排放的关系

对于该W型火焰锅炉，主要的配风方式调整包括内调风、外调风、调风盘、分级风门开度等的调整。

1)内调风调整

内调风叶片角度主要影响内二次风旋流强度。内调风门叶片角度减小则内二次风旋流强度加强，内二次风可卷吸更多高温烟气、提早混合入燃烧火焰中。

从表3可以看出，随着内调风叶片角度减小，18 m层炉膛温度明显升高，说明内二次风旋流强度加强后，着火有所提前。从表3数据可知，内调风叶片角度由40°开大至42°时，由于内二次风卷吸高温烟气能力下降，导致着火推迟，因此排烟温度明显升高，灰渣可燃物也有增大的趋势。内调风叶片角度36°时的排烟温度比内调风叶片角度40°时的排烟温度偏高，说明内二次风过早混合，其刚性下降，导致部分一次风在着火末期没有氧量供应，最终影响锅炉燃烧经济性。NOx的排放水平以内调风叶片角度在40°左右时较好。当内调风角度调大至42°时，NOx的水平略有增加，但内调风关小至36°时，实测的NOx浓度明显升高。这与对应的18 m层炉膛温度水平升高是一致的。可见，当内调风叶片角度调小时，随炉膛温度水平的变化，NOx有升高趋势。

应当指出，当内二次风角度增大至42°时，部分燃烧器火检闪烁，锅炉燃烧温度性有所下降。

综合锅炉效率与NOx排放浓度的变化趋势，当前煤质下，内调风叶片角度开度控制在40°较为适当。

2)外调风调整

外调风的作用主要是卷吸高温热烟气并补充燃烧所需的空气，它在二次风中占的比例最大，对煤粉燃尽及NOx生成起关键作用。

表3说明，外二次风旋流加强时，18 m层燃烧强度加强，对应炉膛最高温度升高。

表3 不同工况下NO x排放及锅炉效率对比

从表3知，当外调风叶片不同角度时，65°对应工况下的锅炉效率最高，说明在65°角度下，外二次风卷吸高温烟气及刚性均较好。从实测NOx数据看，外调风在60°～70°变化时，NOx排放浓度有一定变化，但变化幅度不是很大，相对偏差不超过5%。

综合考虑到锅炉运行经济性，选定外调风叶片角度在68°。

3)调风盘调整

调风盘位置改变主要是起到改变内外二次风风量比例的作用，调风盘开大则内二次风减小、外二次风增大。调整前，调风盘位置为125。此次试验，增加调风盘130和120的对比测试。

从表3可知，调风盘在130时，NOx浓度最低而锅炉效率相对偏低;随调风盘刻度变小，外二次风量减少，火焰下冲距离缩短，排烟温度有所升高，但飞灰可燃物逐次下降0.6%和0.8%，锅炉效率有提高趋势。煤质修正后，调风盘开度120时对应效率最高，调风盘刻度在130时效率最低。但调风盘在130时，四角火焰火检出现闪烁。

综合燃烧稳定性、锅炉效率和NOx排放变化，将调风盘刻度调整至120进行分级风调整试验。在优化试验中，将四角调风盘刻度调至125，中间12个燃烧器对应调风盘刻度调至128。

4)分级风调整

分级风采用风墙的形式布置在下炉膛前后墙，其作用是形成水冷壁四周的富氧气氛，实现分级燃烧，抑制NOx的生成，防止水冷壁的结焦。满负荷下，平常运行中分级风开度一般在40%。

从表3数据分析得知，分级风适当开大锅炉效率有所升高。煤质修正后，分级风在60%，50%，40%下的效率分别为90.24%，89.70%，89.19%。主要是随着分级风门的开大，灰渣可燃物有所下降，导致效率出现相应变化。分级风门在60%时，NOx排放浓度也有较为明显的降低。综合锅炉效率和NOx排放的影响，认为分级风门应适度开大。

5)氧量调整

炉膛氧量对于无烟煤的着火、燃尽以及NOx生成有直接的影响，为寻找合适的运行氧量，进行了3.9%，4.3%，4.8%的对比测试。

氧量变化期间，锅炉实际入炉煤质有所变化。工况12和13入炉煤挥发分较好，工况14入炉煤挥发分较低，对飞灰可燃物、排烟温度、NOx排放均有不利影响。

从表3数据分析，氧量对NOx和灰渣可燃物影响较大。试验工况下，氧量增加，NOx浓度明显升高。比较工况12和工况13，随氧量的降低，灰渣可燃物明显升高，导致机械不完全燃烧损失显著增加。

6)优化试验工况

根据前面各对比工况，综合考虑锅炉效率与NOx排放的影响，进行优化工况试验。

优化后，与调整前工况1相比，修正后锅炉效率基本相当，优化前后分别为90.14%和90.06%。在标态下，NOx由 1 074.88 mg/Nm3降至 843.06 mg/Nm3，降幅为22.7%。

3 结束语

1)煤粉细度对NOx排放浓度有一定影响，煤粉细度提高，在一定范围内，可形成着火和燃烧阶段的低氧甚至缺氧环境，有利于控制NOx生成。

2)分级风对NOx影响显著。试验数据也表明，在一定的范围内，提高分级风门开度可以同时降低排烟温度，因此满负荷下分级风开度应控制在60%以上。

3)内调风、外调风、调风盘等对锅炉燃烧稳定性、经济性和NOx生成有直接影响。

4)氧量对于锅炉运行经济性和NOx水平影响显著。为控制NOx生成，满负荷工况下，锅炉运行氧量应维持在3%～4%，在此氧量下锅炉效率未明显下降。

〔1〕段学农，朱光明，宾谊沅，等.湖南省电厂锅炉混煤掺烧技术应用〔J〕．中国电力，2010，43(2):48-51．

〔2〕闫维明，宋国升，宋晓红，等.锅炉低NOx燃烧调整试验分析〔J〕．华电技术，2012，34(10):9-11．

〔3〕肖海平，张千，王磊，等.燃烧调整对NOx排放及锅炉效率的影响〔J〕．中国电机工程学报，2011，31(8):1-6．