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摘要：本文介绍了410t/h煤粉炉进行低氮燃烧器改造实现了对氮氧化物（NOx）的控制，以及改造后对日常运行操作的影响和相应的改进措施。
关键词：氮氧化物;低氮燃烧;燃尽风
氮氧化物（NOx）是电站锅炉的有害排放物之一。目前天津某热电厂#6炉平均烟气NOx排放值基本在650～700Nm3以上，远远高于国家排放标准。目前，降低锅炉燃烧产生的NOx主要有两种：低氮燃烧技术和烟气净化技术。天津某热电厂对#6炉进行了低氮燃烧器改造。
1 设备概况
某天津热电厂#6锅炉系杭州锅炉厂生产的NG410/9.8—M6型自然循环煤粉锅炉，配有中间储仓式热风送粉制粉系统，采用P型布置，四周布满膜式水冷壁;尾部竖井烟道中交替布置两级省煤器和两级空气预热器。炉膛上部布置屏式过热器、一级过热器、二级过热器布置在水平烟道中。锅炉设计煤种为烟煤。
1.1燃烧系统的改造
2011年10月8日开始进行的#6炉达标提效改造项目中实现了低氮燃烧器和燃烧系统的改造。改造前燃烧系统布置为五层二次风喷口，三层一次风喷口，一层三次风喷口，布置在最上层二次风下方。燃烧器喷口采用分组布置形式，每角分为两组，上组为上上二次风、三次风、上一次风及中上二次风，其中上上二次风及三次为摆动式;下组为中二次风、中一次风、中下二次风、下一次风及下二次风。中上二次风及中二次风之间距离1290mm。改造后下层一次风喷口更换为微油点火燃烧器，中上两层为低氮燃烧器，在整体燃烧器组的上方新增两组燃尽风，由二次风总风提供，进风口位置在炉膛四角，顶层燃烧器上部，燃尽风挡板可以上下、左右摆动15?。
1.2 低氮燃烧器的特点
一次风燃烧器采用的水平浓淡煤粉燃烧技术，是在一次风管道内采用百叶窗式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经百叶窗时产生不同程度的偏转，煤粉与气流惯性分离，经分流隔板后分别形成两股浓、淡煤粉气流。燃烧器布置在四角切圆锅炉同一水平面，淡煤粉气流在背火侧喷入炉膛，形成外侧假想切圆;而浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛，形成内侧假想切圆。淡煤粉气流在水冷壁附近形成了比普通燃烧器强得多的氧化性气氛。并且增加了燃尽风挡板开度，使得燃烧器组的二次风量减少，燃烧区域过量空气系数相应减少，降低了主燃烧区域的氧量，消弱了煤粉的燃烧强度，火焰温度得以下降，减少了热力型NOx的生成量;同时由于主燃烧区域氧量下降，燃料型NOx的生成量也相应减少，这样致使NOx整体排放浓度得到了较好控制。
2 技术改造后NOx的调整
2.1 二次风的配比
此套燃烧系统配有五层二次风，主要用于和送风机挡板开度（即总风量大小）、热风压力的设定（即一次风压大小）配合调整以保证系统氧量维持在控制范围内。而这五层二次风的分配与布置会影响炉膛温度（煤粉燃烧）、火焰中心位置以及氧量、汽温等参数的变化等，同时由于不同配风工况对低氮燃烧中煤粉缺氧燃烧、燃尽效果等有重要影响，直接关系到NOx的调整。现保证在氧量维持在4.5%～5%时，调整燃尽风门上层开度40%，下层开度10%、锅炉蒸发量350t/h、单制粉系统运行的情况下，通过四种不同的配风工况，即均等配风、正塔配风、倒塔配风、缩腰配风进行试验。根据试验数据所示，均等配风缺氧与燃尽作用分配不明显，正塔配风属于燃尽阶段缺氧燃烧，同时飞灰可燃物含碳量高，火焰中心偏高易导致超温过热等现象产生，倒塔配风虽克服以上影响，却使炉渣可燃物含碳量增高，都使经济效率下降而根据低氮燃烧原理可知只有主燃烧区缺氧燃烧才可以得到比较好的效果。采用缩腰布置的配风方式由于中间部位缺氧效果比较明显，NOx值可达到400 mg/Nm3为最小。
2.2 两层燃尽风的分配
改造后燃烧系统布置两层共8只燃尽风喷口，整个燃尽风喷口在燃烧器区上部相同的水冷壁角部位置开出燃尽风安装口，燃尽风量占总空气量中约为25 %～30 %，燃尽风喷口风速采用较高风速45 m/s，所有燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，各个燃尽风喷口的供风风道均由相对应的各角主二次风道引出分别向燃尽风喷口供风，保证供风阻力小，运行中燃尽风喷口风量均由各自独立的风门挡板及电动执行器进行自动控制，电动执行器直接接入DCS系统，能够实时对燃尽风风门开度进行控制。上下两层燃尽风开度可根据燃尽情况、NOx排放、过热器汽温偏差等进行适当调整，同时燃尽风门开度比例也是调整NOx的主要手段。分别在对三种燃尽风开度大小进行实验，效果都很显著。两层燃尽风开度应在满足下层二次风开度一定的情况下，调整燃尽风开度直到最优效果。
2.3 锅炉蒸发量
在燃尽风的开度、各层二次风的配比不变、双侧制粉系统运行的情况下，保证煤质稳定，开始逐渐降低锅炉蒸发量，可发现NOx值随之减小。
当达到额定蒸发量的70%～80%（即蒸发量300t/h以下）时，可逐渐交替关闭上下两层燃尽风，以增加二次风量，直到退出低氮燃烧，NOx值仍满足规范要求。但是当锅炉蒸发量接近额定值时，容易出现超温、结焦严重、风量不足、燃烧不充分等不利影响。故根据试验曲线，锅炉蒸发量的80%～90%即（320t/h～390t/h的蒸发量）为最适宜调节NOx值的蒸发量，同时NOx值也比较容易达到要求。
2.4 制粉系统的影响
试验测定，在单制粉系统运行状态、通过调整各种负荷工况，NOx排放值均能达到要求，测定值均低于400 mg/Nm3，然而在双制粉系统运行的状态下，NOx排放值偏高，均在考核值450 mg/Nm3上下波动。
3 改造后对燃烧的影响及改进措施
3.1燃烧波动较大
由于在最上层加装燃尽风，拉长了燃烧过程，炉膛出口温度高，容易产生超温、爆管等不利影响。燃尽风和二次风的调配也影响了整个系统的燃烧情况。 改进措施为：（1）控制燃烧调节幅度，燃尽风门开度采用微调，尽量避免满负荷或超负荷运行。（2）投入自动时，设定的“主汽压力高跳给粉机”的值与“主汽压力设定值”应保持一定的范围，减少给粉机启跳频率，防止本来燃烧不稳的情况受到扰动更加变化剧烈。（3）适当降低屏式过热器温度，由于一级减温器主要起到粗调作用，以维持屏式过热器温度不超温，所以控制住屏式过热器温度有利于使主汽温度保持稳定。并且加大打焦力度和降低火焰中心，使炉膛出口温度不致过高。
3.2“低氧”燃烧与结焦情况矛盾加剧
加装的两层燃尽风是从各角二次风箱引出的，即二次风总门后分别供给五层二次风、燃尽风、周界风、侧边风。在总风量不变的情况下，开大燃尽风门，也就相应减少了一部分二次风，周界风的量更少，致使锅炉火嘴附近、水冷壁结焦严重，对锅炉的安全性也有很明显的影响。所以应该在保证NOx的基础上，尽量保持一定的二次风总门开度，使各层二次风和周界风发挥作用，控制结焦程度。在调整时应在考虑热风压力和氧量满足的情况下进行调整。
3.3飞灰含碳量和炉渣可燃物量偏高
燃尽风的投运减少了主燃烧区域的氧量，缺氧燃烧致使大部分的煤粉尚未来得及燃尽就到达燃尽区，虽然在燃尽区补充了足够的风，但煤粉颗粒在燃尽区的停留时间更短，加之该区域燃烧温度较低，未燃尽的煤粉在燃尽区也不能完全燃尽，所以造成飞灰可燃物偏高;氧量的测点也距燃尽风较近，稍微开大燃尽风，对氧量、负压的变化都比较明显，而影响了对实际燃烧区域的氧量状况的判断。另外由于各二次风门开度较小，尤其炉内下层二次风量不足，造成炉渣可燃物偏高，这些都最终导致锅炉效率降低。
4 结束语
天津某热电厂#6炉经过低氮燃烧技术改造达到了国家排放标准，烟气NOx含量由先前的650～700mg/Nm3以上，达到了单制粉系统启动工况400 mg/Nm3以下，双制粉系统启动工况500 mg/Nm3以下的明显成果。然而在保证燃烧稳定和安全的基础上降低NOx值，仍是操作调整过程中的难点，需要通过实验和调整中总结经验、分析现象、剖析原因，使锅炉经济效率不断提高。另外，可通过引进烟气脱硝技术进一步降低NOx值，以达到《火电厂大气污染物排放标准》中的要求。
关键词：氮氧化物;低氮燃烧;燃尽风
氮氧化物（NOx）是电站锅炉的有害排放物之一。目前天津某热电厂#6炉平均烟气NOx排放值基本在650～700Nm3以上，远远高于国家排放标准。目前，降低锅炉燃烧产生的NOx主要有两种：低氮燃烧技术和烟气净化技术。天津某热电厂对#6炉进行了低氮燃烧器改造。
1 设备概况
某天津热电厂#6锅炉系杭州锅炉厂生产的NG410/9.8—M6型自然循环煤粉锅炉，配有中间储仓式热风送粉制粉系统，采用P型布置，四周布满膜式水冷壁;尾部竖井烟道中交替布置两级省煤器和两级空气预热器。炉膛上部布置屏式过热器、一级过热器、二级过热器布置在水平烟道中。锅炉设计煤种为烟煤。
1.1燃烧系统的改造
2011年10月8日开始进行的#6炉达标提效改造项目中实现了低氮燃烧器和燃烧系统的改造。改造前燃烧系统布置为五层二次风喷口，三层一次风喷口，一层三次风喷口，布置在最上层二次风下方。燃烧器喷口采用分组布置形式，每角分为两组，上组为上上二次风、三次风、上一次风及中上二次风，其中上上二次风及三次为摆动式;下组为中二次风、中一次风、中下二次风、下一次风及下二次风。中上二次风及中二次风之间距离1290mm。改造后下层一次风喷口更换为微油点火燃烧器，中上两层为低氮燃烧器，在整体燃烧器组的上方新增两组燃尽风，由二次风总风提供，进风口位置在炉膛四角，顶层燃烧器上部，燃尽风挡板可以上下、左右摆动15?。
1.2 低氮燃烧器的特点
一次风燃烧器采用的水平浓淡煤粉燃烧技术，是在一次风管道内采用百叶窗式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经百叶窗时产生不同程度的偏转，煤粉与气流惯性分离，经分流隔板后分别形成两股浓、淡煤粉气流。燃烧器布置在四角切圆锅炉同一水平面，淡煤粉气流在背火侧喷入炉膛，形成外侧假想切圆;而浓煤粉气流在向火侧喷入炉膛，形成内侧假想切圆。淡煤粉气流在水冷壁附近形成了比普通燃烧器强得多的氧化性气氛。并且增加了燃尽风挡板开度，使得燃烧器组的二次风量减少，燃烧区域过量空气系数相应减少，降低了主燃烧区域的氧量，消弱了煤粉的燃烧强度，火焰温度得以下降，减少了热力型NOx的生成量;同时由于主燃烧区域氧量下降，燃料型NOx的生成量也相应减少，这样致使NOx整体排放浓度得到了较好控制。
2 技术改造后NOx的调整
2.1 二次风的配比
此套燃烧系统配有五层二次风，主要用于和送风机挡板开度（即总风量大小）、热风压力的设定（即一次风压大小）配合调整以保证系统氧量维持在控制范围内。而这五层二次风的分配与布置会影响炉膛温度（煤粉燃烧）、火焰中心位置以及氧量、汽温等参数的变化等，同时由于不同配风工况对低氮燃烧中煤粉缺氧燃烧、燃尽效果等有重要影响，直接关系到NOx的调整。现保证在氧量维持在4.5%～5%时，调整燃尽风门上层开度40%，下层开度10%、锅炉蒸发量350t/h、单制粉系统运行的情况下，通过四种不同的配风工况，即均等配风、正塔配风、倒塔配风、缩腰配风进行试验。根据试验数据所示，均等配风缺氧与燃尽作用分配不明显，正塔配风属于燃尽阶段缺氧燃烧，同时飞灰可燃物含碳量高，火焰中心偏高易导致超温过热等现象产生，倒塔配风虽克服以上影响，却使炉渣可燃物含碳量增高，都使经济效率下降而根据低氮燃烧原理可知只有主燃烧区缺氧燃烧才可以得到比较好的效果。采用缩腰布置的配风方式由于中间部位缺氧效果比较明显，NOx值可达到400 mg/Nm3为最小。
2.2 两层燃尽风的分配
改造后燃烧系统布置两层共8只燃尽风喷口，整个燃尽风喷口在燃烧器区上部相同的水冷壁角部位置开出燃尽风安装口，燃尽风量占总空气量中约为25 %～30 %，燃尽风喷口风速采用较高风速45 m/s，所有燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，各个燃尽风喷口的供风风道均由相对应的各角主二次风道引出分别向燃尽风喷口供风，保证供风阻力小，运行中燃尽风喷口风量均由各自独立的风门挡板及电动执行器进行自动控制，电动执行器直接接入DCS系统，能够实时对燃尽风风门开度进行控制。上下两层燃尽风开度可根据燃尽情况、NOx排放、过热器汽温偏差等进行适当调整，同时燃尽风门开度比例也是调整NOx的主要手段。分别在对三种燃尽风开度大小进行实验，效果都很显著。两层燃尽风开度应在满足下层二次风开度一定的情况下，调整燃尽风开度直到最优效果。
2.3 锅炉蒸发量
在燃尽风的开度、各层二次风的配比不变、双侧制粉系统运行的情况下，保证煤质稳定，开始逐渐降低锅炉蒸发量，可发现NOx值随之减小。
当达到额定蒸发量的70%～80%（即蒸发量300t/h以下）时，可逐渐交替关闭上下两层燃尽风，以增加二次风量，直到退出低氮燃烧，NOx值仍满足规范要求。但是当锅炉蒸发量接近额定值时，容易出现超温、结焦严重、风量不足、燃烧不充分等不利影响。故根据试验曲线，锅炉蒸发量的80%～90%即（320t/h～390t/h的蒸发量）为最适宜调节NOx值的蒸发量，同时NOx值也比较容易达到要求。
2.4 制粉系统的影响
试验测定，在单制粉系统运行状态、通过调整各种负荷工况，NOx排放值均能达到要求，测定值均低于400 mg/Nm3，然而在双制粉系统运行的状态下，NOx排放值偏高，均在考核值450 mg/Nm3上下波动。
3 改造后对燃烧的影响及改进措施
3.1燃烧波动较大
由于在最上层加装燃尽风，拉长了燃烧过程，炉膛出口温度高，容易产生超温、爆管等不利影响。燃尽风和二次风的调配也影响了整个系统的燃烧情况。 改进措施为：（1）控制燃烧调节幅度，燃尽风门开度采用微调，尽量避免满负荷或超负荷运行。（2）投入自动时，设定的“主汽压力高跳给粉机”的值与“主汽压力设定值”应保持一定的范围，减少给粉机启跳频率，防止本来燃烧不稳的情况受到扰动更加变化剧烈。（3）适当降低屏式过热器温度，由于一级减温器主要起到粗调作用，以维持屏式过热器温度不超温，所以控制住屏式过热器温度有利于使主汽温度保持稳定。并且加大打焦力度和降低火焰中心，使炉膛出口温度不致过高。
3.2“低氧”燃烧与结焦情况矛盾加剧
加装的两层燃尽风是从各角二次风箱引出的，即二次风总门后分别供给五层二次风、燃尽风、周界风、侧边风。在总风量不变的情况下，开大燃尽风门，也就相应减少了一部分二次风，周界风的量更少，致使锅炉火嘴附近、水冷壁结焦严重，对锅炉的安全性也有很明显的影响。所以应该在保证NOx的基础上，尽量保持一定的二次风总门开度，使各层二次风和周界风发挥作用，控制结焦程度。在调整时应在考虑热风压力和氧量满足的情况下进行调整。
3.3飞灰含碳量和炉渣可燃物量偏高
燃尽风的投运减少了主燃烧区域的氧量，缺氧燃烧致使大部分的煤粉尚未来得及燃尽就到达燃尽区，虽然在燃尽区补充了足够的风，但煤粉颗粒在燃尽区的停留时间更短，加之该区域燃烧温度较低，未燃尽的煤粉在燃尽区也不能完全燃尽，所以造成飞灰可燃物偏高;氧量的测点也距燃尽风较近，稍微开大燃尽风，对氧量、负压的变化都比较明显，而影响了对实际燃烧区域的氧量状况的判断。另外由于各二次风门开度较小，尤其炉内下层二次风量不足，造成炉渣可燃物偏高，这些都最终导致锅炉效率降低。
4 结束语
天津某热电厂#6炉经过低氮燃烧技术改造达到了国家排放标准，烟气NOx含量由先前的650～700mg/Nm3以上，达到了单制粉系统启动工况400 mg/Nm3以下，双制粉系统启动工况500 mg/Nm3以下的明显成果。然而在保证燃烧稳定和安全的基础上降低NOx值，仍是操作调整过程中的难点，需要通过实验和调整中总结经验、分析现象、剖析原因，使锅炉经济效率不断提高。另外，可通过引进烟气脱硝技术进一步降低NOx值，以达到《火电厂大气污染物排放标准》中的要求。