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万丽娟 国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 510530
【文章摘要】
本文以我国某地的电厂机组锅炉燃烧器为例，首先分析了低氮燃烧器的改造方案，继而就其中所存在的问题进行探讨，旨在降低有害物质的排放量，提高低氮燃烧器的燃烧效率，改善炉底漏风、汽温低等问题，以供参考指正。
【关键词】
低氮燃烧器；改造；排放量；再热汽温
该电厂的机组锅炉低氮燃烧器配置有SCR 脱硝装置，年均液氨消耗量将近680 万，包括催化剂更换费用在内的维护费用更是高达730 万元，并且该低氮燃烧器不具备满足第三时段排放标准的条件。因此，该电厂对其进行改造，经过改造后， 炉膛出口的NOx 值达标，然而其运行参数也发生了相应的变化，影响到汽温、再热汽温等。
1 电厂锅炉概况低氮燃烧器概况分析
该电厂的机组锅炉属于自然循环汽包炉的范畴，具备一次中间再热的功能，其基本构造为直流燃烧器、全钢架悬吊结构、四角切圆燃烧器。其制粉系统为正压冷一次风直吹式系统，各台锅炉均配备五台中速磨煤机，一台处于备用状态。锅炉的主要设计参数为：最大连续蒸发量为1105t·h-1 ；额定蒸汽温度为540℃ ； 额定蒸汽压力为18.0Mpa ；给水温度为275℃ ；进/ 出口温度为335/530℃。低温过热器、旁路过热器、末级过热器等共同组成锅炉过热器系统，末级过热器的入口位置设有Ｉ级减温器，以调整炉膛辐射受热面的吸热量，加装喷水减温器，防止因温度过高而出现生产事故。
2 改造方案
在充分调研与论证的基础上，采用双尺度低NOx 燃烧技术改造锅炉低氮燃烧器，优化调试锅炉。具体的改造方案为： ①将现有的燃烧器组件全部更换，重新布置燃烧器，调整原先的切圆直径，1 号与3 号角切圆扩大到1183mm，2 号与4 号角切圆则维持原状。②将原先的SOFA 燃尽风全部拆除，选定主燃烧器的上方位置设置3 层分离SOFA 喷口，同时将原先的SOFA 燃尽风组件全部更换。③选用上下浓淡之间自带稳燃钝体的燃烧器作为一次风喷口。④废除小部分空气风室，选用二次风室新型结构，以减小空气风室面积。⑤在原基础上增设紧凑燃尽风室，加装贴壁风于其左右两侧。⑥引进节点功能区新型技术，选定一次风喷口位置加装贴壁风。
促使一次风、下端部风保持逆时针旋转状态，二次风与SOFA 燃尽风则保持顺时针旋转状态，一次风与二次风保持6.5°角偏置，以顺时针反方向切入，构造空气分级（横向）。重新进行风量分配，扩大主燃烧器区一次风喷口与二次风喷口的面积，以契合入炉煤种的燃烧特征，降低主燃烧器区的风量，尤其是二次风量，构造空气分级（纵向），保证燃烧器具备上下摆动的功能。增加高位燃尽风量，以降低其对炉膛出口烟温的影响，调整炉膛出口温度，实现低NOx 排放的改造目的。经改造，NOx 的排放量可控制在180mg/m³ 左右，CO 的排放浓度则控制在110μL/L 左右，液氨费用得以降低。
3 存在的问题与解决措施
经过改造之后，锅炉的受热面、半辐射、再热器辐射、吸热量比例等均发生了较大的变化，导致各负荷阶段机组的再热汽温急剧降低，下降幅度约为12℃— 15℃。针对机组升降负荷而言，其下降温度＞ 35℃ /min 的现象屡有发生，严重威胁汽轮机的安全，缩短其使用寿命。在深入分析低氮燃烧器原理的基础上，笔者认为其所存在的问题主要在于如下几个方面：①在负荷波动的状态下，SOFA 的调整速率较慢，严重影响炉膛的烟温。②一次风率过高，二次风的调整作用有待强化。③低氮燃烧器的二次燃烧区域温度不够。针对低氮燃烧器所存在的问题，需要采取具有针对性的解决措施，具体如下：
3.1 调整二次风配比
参照双尺度的燃烧特性，应当在燃尽区内设置一个热负荷中心，以避免对辐射受热面的吸热效果造成不利的影响。在燃烧区富氧燃烧的情况下，二次燃烧区域的热负荷会快速下降，制约着辐射受热面的热量吸收。鉴于此，可对二次风配比进行合理的调整，降低主燃烧区域的二次助燃风与周界风，保证燃烧区氧含量充足，继而提高二次燃烧区热负荷。伴随下层二次风量的逐渐下降，锅炉压力却会上升，所以在调整的过程当中，需要注意二次风量的客观局限性。
3.2 降低一次风率
鉴于该燃烧器的制粉系统管道比较长，并且管道的阻力也比较大，基于确保带粉性能的重要目的，所以一次风的风量一般都比较大。一般而言，一次风煤比的合理比例为2.4—2.6 之间。为了调整主燃烧区域的氧含量，就必须要降低一次风率。首先，调整磨煤机液压的加载系统以及出口分离器挡板，随后根据实际情况把一次风率降低到2.0—2.1 之间。假设其余的边界条件维持恒定不变，那么降低一次风率的效果是非常显著的，能够在原先的基础上将再热汽温提升3℃—4℃。
3.3 调整燃尽风
一般情况下，在炉底出现漏风问题的前提下，低氮燃烧器的火焰中心会明显提升，导致炉膛出口温度过高，继而引起减温水量增加。然而，经过改造之后，炉底漏风可对主燃烧区氧量实现有效的补充，起到了降低再燃烧区燃烧份额的作用，但是也带来了受热面吸热不足与再热汽温过低的问题。因此，需要对燃尽风进行适当的调整，减少漏风量，重新调整氧量，并且对燃尽风进行调整，原则上不会对再热汽温造成任何影响。鉴于该电厂的机组锅炉低氮燃烧器依旧以干排渣系统为主，在维持冷渣风量恒定的基础下，将所存在的漏点实现封堵，将干排渣机调整风门关闭，可起到降低炉底漏风率的作用。经过对燃尽风进行适当的调整，再热汽温也会随之升高，最高可升至540℃左右，再热汽温的控制可通过SOFA 的摆动加以实现。
在改造低氮燃烧器之前，其再热系统仅配备一级减温水，位于墙式再热器入口的位置，并且无中间点温度测点，导致出现了汽温容易波动、减温水响应时间过长等一系列的问题，再加上减温水阀门线性非常差，不便于进行再热汽温的调节操作。因此，可在计算出处开度、流量、曲线的基础上，优化燃烧配风并治理炉底漏风，确保再热汽温达标，在调整的过程当中，可令SOFA 摆角以及燃烧器参与其中， 避免负荷变化对汽温造成过大的影响。
4 结语
综上所述，针对低氮燃烧器的现状对其进行改造，可切实提高低氮燃烧器的使用性能，保证再热汽温满足相关的使用要求。然而，无论是调整之前，抑或是调整之后，低氮燃烧器所存在的问题依旧不能忽视，需要从调整二次风配比、降低一次风率、调整燃尽风等方面出发，合理调整，科学改造，对相关的技术难点问题继续加以明确。
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