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1、鍋爐概況
    為響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，廣州發(fā)電廠有限公司于2010年7月對5臺220 t/h燃煤鍋爐實施了低NOx燃燒技術(shù)改造，改造后收到很好的效果，鍋爐NO，排放質(zhì)量濃度明顯降低。但也相繼出現(xiàn)了一些影響鍋爐運行的問題，如三次風(fēng)噴口燒毀、對流煙道入口結(jié)渣、冷灰斗結(jié)渣，影響了鍋爐正常安全運行。另外，在2臺磨煤機運行時鍋爐NO。排放質(zhì)量濃度偏高，選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器前的NOx質(zhì)量濃度一般高于350 mg/m3，單臺磨煤機運行時在310mg／m3左右。為此對鍋爐燃燒器改造后存在的問題進行了研究。
2、雙尺度燃燒技術(shù)
    220t／h燃煤鍋爐改造采用煙臺龍源電力技術(shù)股份有限公司的雙尺度燃燒技術(shù)，它是一種低NO，燃燒技術(shù)，同時兼顧防結(jié)渣及鍋爐效率，煤種適應(yīng)性更寬。
    雙尺度燃燒技術(shù)簡單講是爐內(nèi)燃燒過程的空間尺度與過程尺度全方位優(yōu)化的復(fù)合燃燒技術(shù)：空間尺度是將爐內(nèi)燃燒的三維空間在水平方向上分為近壁區(qū)和中心區(qū)兩個區(qū)域，并在垂直方向上分為兩個氧化還原區(qū)；過程尺度強調(diào)的是爐內(nèi)燃燒過量空氣系數(shù)口分布的差異化，使整個爐內(nèi)的燃燒由集中擴散燃燒向分散、還原擴散燃燒方向轉(zhuǎn)化，富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質(zhì)顆粒燃料。
2.1縱向三區(qū)布置
    在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風(fēng)（總風(fēng)量20%-30%），燃盡風(fēng)采用多噴口多角度射入。爐膛沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為主燃燒區(qū)（總風(fēng)量的70%～80%）、還原脫氮區(qū)和燃盡區(qū)（見圖1）。由于有較大燃盡風(fēng)量的存在，在主燃燒器區(qū)氧化、還原反應(yīng)交替進行：氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進煤粉燃盡，但會產(chǎn)生較多的NOx；還原可以使產(chǎn)生的NO，得到初步還原，在燃燒初始時就使其得到抑制。在還原脫氮區(qū)內(nèi)已生成的NO，得到充分還原。燃盡區(qū)內(nèi)的燃盡風(fēng)將作為二次風(fēng)及時補充進來，促進焦炭最后燃盡。通過縱向三區(qū)布置，形成縱向空氣分級，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物質(zhì)量分數(shù)也會得到控制。
    由于實現(xiàn)縱向空氣分級，燃燒器區(qū)域相對地有所擴大，其熱負荷降低，爐內(nèi)溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產(chǎn)生。
2.2橫向雙區(qū)布置
    對爐內(nèi)射流進行重新調(diào)整，將原有一、二次風(fēng)同軸射流分別改為在爐內(nèi)形成直徑為300 mm順時針假想切圓的一次風(fēng)射流，和在爐內(nèi)形成直徑為608 mm逆時針假想切圓的二次風(fēng)射流；一、二次射流偏角較小，只有3°～5°。兩層一次風(fēng)之間還布置貼壁風(fēng)噴口，形成橫向空氣分級，見圖2。這種橫向布置，可使燃燒初始的二次風(fēng)不會過早混合進一次風(fēng)內(nèi)，形成缺氧燃燒，在火焰內(nèi)就進行NO，還原，抑制NO，產(chǎn)生。在火焰末端，二次風(fēng)再及時混合進來，使缺氧燃燒時產(chǎn)生的焦炭再燃燒。橫向空氣分級與縱向空氣分級一起形成整個空間的空氣分級。
3、存在問題
    該鍋爐制粉系統(tǒng)為中間儲倉式制粉系統(tǒng)，送粉方式為熱風(fēng)送粉，甲制粉系統(tǒng)的乏氣通過乙、丁燃燒器三次風(fēng)送入爐膛，乙制粉系統(tǒng)的乏氣通過甲、丙燃燒器三次風(fēng)送人爐膛。改造前燃燒器的布置從上到下依次分別為上燃盡風(fēng)、下燃盡風(fēng)、上三次風(fēng)、下三次風(fēng)、上二次風(fēng)、上一次風(fēng)、中二次風(fēng)、下一次風(fēng)和下二次風(fēng)，見圖3。雙尺度燃燒技術(shù)在沒有三次風(fēng)的鍋爐上采用都很成功，出現(xiàn)下述問題都和三次風(fēng)量較大有關(guān)。
3.1冷灰斗結(jié)渣問題
    一般來說，要滿足送粉需要，一次風(fēng)率不能太低。如果燃煤水分再偏大，為了保證通風(fēng)能力，三次風(fēng)率會高于設(shè)計值；在總風(fēng)量不變的情況下，二次風(fēng)率會明顯減少。在此情況下如果采用過大的空氣分級，燃盡風(fēng)加大時一定會造成主燃燒器區(qū)域缺氧，二次風(fēng)量會相應(yīng)地減少，燃燒受到抑制。下二次風(fēng)率的降低使其托粉能力變差，未燃盡的顆粒就會掉到冷灰斗區(qū)域燃燒，因此造成此處結(jié)渣。
3.2三次風(fēng)噴口燒壞問題
    由于主燃燒區(qū)氧量不夠，造成燃料不完全燃燒，其他未能燃燒的煤粉顆粒隨氣流上升到三次風(fēng)區(qū)域，與三次風(fēng)強烈混合，并開始劇烈燃燒，此區(qū)域溫度迅速升高，三次風(fēng)噴口附近容易發(fā)生局部結(jié)渣，且三次風(fēng)噴口采用大鈍體，卷吸煙氣能力強，因此易燒壞三次風(fēng)噴口。
3.3屏區(qū)結(jié)渣問題
    此問題主要和電廠目前燃用水分大、易結(jié)渣的煤有關(guān)。燃盡風(fēng)全關(guān)（無分級燃燒）的情況下，主燃燒器區(qū)域不會存在缺風(fēng)現(xiàn)象，燃燒強度加強，局部溫度過高，且燃煤灰熔點低，水冷壁易結(jié)渣，水冷壁吸熱量減少，爐膛溫度升高，爐膛出口煙溫相應(yīng)升高，熔融的灰粒子粘到屏式過熱器上造成結(jié)渣。
3.4 NOx排放質(zhì)量濃度高的問題
    由于有大量的三次風(fēng)，又不可能分出過多的二次風(fēng)作為燃盡風(fēng)使用，空氣分級抑制NOx生成的作用就會受到影響；同時大量的三次風(fēng)都布置在主燃燒器上端，直接進入還原區(qū)，還原區(qū)的高溫低氧環(huán)境受到破壞，使還原區(qū)域的氧量增加，溫度降低，NOx在區(qū)域內(nèi)被還原的能力變差，NO。排放質(zhì)量濃度增高。
    綜上所述，鍋爐目前存在的問題和煤種及三次風(fēng)量偏大有關(guān)，特別是三次風(fēng)的存在影響了空氣分級燃燒的建立，導(dǎo)致鍋爐結(jié)渣、NOx排放濃度高等問題發(fā)生。
4、改造方案
    為了更好地實現(xiàn)空氣分級燃燒，必須解決實際二次風(fēng)率偏低、三次風(fēng)率偏高的問題，保證主燃燒器區(qū)域有足夠的二次風(fēng)，同時保證有足夠的燃盡風(fēng)，因此提出以下三次風(fēng)改造方案，更換現(xiàn)有的三次風(fēng)組件，并采用沒有鈍體的圓形噴口。
    在三次風(fēng)管道上加裝分離器，將三次風(fēng)分離成濃、淡兩股：淡股作為燃盡風(fēng)引到燃盡風(fēng)下層噴口內(nèi)，補充燃盡風(fēng)不足問題，同時主燃燒器區(qū)
域二次風(fēng)量也能得到保證；濃股三次風(fēng)仍布置在原三次風(fēng)位置上，保證這部分三次風(fēng)有足夠的燃盡高度，見圖4。
    三次風(fēng)本身帶粉少，煤粉顆粒細，分離存在很大難度，必須改進分離器才能達到目的。為預(yù)測該濃淡分離器分離效果，對此分離器進行了數(shù)值模擬，分離器效果見表1。
    從表1可以看出：分離器濃、淡股速度低，但淡股用作燃盡風(fēng)，其速度是可以接受的；濃淡比達到了2. 33，更多的煤粉留在了濃股，不會產(chǎn)生飛灰可燃物質(zhì)量分數(shù)升高和爐膛出口煙溫升高。模擬結(jié)果還表明：該型分離器阻力并不太高，約為292 Pa，排粉機容量有足夠裕度。
    根據(jù)分離器性能參數(shù)，對燃燒器進行了新的改造，在三次風(fēng)上升總管直段上安裝三次風(fēng)分離器，濃股氣流仍然進入原三次風(fēng)燃燒器噴口，淡股氣流上提到原下燃盡風(fēng)噴口標(biāo)高處，保留上燃盡風(fēng)噴口，拆除下燃盡風(fēng)噴口。改造后燃燒器的布置從上到下依次為上燃盡風(fēng)、淡股三次風(fēng)、濃股三次風(fēng)、上二次風(fēng)、上一次風(fēng)、中二次風(fēng)、下一次風(fēng)和下二次風(fēng)。這樣，一層淡股三次風(fēng)和一層燃盡風(fēng)共同形成燃盡風(fēng)。為保證燃盡風(fēng)區(qū)域煤粉充分燃盡，將三次風(fēng)噴口下傾8。布置。
5、結(jié)語
    改造后鍋爐運行正常，下二次風(fēng)托粉能力增強，沒有出現(xiàn)未燃盡的煤粉顆粒掉到冷灰斗區(qū)域燃燒及結(jié)大焦問題，灰斗結(jié)渣得到改善；分級燃燒后燃燒器區(qū)域熱負荷降低，三次風(fēng)噴口燃燒火焰靠后，沒有出現(xiàn)結(jié)焦及噴口燒壞現(xiàn)象；爐膛出口煙溫降低，停爐后檢查屏式過熱器比較干凈，沒有結(jié)焦現(xiàn)象；在2臺磨煤機運行時，SCR反應(yīng)器前鍋爐NO。質(zhì)量濃度降低，一般為260 mg／m3，在單臺磨煤機運行時，NO，質(zhì)量濃度一般為210 mg/m3。低NOx燃燒系統(tǒng)優(yōu)化改造后，全面解決了鍋爐運行中現(xiàn)存的主要問題，富通新能源不但生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，而且還大量銷售生物質(zhì)鍋爐燃燒專用的生物質(zhì)顆粒燃料。