华润镇江电厂#3机组锅炉140MW低氮燃烧器的改造与探讨.docx
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华润镇江电厂#3机组锅炉140MW低氮燃烧器的改造与探讨
镇江电厂140MW机组锅炉低氮燃烧器的改造与探讨
【摘要】随着国家对火电厂节能减排高度重视，环保标准将越来越高。
根据《火电大气污染排放标准》要求，2014年1月1日起现有发电厂锅炉NOX排放浓度限值不大于100mg/Nm3。
本着对社会负责，对企业负责的态度，华润镇江发电有限责任公司决定对二期两台140MW机组锅炉配套建设脱硝装置，脱硝装置投产后机组NOX排放浓度将降至排放标准以下。
本文根据这一实际，通过对该厂#3机组140MW锅炉低氮燃烧器做出的相对应改造和取得的效果进行分析探讨，从环保排放指标方面为今后锅炉燃烧调整提供依据和指导。
【关键词】 环保 低氮燃烧器 NOX锅炉
1．前言
江苏镇江发电有限公司二期机组锅炉（2×140MW），为上海锅炉厂有限公司超高压中间再热自然循环锅炉，采用单锅∏型结构，露天布置，钢筋混凝土构架，悬吊结构，一次中间再热，四角喷然切园燃烧，平衡通风，固态排渣方式。
锅炉吹灰为声波吹灰器吹灰，每台锅炉布置有18台声波吹灰器。
炉膛部分布置10台，烟道部分布置8台。
锅炉燃烧器设计煤种为烟煤，采用钢球磨中间储仓式热风送粉系统，燃烧器采用四角布置切向燃烧方式。
燃烧器共设三层一次风喷嘴，相对集中布置，采用成熟经验的水平浓淡分离和不对称周界风的燃烧技术。
现有的燃烧系统，未采取降低NOX的措施。
在兼顾燃烧效率的情况下，通过对现有燃烧系统的优化调整来降低NOX排放的效果有限，必须进行燃烧系统彻底改造，以实现在保证锅炉运行安全性与经济性的同时，实现较低的NOX排放目标。
2014年9月，委托山东烟台龙源电力技术股份有限公司在保证锅炉安全、经济、环保运行前提下对该电厂两台140MW机组锅炉的燃烧系统进行改造。
本文通过改造后的不同工况下性能试验数据分析和总结，为以后的燃烧调整提供科学依据和指导。
2．改造方案
此次改造，性能保证值低氮出口NOX浓度（双套制粉系统运行、锅炉BMCR工况下）≤250mg/Nm3。
设计煤种如下图：
序号
煤元素成分
单位
低氮燃烧器改造设计煤种
校核煤种1
校核煤种2
2013年入炉煤加权结果
1
收到基低位发热量Qnet，ar
MJ/kg
19.34
19.57
18.795
20.11
2
收到基固定碳FCar
%
39.59
37.67
39.34
40.87
3
收到基碳Car
%
56.02
52.55
51.56
55.9
4
收到基氢Har
%
3.22
3.06
3.35
3.64
5
收到基氧Oar
%
5.78
4.69
5.47
5.58
6
收到基氮Nar
%
0.88
0.99
0.91
1
7
收到基硫Sar
%
1.1
1.21
0.91
0.73
8
收到基水分Mar
%
10.9
11.7
21.8
10.9
9
收到基灰分Aar
%
22.1
25.8
16
22.25
10
收到基挥发份Var
%
27.41
24.83
22.86
25.98
11
空气干燥基水分Mad
%
3.7
3.63
7.3
4.39
12
干燥无灰基挥发份Vdaf
%
43.28
34.19
34.46
38.85
序号
灰成分
单位
1
二氧化硅SiO2
%
44.2
47
43.5
41.2
2
三氧化二铝Al2O3
%
27.65
29.13
26.89
25
3
三氧化二铁Fe2O3
%
8.7
8.8
8.2
8.1
4
氧化钙CaO
%
10
7.06
5.87
15
5
氧化镁MgO
%
1.1
1.3
1.69
1.4
6
二氧化硫SO2
%
6
4
7.5
5.8
7
氧化钛TiO2
%
0.5
0.6
1.1
0.7
8
氧化钠和氧化钾Na2O+K2O
%
1.8
1.8
2.72
2
9
二氧化锰MnO2
%
0.5
10
其他
%
0.05
0.31
2.53
0.3
11
合计
%
100
100
100
100
燃烧器布置如下图：
注：
图中左侧为改造前燃烧器布置，右侧为燃烧器改造后布置，及相应的标高
主燃烧器区的改造，将主燃烧区域进行压缩，缩短主燃烧区域高度，并对喷口布置进行调整，自下而上分别为：
下三次风、下一次风（油枪）、中下二次风、中一次风、中上二次风、上一次风、上二次风；
另外，新增燃尽风装置：
在角区（标高19950mm附近）布置三层SOFA燃尽风装置。
SOFA燃尽风射流与主燃烧器一次风射流相同。
SOFA燃尽风喷口采用手动水平摆动机构，左右10度；竖直方向不摆动。
SOFA燃尽风风室均设有风门挡板，每个风室的风门挡板配一个执行器。
3．性能试验
此次锅炉最终性能试验在双套制粉系统均运行下进行，锅炉的NOX排放值基本在280mg/Nm3左右。
热态实验数据如下：
工况一：
双磨运行，二次风门组合实验。
负荷：
135MW，一次风压：
2.15kpa，甲乙磨出口风压2.3kpa/2.1kpa，磨煤机电流86A/82A，一级减温水总量：
10t，屏过烟温：
850℃/849℃，主再热气温539℃。
风门
调整一
调整二
调整三
调整四
调整五
SOFA3
100
100
100
100
100
SOFA2
100
100
100
100
100
SOFA1
100
100
100
100
100
CD二次风
30
30
30
20
30
BC二次风
100
70
30
20
30
AB二次风
55
30
30
20
30
AA二次风
80
80
70
40
20
周界风
50
40
30
20
10
表盘氧量
3.0
3.0
3.0
3.2
3.0
龙源氧量
2.9
2.8
2.9
2.9
2.9
龙源NOXmg/Nm3（O2=6%）
310
297
290
287
283（减温水过大）
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
3.1
4
12.58
172
295.47
2
2.9
6
13.63
170
288.81
3
2.9
8
13.66
170
288.81
4
2.88
7
13.39
169
286.80
5
3
6
13.45
173
295.54
6
3
7
13.33
172
293.83
平均值
2.96
6.33
13.34
171.00
291.55
工况二：
双磨运行。
负荷：
120MW，一次风压：
2.1kpa，一级减温水总量：
8t，主再热气温540℃，磨煤机电流：
84A/82A.后屏烟温845/833℃。
SOFA1-SOFA3
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
周界风
表盘氧量
100%
0%
50%
50%
50%
30%
3.1/3.9
实测氧量2.8，氮氧化物实测290mg/Nm3，一氧化碳4。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
3.2
3
13.37
166
286.77
2
3.1
4
13.54
168
288.60
3
3.3
3
13.52
172
298.81
4
2.8
5
13.3
169
285.54
5
3.4
5
13.37
170
297.02
6
3.2
3
13.71
169
291.95
平均值
3.17
3.83
13.47
169.00
291.45
工况三：
双磨运行，变氧量实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.2kpa，一级减温水总量：
6t，主再热气温537℃，磨煤机电流：
86A/83A.后屏烟温833/836℃。
SOFA1-SOFA3
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
周界风
表盘氧量
100%
0%
50
50%
50%
10%
2.5/3.4
实测氧量2.3，氮氧化物实测300mg/Nm3，一氧化碳18.主汽超温。
一级减温水量大。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
2.5
14
12.58
180
299.19
2
2.4
26
13.63
181
299.23
3
2.2
18
13.66
180
294.41
4
2.3
17
13.39
181
297.63
5
2.5
16
13.45
182
302.51
6
2.4
17
13.33
182
300.89
平均值
2.38
18
13.34
181.00
298.98
工况四：
双磨运行，主燃烧器摆角实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.23kpa，一级减温水总量：
5t，主再热气温533℃，磨煤机电流：
87A/85A.后屏烟温840/844℃。
主燃烧器摆角由50%降低到10%
SOFA1-SOFA3
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
周界风
表盘氧量
100%
0%
50%
50%
50%
10
4.4/5.2
实测氧量4.5.氮氧化物295mg/Nm3，一氧化碳1，主再热气温537℃。
一级减温水9t,二级减温水4t。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
4.6
1
12.58
158
296.25
2
4.4
1
13.63
159
294.53
3
4.6
1
13.66
158
296.25
4
4.7
1
13.39
157
296.18
5
4.5
0
13.45
159
296.32
6
4.6
1
13.33
158
296.25
平均值
4.57
0.83
13.34
158.17
295.96
工况五：
双磨运行。
煤粉细度调整实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.16kpa，一级减温水总量：
4t，主再热气温535℃，磨煤机电流：
87A/82.9A.后屏烟温846/839℃。
原甲磨煤粉细度R90=18.3，R200=2.1乙磨煤粉细度R90=30.39，R200=6.52.
调整后甲磨煤粉细度R90=17，R200=1.8乙磨煤粉细度R90=10，R200=0.3.
SOFA1-SOFA3
下三次风
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
上三次风
周界风
表盘氧量
100%
0%
0%
40%
40%
40%
100%
20%
3.9/4.9
实测氧量4.4.氮氧化物288mg/Nm3，一氧化碳4，主再热气温535℃。
一级减温水6t,二级减温水3t。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
4.3
3
13.37
158
290.93
2
4.2
4
13.54
156
285.54
3
4.4
3
13.52
155
287.12
4
4.5
5
13.3
154
287.00
5
4.6
5
13.37
155
290.63
6
4.3
3
13.71
155
285.40
平均值
4.38
3.83
13.47
155.50
287.77
工况六双磨运行。
二次风变风门实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.2kpa，一级减温水总量：
7t，主再热气温534℃，磨煤机电流：
86A/83A.后屏烟温853/841℃。
SOFA1-SOFA3
下三次风
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
上三次风
周界风
表盘氧量
100%
0%
100%
10%
100%
10%
100%
10%
4.0/4.8
实测氧量4.0实测氮氧化物282mg/Nm3，一氧化碳6，主再热气温533℃，一级减温水5t,二级减温水0t。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
4
4
12.58
156
282.18
2
4.1
6
13.63
157
285.67
3
4
8
13.66
156
282.18
4
3.9
7
13.39
155
278.73
5
3.9
6
13.45
157
282.32
6
4.1
7
13.33
155
282.03
平均值
4.00
6.33
13.34
156.00
282.18
工况七双磨运行下三次风风门变化实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.16kpa，一级减温水总量：
10t，主再热气温539℃，磨煤机电流：
83A/82A.后屏烟温847/850℃。
SOFA1-SOFA3
下三次风
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
上三次风
周界风
表盘氧量
100%
100%
50%
10%
50%
10%
100%
0%
5.3/6.0
实测氧量5.0，实测氮氧化物296mg/Nm3，一氧化碳5，主再热气温537℃，一级减温水9t,二级减温水4t。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
5
7
13.37
154
295.97
2
5.1
8
13.54
155
299.76
3
5
4
13.52
154
295.97
4
4.9
6
13.3
155
296.04
5
4.9
4
13.37
154
294.13
6
4.9
6
13.71
154
294.13
平均值
4.97
5.83
13.47
154.33
296.00
工况八双磨运行上三次风门变化实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.2kpa，减温水总量：
一级7t，主再热气温535℃，磨煤机电流：
84A/83A.后屏烟温832/828℃。
SOFA1-SOFA3
下三次风
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
上三次风
周界风
表盘氧量
100%
100%
100%
10%
10%
70%
0%
10%
3.8/6.0
实测氧量5.5，实测氮氧化物280mg/Nm3，一氧化碳6，主再热气温537℃，一级减温水7t,二级减温水3t。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
5.6
4
12.58
146
291.53
2
5.6
6
13.63
145
289.53
3
5.5
8
13.66
145
287.66
4
5.5
7
13.39
144
285.68
5
5.6
6
13.45
145
289.53
6
5.4
7
13.33
146
287.79
平均值
5.53
6.33
13.34
145.17
288.62
工况九双磨运行中二次风门变化实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.2kpa，减温水总量：
一级6t，主再热气温535℃，磨煤机电流：
84.3A/82A.后屏烟温840/840℃。
SOFA1-SOFA3
下三次风
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
上三次风
周界风
表盘氧量
100%
100%
80%
0%
5%
40%
0%
10%
3.5/3.77
实测氧量3.5，实测氮氧化物272mg/Nm3，一氧化碳5，主再热气温539℃，一级减温水7t,二级减温水5t。
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
3.5
7
13.37
158
277.63
2
3.5
8
13.54
157
275.87
3
3.5
4
13.52
157
275.87
4
3.6
6
13.3
156
275.69
5
3.6
4
13.37
155
273.92
6
3.5
6
13.71
157
275.87
平均值
3.53
5.83
13.47
156.67
275.81
工况十双磨运行中二风门变化实验
负荷：
100MW，一次风压：
2.2kpa，减温水总量：
一级7t，主再热气温535℃，磨煤机电流：
83A/82A.后屏烟温841/849℃。
SOFA1-SOFA3
下三次风
A层二次风
B层二次风
C层二次风
D层二次风
上三次风
周界风
表盘氧量
100%
100%
50%
0%
0%
0%
0%
0%
3.91/4.03
实测氧量3.7，实测氮氧化物277mg/Nm3，一氧化碳7，主再热气温538℃，一级减温水9t,二级减温水8t.
O2（%）
CO（ppm）
CO2（%）
NO（ppm）
NOX（mg/Nm3）
1
3.9
4
12.58
156
280.53
2
3.9
6
13.63
154
276.93
3
4
8
13.66
156
282.18
4
3.9
7
13.39
155
278.73
5
3.8
6
13.45
155
277.11
6
3.7
7
13.33
156
277.28
炉膛温度分布：
说明：
100MW
2#
1#
4#
3#
2#
924
1036
881
894
1095
950
Sofa底
1350
1364
1429
1439
13M
1450
1349
1399
1480
1453
1459
11M
1448
1407
1426
1415
1464
1519
1446
1470
1416
1519
9M
1247
1270
1212
1296
1366
1321
1256
1227
1313
1219
左墙
前墙
右墙
后墙
4．结论与建议
根据氮氧化物生成和抑制机理，燃烧器区域还原性气氛的强烈程度和范围对NOX的排放浓度高低起着关键的作用，燃烧器区域还原性越强、高度越高，NOX排放浓度越低。
此次改造达到了环保排放标准，具体总结如下：
（1）从负荷为100～135MW各个工况试验数据看，SOFA1-3层全部开足后，有利于很好降低NOX排放浓度，实测值基本上低于300mg/m3。
（2）炉膛各部烟温基本低于1500℃，从而大大减少了活性氮化物的生成。
（3）燃烧器摆角上摆后，由于炉膛火焰中心的上移，使得锅炉NOX排放浓度上升。
（4）上、下三次风门开度的变化，使得炉膛火焰中心发生变化，如果开大上三次风，相应使得炉膛火焰中心上移，缩小了还原区的高度，使得NOX排放增加。
如果开大下三次风，炉膛火焰中心相对下移，使得还原区高度增加，对降低锅炉NOX排放减少。
（5）若负荷低于100MW后，锅炉NOX排放浓度会超过300mg/m3，其原因是机组负荷低时，为保证二次风箱/炉膛差压值不至于太低，SOFA风量必须减少，另外，二次风箱/炉膛差压低，使得在同样的SOFA风风门开度下风量减少，也使得SOFA风喷嘴风速降低，SOFA风刚性变差，不利于SOFA风穿透整个炉膛，也就降低了NOX还原的效果。
（6）实际氧量对主再汽温及减温水的影响很大，因此，在加减负荷时，应该及时调整风量，提高锅炉经济性和降低污染排放。
（7）A层二次风和C、D二次风对气温影响比较敏感，关小时减温水增长，气温较高，主燃烧器摆角20%-50%对气温有好处，氮氧化物也有少许降低，减少减温水。
煤粉细度R200在1以内有利于煤粉均匀性。
（8）保证中、下层给粉机全部投运；转速最好一致。
调整负荷时优先投入或停运上层给粉机，同层给粉机停运时需对角停运，如1#和3#或2#和4#。
根据以上总结，针对#3机组改造后锅炉运行燃烧调整时，建议的配风卡：
配风/负荷
60MW
70MW
80MW
90MW
100MW
100MW以上
SOFA3
0%
0%
50%
100%
100%
100%
SOFA2
100%
100%
100%
100%
100%
100%
SOFA1
100%
100%
100%
100%
100%
100%
D层二次风
70%
60%
60%
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