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【摘要】根据陡河电厂200MW（HG-670/140-9型）炉低NOx燃烧器改造的过程及实际运行情况，在试验基础上，对机组燃烧器改造进行了分析，并探讨了燃烧器运行方式的安全、经济性，为同类型机组燃烧器改造运行提供参考借鉴。
【关键词】200MW；锅炉；低氮燃烧器；改造
0.前言
大唐国际陡河发电厂地处河北省唐山市，电厂机组已投运多年，#5锅炉由哈尔滨锅炉厂设计、生产，1983年投产。由于设备老化，原设计也未曾考虑NOx的控制排放，现阶段#5锅炉NOx的排放严重超标。随着国家环保部门对电力污染治理要求的不断提高，结合中国大唐集团公司节能减排工作的总体部署，需要实施#5号机组烟气脱硝改造工程。但是200MW机组的低氮燃烧器及锅炉改造工作在我国还属先例，没有其他电厂的借鉴经验。在2011年10月，大唐国际陡河发电厂结合对5#锅炉进行大修，对该锅炉进行燃烧器节能减排改造。
1.设备概况
设备简介:
陡河发电厂#5锅炉为哈尔滨锅炉厂制造，型式为超高压、中间再热、自然循环、全悬吊、平衡通风、燃煤汽包炉，型号为HG-670/140-9，铭牌出力为蒸汽流量670t/h，过热器出口压力13.72MPa，过/再热器出口温度540/540℃，设计效率89.74%。制粉系统为钢球低速磨煤机中间仓储式热风送粉系统，单台炉配置四套制粉系统，每套系统包括：一个容积为324t的双曲线钢制原煤斗，一台铸石刮板给煤机，一台DTM350/600型低速筒式钢球磨煤机，一台￠4000粗粉分离器和一台￠3500细粉分离器，一台M6-30高效排粉机；两套系统共有一个216t煤粉仓，每台炉有输粉机一个，每台炉配16台DX-3A给粉机。燃烧器采用四角喷燃切圆燃烧直流式，共4层；煤粉燃烧器共16只，油喷燃器8支和8只三次风嘴，每角均有四个一次风嘴、六个二次风嘴、2个三次风嘴和两个点火油燃烧器组成,喷燃器轴线在炉膛中心形成二个不等直径的切圆，其切圆直径分别为￠600和￠1200。高温预热器出口的热风进入两个总风箱，每侧又分为三个分路，一路到磨煤机做为干燥剂，一路到喷燃器作为二次风，另一路到一次风作为一次携带煤粉并将其送入炉膛。
2.改造方案措施
2.1采用强稳燃、高效燃烧的新一代水平浓淡煤粉燃烧技术对主燃烧器进行改造
采用16只新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器对原有一次风船体燃烧器燃烧器进行改造，新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器主要在高效煤粉浓缩技术上有了大幅度的改进。改造后一次风喷口风速由原来28m/s适当减低至25m/s，改造后一次风率维持不变，保证原制粉系统的出力不变。燃烧器在浓一次风向火侧出口壁面处加装多个大尺寸稳燃齿。稳燃齿起到卷吸高温烟气、强化扰动的作用，当煤粉气流流经钝体后形成炽热的高温烟气回流旋涡，在回流区边缘，由于速度梯度大，煤粉浓度及燃烧温度较高，具有极好的着火稳燃条件，大幅度提高一次风煤粉气流的出口火焰稳定性。
同时在一次风喷口周围加装适当大小的周界风，在一次风喷口的背火侧周界风喷口面积适当增加，形成较大出口动量的侧二次风喷口，形成偏置型周界风喷口。侧二次风的喷入有效避免水冷壁壁面形成还原性气氛，起到在燃用高挥发份煤质时，防止炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀的作用，运行时利用各自独立的风量控制挡板调整得到合適喷口周界冷却风量，以便在煤质较大幅度变化下，如变为挥发分高的烟煤时，在喷口四周投运冷却风保证充分风量冷却喷口，以防止回火和高温受热变形或烧坏喷口。
稳燃齿将采用高温耐磨耐热合金钢，采用特殊熔铸工艺制造，同时表面堆焊高温耐磨材料，可实现较高的耐磨性能，保证能够在复杂脉动高温和气固两相流冲刷条件下长时间稳定运行，延长使用寿命。新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器和其喷口结构示意图如图1。燃烧器主要设计参数表见下表1。
（a）水平浓缩一次风煤粉燃烧器构成
（b）一次风喷口
2.2采用高浓缩比、低阻力新一代煤粉浓缩技术
经过了将近二十年研究开发和实际应用测试，水平浓缩燃烧技术的关键设备—百叶窗煤粉浓缩器已经开发出第三代煤粉浓缩技术，新一代煤粉浓缩器具有非常优异的气固流动和煤粉浓缩特性，比前几代技术有本质上性能提升，其具体表现为：（1）浓缩器具有优异的低流动阻力特性，局部阻力系数小于2，并具有高的煤粉浓缩比，浓缩率可达1.6～2.0以上；（2）在保证高浓缩比的条件下，浓淡喷口出口气流流量分配更为均匀，浓淡一次风量比在1.0～1.1以内；（3）制造工艺进一步简化和成熟，在煤粉管道上的布置更为自由。易磨部位均采用高硬度的耐磨材料，采用特殊的熔铸工艺与浓缩器本体连接，实现了高耐磨性能的同时具有很强抗高脉动温度应力的能力，保证能够在复杂脉动高温和气固两相流冲刷条件下长时间稳定运行。因此，本次改造将根据燃用煤质的特性，采用第三代高效煤粉浓缩器优化设计。百叶窗煤粉浓缩器器的主要设计参数如下表，在入口处第二级浓缩叶片设为可调，以适应煤种变化。
2.3采用高位燃尽风技术
将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来λp=1.2变为λp=0.84～0.9。在主燃烧器上方在标高27141和27786、28244加装燃尽风，布置三层共12只燃尽风喷口，燃尽风量占总空气量约为25%～30%，燃尽风喷口风速采用较高风速45m/s，所有燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，上下摆动± 15°，水平方向上± 10°左右摆动，可根据锅炉运行状况（燃尽、NOx排放、过热器汽温偏差等）进行喷口角度的适当调整。炉内燃烧器喷口布置如图2。
2.4主燃烧器区二次风喷口的设计
主燃烧器区二次风喷口面积根据主燃烧器区有组织二次风减少的程度进行相应缩小，保证出口的二次风风速达到较高风速（45.3 m/s）。保证最下层较大二次风喷口面积，使其具有较大出口二次风动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。一二次风切圆大小没有改变，与原设计相同。 2.5采用延迟混合型一、二次风喷口设计
二次风喷口采用收缩型结构，推迟一二次风的混合。一次风浓淡喷口之间采用垂直V型隔板，推迟浓淡一次风的混合速度（见图3）。采用这样的措施，可以有效地推迟浓淡煤粉气流的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量。高浓度的浓一次风煤粉气流，强化一次风的着火和稳燃性能，利用早期快速析出挥发分有效降低NOx生成量，可保持高的煤粉颗粒的燃尽度。一次风喷口出口四周设计有偏置型周界风喷口，对运行或停运的一次风喷口起到冷却保护作用，一次风在向火侧和上下两侧设有小扳边，推迟周界风与一次风的混合。
3.燃烧器改造前后NOx排放物比较
为了比较低氮燃烧器改造前后NOx排放物的多少，在燃烧器改造前，对#5号炉的NOx排放物进行测定，试验共进行了2个工况。燃烧器改造后，又对NOx排放物进行测定。
（1）通过低氮燃烧器改造，在同样负荷下，NOx平均排放浓度由改造前的743.5mg/m3下降至526.6mg/m3，下降了216.9mg/m3。
（2）180MW负荷下，随着入炉总风量的增加，即转向室中的烟气氧量从4.3%增加到4.8%，NOx排放量呈增加趋势，NOx排放量由504mg/m3增加到542mg/m3，增加了38mg/m3。
（3）随负荷降低，NOx排放量由475mg/m3升高到563mg/m3，升高了88mg/m3。
实验证明：通过增加送风量NOx是增加的，负荷降低造成氧量增加，NOx也是增加的。
4.煤粉燃燒器运行说明：燃烧器热态运行时的注意事项
4.1 燃烧器运行保证按接近设计一次风风率和一次风风速运行。在高负荷情况下，二次风风门各层开度应保证较大开度（50%以上），煤粉细度应控制在设计值范围内（煤粉细度R90在26%±2%的范围内）。
4.2 调试运行中及时观察喷口结焦情况，如有结渣及时清渣。
4.3 运行时，保持炉膛出口氧量在3.0 %～4.0 %。
4.4一次风风压控制在一定数值下(2.6kpa以上)保证不出现煤粉堵管问题.
5.结论
通过对陡河发电厂#5机组低氮燃烧器改造后运行的情况看，低氮燃烧器运行方式具有比船体燃烧器稳燃性好的运行经济性.为我国200MW锅炉低氮燃烧器技术的进一步改进及运行调整提供了重要依据,同时也降低了氮氧化物的排放,减少因形成酸雨对环境、社会造成巨大的经济损失，有明节能减排效益。 [科]
【参考文献】
［１］岑可法.锅炉燃烧试验研究方法及测量技术.水利电力出版社,1995.
［２］哈尔滨工业大学燃烧工程研究所哈尔滨博深科技发展有限公司.大唐国际陡河发电厂#5（HG-670/140-9型）炉低NOx燃烧器改造说明书. 2011,11.
【关键词】200MW；锅炉；低氮燃烧器；改造
0.前言
大唐国际陡河发电厂地处河北省唐山市，电厂机组已投运多年，#5锅炉由哈尔滨锅炉厂设计、生产，1983年投产。由于设备老化，原设计也未曾考虑NOx的控制排放，现阶段#5锅炉NOx的排放严重超标。随着国家环保部门对电力污染治理要求的不断提高，结合中国大唐集团公司节能减排工作的总体部署，需要实施#5号机组烟气脱硝改造工程。但是200MW机组的低氮燃烧器及锅炉改造工作在我国还属先例，没有其他电厂的借鉴经验。在2011年10月，大唐国际陡河发电厂结合对5#锅炉进行大修，对该锅炉进行燃烧器节能减排改造。
1.设备概况
设备简介:
陡河发电厂#5锅炉为哈尔滨锅炉厂制造，型式为超高压、中间再热、自然循环、全悬吊、平衡通风、燃煤汽包炉，型号为HG-670/140-9，铭牌出力为蒸汽流量670t/h，过热器出口压力13.72MPa，过/再热器出口温度540/540℃，设计效率89.74%。制粉系统为钢球低速磨煤机中间仓储式热风送粉系统，单台炉配置四套制粉系统，每套系统包括：一个容积为324t的双曲线钢制原煤斗，一台铸石刮板给煤机，一台DTM350/600型低速筒式钢球磨煤机，一台￠4000粗粉分离器和一台￠3500细粉分离器，一台M6-30高效排粉机；两套系统共有一个216t煤粉仓，每台炉有输粉机一个，每台炉配16台DX-3A给粉机。燃烧器采用四角喷燃切圆燃烧直流式，共4层；煤粉燃烧器共16只，油喷燃器8支和8只三次风嘴，每角均有四个一次风嘴、六个二次风嘴、2个三次风嘴和两个点火油燃烧器组成,喷燃器轴线在炉膛中心形成二个不等直径的切圆，其切圆直径分别为￠600和￠1200。高温预热器出口的热风进入两个总风箱，每侧又分为三个分路，一路到磨煤机做为干燥剂，一路到喷燃器作为二次风，另一路到一次风作为一次携带煤粉并将其送入炉膛。
2.改造方案措施
2.1采用强稳燃、高效燃烧的新一代水平浓淡煤粉燃烧技术对主燃烧器进行改造
采用16只新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器对原有一次风船体燃烧器燃烧器进行改造，新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器主要在高效煤粉浓缩技术上有了大幅度的改进。改造后一次风喷口风速由原来28m/s适当减低至25m/s，改造后一次风率维持不变，保证原制粉系统的出力不变。燃烧器在浓一次风向火侧出口壁面处加装多个大尺寸稳燃齿。稳燃齿起到卷吸高温烟气、强化扰动的作用，当煤粉气流流经钝体后形成炽热的高温烟气回流旋涡，在回流区边缘，由于速度梯度大，煤粉浓度及燃烧温度较高，具有极好的着火稳燃条件，大幅度提高一次风煤粉气流的出口火焰稳定性。
同时在一次风喷口周围加装适当大小的周界风，在一次风喷口的背火侧周界风喷口面积适当增加，形成较大出口动量的侧二次风喷口，形成偏置型周界风喷口。侧二次风的喷入有效避免水冷壁壁面形成还原性气氛，起到在燃用高挥发份煤质时，防止炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀的作用，运行时利用各自独立的风量控制挡板调整得到合適喷口周界冷却风量，以便在煤质较大幅度变化下，如变为挥发分高的烟煤时，在喷口四周投运冷却风保证充分风量冷却喷口，以防止回火和高温受热变形或烧坏喷口。
稳燃齿将采用高温耐磨耐热合金钢，采用特殊熔铸工艺制造，同时表面堆焊高温耐磨材料，可实现较高的耐磨性能，保证能够在复杂脉动高温和气固两相流冲刷条件下长时间稳定运行，延长使用寿命。新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器和其喷口结构示意图如图1。燃烧器主要设计参数表见下表1。
（a）水平浓缩一次风煤粉燃烧器构成
（b）一次风喷口
2.2采用高浓缩比、低阻力新一代煤粉浓缩技术
经过了将近二十年研究开发和实际应用测试，水平浓缩燃烧技术的关键设备—百叶窗煤粉浓缩器已经开发出第三代煤粉浓缩技术，新一代煤粉浓缩器具有非常优异的气固流动和煤粉浓缩特性，比前几代技术有本质上性能提升，其具体表现为：（1）浓缩器具有优异的低流动阻力特性，局部阻力系数小于2，并具有高的煤粉浓缩比，浓缩率可达1.6～2.0以上；（2）在保证高浓缩比的条件下，浓淡喷口出口气流流量分配更为均匀，浓淡一次风量比在1.0～1.1以内；（3）制造工艺进一步简化和成熟，在煤粉管道上的布置更为自由。易磨部位均采用高硬度的耐磨材料，采用特殊的熔铸工艺与浓缩器本体连接，实现了高耐磨性能的同时具有很强抗高脉动温度应力的能力，保证能够在复杂脉动高温和气固两相流冲刷条件下长时间稳定运行。因此，本次改造将根据燃用煤质的特性，采用第三代高效煤粉浓缩器优化设计。百叶窗煤粉浓缩器器的主要设计参数如下表，在入口处第二级浓缩叶片设为可调，以适应煤种变化。
2.3采用高位燃尽风技术
将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来λp=1.2变为λp=0.84～0.9。在主燃烧器上方在标高27141和27786、28244加装燃尽风，布置三层共12只燃尽风喷口，燃尽风量占总空气量约为25%～30%，燃尽风喷口风速采用较高风速45m/s，所有燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，上下摆动± 15°，水平方向上± 10°左右摆动，可根据锅炉运行状况（燃尽、NOx排放、过热器汽温偏差等）进行喷口角度的适当调整。炉内燃烧器喷口布置如图2。
2.4主燃烧器区二次风喷口的设计
主燃烧器区二次风喷口面积根据主燃烧器区有组织二次风减少的程度进行相应缩小，保证出口的二次风风速达到较高风速（45.3 m/s）。保证最下层较大二次风喷口面积，使其具有较大出口二次风动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。一二次风切圆大小没有改变，与原设计相同。 2.5采用延迟混合型一、二次风喷口设计
二次风喷口采用收缩型结构，推迟一二次风的混合。一次风浓淡喷口之间采用垂直V型隔板，推迟浓淡一次风的混合速度（见图3）。采用这样的措施，可以有效地推迟浓淡煤粉气流的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量。高浓度的浓一次风煤粉气流，强化一次风的着火和稳燃性能，利用早期快速析出挥发分有效降低NOx生成量，可保持高的煤粉颗粒的燃尽度。一次风喷口出口四周设计有偏置型周界风喷口，对运行或停运的一次风喷口起到冷却保护作用，一次风在向火侧和上下两侧设有小扳边，推迟周界风与一次风的混合。
3.燃烧器改造前后NOx排放物比较
为了比较低氮燃烧器改造前后NOx排放物的多少，在燃烧器改造前，对#5号炉的NOx排放物进行测定，试验共进行了2个工况。燃烧器改造后，又对NOx排放物进行测定。
（1）通过低氮燃烧器改造，在同样负荷下，NOx平均排放浓度由改造前的743.5mg/m3下降至526.6mg/m3，下降了216.9mg/m3。
（2）180MW负荷下，随着入炉总风量的增加，即转向室中的烟气氧量从4.3%增加到4.8%，NOx排放量呈增加趋势，NOx排放量由504mg/m3增加到542mg/m3，增加了38mg/m3。
（3）随负荷降低，NOx排放量由475mg/m3升高到563mg/m3，升高了88mg/m3。
实验证明：通过增加送风量NOx是增加的，负荷降低造成氧量增加，NOx也是增加的。
4.煤粉燃燒器运行说明：燃烧器热态运行时的注意事项
4.1 燃烧器运行保证按接近设计一次风风率和一次风风速运行。在高负荷情况下，二次风风门各层开度应保证较大开度（50%以上），煤粉细度应控制在设计值范围内（煤粉细度R90在26%±2%的范围内）。
4.2 调试运行中及时观察喷口结焦情况，如有结渣及时清渣。
4.3 运行时，保持炉膛出口氧量在3.0 %～4.0 %。
4.4一次风风压控制在一定数值下(2.6kpa以上)保证不出现煤粉堵管问题.
5.结论
通过对陡河发电厂#5机组低氮燃烧器改造后运行的情况看，低氮燃烧器运行方式具有比船体燃烧器稳燃性好的运行经济性.为我国200MW锅炉低氮燃烧器技术的进一步改进及运行调整提供了重要依据,同时也降低了氮氧化物的排放,减少因形成酸雨对环境、社会造成巨大的经济损失，有明节能减排效益。 [科]
【参考文献】
［１］岑可法.锅炉燃烧试验研究方法及测量技术.水利电力出版社,1995.
［２］哈尔滨工业大学燃烧工程研究所哈尔滨博深科技发展有限公司.大唐国际陡河发电厂#5（HG-670/140-9型）炉低NOx燃烧器改造说明书. 2011,11.