锅炉燃烧器烧损及NOx排放高原因分析

以某电厂为例，一期1、2号锅炉在低氮燃烧器改造后，锅炉燃烧器设备先后出现烧损问题，且1号炉NO。排放较2号炉高约100 mg/m3，危及锅炉运行安全及脱硝设备正常投运。针对上述问题，从改造方案、设备制造及运行方式等方面分析了原因。发现：(1)2号炉改造设计没有考虑煤种变化，采用了常规稳燃措施，同时运行期间周界风开度小，导致燃烧器区域出现局部高温，燃烧器防磨陶瓷脱落引起煤粉堆积，并在一次风室内燃烧导致燃烧器烧损：(2)1号炉燃烧器制造过程中各喷口间空隙未按设计要求封堵，煤粉被负压回流带入燃烧器隔板堆积燃烧，导致燃烧器烧损．同时，喷口间隙未封堵造成燃烧器二次风漏风严重，降低了空气分级效果，导致NO。偏高。在原因分析的基础上，采取了相应改进措施。结果表明，改进措施有效解决了l、2号炉出现的问题，可为其他电厂类似问题的解决提供参考。

引言

    统计数据显示．截至2012年年底，中国氮氧化物(NO。)排放总量2 337.76万t[l]，其中火电厂排放的NO。约占全国排放总量的35%_40%12]，是中国主要的大气污染源，、截至2013年年底．全国共有1 000余台燃煤锅炉进行了脱硝改造．总装机容量约4.3亿kW.其中约80%采用低氮燃烧器改造(LNB)+选择性催化还原法(SCR)技术路线。低氮改造方案、设备制造和运行方式等因素不仅影响改造降氮效果．且直接影响锅炉设备的运行安全．在低氮燃烧器改造过程中应引起足够重视，、某厂l、2号锅炉系东方锅炉厂生产制造的亚

临界压力、一次中间再热汽包炉．2台炉各工况下NO。排放均值约500 mg／m3。为满足新的国家环保标准1101.2号炉和1号炉分别于2012年1-3月和2013年9-11月进行了低氮燃烧器改造。改造后．1、2号炉先后出现一次风室和燃烧器箱壳烧损问题，且2013年改造的1号炉NO。排放比2号炉高100 mg/m3在右，、

    本文针对1、2号炉在低氮燃烧器改造后出现的问题，从改造方案、设备制备及运行方式等方面进行了深入分析，找出了问题原因．并据此实施了改进，、

1  设备概况

    1、2号炉燃烧器布置见图1，、燃烧器为直流式直流燃烧器．四角切圆燃烧．大小切圆设计，原燃烧设备的切圆直径分别为D700 mm和D1 000mm，、每角燃烧器分上下两组布置．共有16层喷口，其中一次风5层，顶二次风1层，二次风10层，、每组燃烧器的各层一次风间距为1  850 mm.上下两组燃烧器底顶一次风间距为3 110 mm，、燃烧器一次风率为21.94%．设计风速为30 m/s，、锅炉采用正压直吹式冷一次风制粉系统．5台中速磨煤机．4运1备，设计煤粉细度R㈣=18.4c/o，、

2  改造方案

    综合考虑低氮排放、防结焦、低负荷稳燃、汽温水平和燃尽5个方面，采用“燃烧器重组+四区燃烧耦合分级”低氮控制技术对1、2号炉进行低氮燃烧器改造。改造后的燃烧器整体优化布置。

2.1  主要改造内容

    (1)主燃烧器由分组两段布置改为一段布置．

    (2)A层一次风标高不动，B、C、D、E层一次风标高下落，燃烧器整体高度由8 860 mm减小

    (3)在主燃烧器上方设置5层燃尽风(SOFA)。

    (4) -次风喷口水平浓淡布置，向火侧浓，背火侧淡。

    (5)部分二次风与一次风背火偏置10。布置，形成“风包粉”结构。

2.2  改造后燃烧器主要参数

3  改造后的问题

3.1  2号炉燃烧器烧损

    2号炉低氮燃烧器改造于2012年1-3月进行，性能考核结果表明，各负荷下NO，排放量由改前500 mg/m3下降为改后的161.1-197.7 mg/m3，锅炉效率93.86%-94. 130-/0．较ECR工况原设计效率92.95%高出约1%.改造效果优异，

    2013隼1月18日．在2号炉运行过程中发现2号角D层一次风室及燃烧器箱壳外护板烧损(见图2)．电厂随即切断D磨，、2013年2月6

日．

3.2  1号炉燃烧器烧损及高NO。排放

    1号炉低氮燃烧器改造于2013年9-11月进行。启炉后的调整试验结果及日常运行数据表明，各负荷下NO，排放量250-300 mg/m3。相同的改造方案条件下，l号炉的NO。排放比2号炉高约100mg/m3。

    2014年1月．1号炉运行过程中先后发现2号角B、C、D层一次风室及燃烧器箱壳烧损（见图4）。

4原因分析

4.1  2号炉燃烧器烧损

    从煤种变化、改造方案及运行3个方面分析了2号炉燃烧器烧损的原因。

4.1.1煤种变化

    1、2号炉设计煤种为神府东胜烟煤，干燥无灰基挥发分y．I。为36.44%，属中高挥发分烟煤。目前．电厂常用燃煤为印尼烟煤及菲律宾烟煤．

均值在45%左右，有时甚至高达50%，属于高挥发分甚至特高挥发分煤。挥发分越高，着火温度越低，越易着火，因此煤粉着火点提前，距一次风喷口很近．导致燃烧器喷口附近区域出现局部高温．燃烧器一次风室壁温显著升高，、

4.1.2改造方案

    改造方案没有充分考虑煤种变化因素．仍按中高挥发分煤设计，燃烧器喷口采用钝体结构，并且位置缩进喷口内40 mm.进一步导致煤粉提前燃烧．并进一步恶化了燃烧器喷口附近区域局部高温情况，、同时．一次风室采用常规的“碳钢+陶瓷”防磨设计，、陶瓷材料耐磨性能良好，但是遇到局部高温或温度不均，则易碎易脱落。脱落的陶瓷在一次风室内易造成煤粉堆积．引起煤粉燃烧进而烧损一次风室及燃烧器箱壳，、

4.1.3设备运行

    从运行经验看．燃烧器回火是一次风喷口及风室烧损的常见原因，、但是，从2号炉运行数据历史记录看，在满负荷条件下．各磨一次风量在70 t/h左右，一次风温在67℃左右．一次风压在1.7 kPa左右．一次风喷口煤粉气流速度在28 m/s左右，，考虑到印尼煤、菲律宾煤水分较大，经水分修正后的～次风喷口煤粉气流速度在30 m/s左右．此速度远大于烟煤20 m/s左右的火焰传播速度…1．运行中存在回火的可能性很小，、另外．从烧损的2号角D层一次风室看，烧损部分位于风室近喷口端的底部和外侧壁．烧损部分与喷口之间风室并未出现烧损情况。如果2号炉一次风室烧损是回火所致．则这一区域的风室也将一同烧损。因此，回火烧损的可能性基本可以排除。

   从运行数据历史记录看．2号炉运行过程中周界风开度在满负荷条件下控制在20%-30%．有时甚至全关，、周界风在燃用易着火烟煤时，可以起到推迟着火、托住煤粉、遏制煤粉颗粒离析及冷却喷口的作用，、因此．当燃用挥发分较高的易

1 18

燃煤时，周界风应适当开大。

4.1.4  小结

    从以上分析可以看出．2号炉实际燃用的印尼煤和菲律宾煤都是高挥发分甚至特高挥发分煤．与原设计煤种有显著变化。但是．在2号炉低氮燃烧器改造设计及改后的日常运行中．均未充考虑燃煤挥发分显著提高对锅炉燃烧带来的影响，甚至采取了一些错误的稳燃措施和不恰当的运行方式，造成燃烧器喷口附近区域出现局部高温。局部高温引起两个问题：①喷口挂焦；②一次风室喷口附近的陶瓷片高温受热．膨胀碎裂脱落。喷口挂焦和陶瓷片脱落堆积。都将影响煤粉气流的正常流动，甚至造成部分煤粉在陶瓷脱落区域堆积，、同时，缩进布置的钝体设计在喷口前沿造成大回流区，进一步加剧了煤粉的回流堆积，最终煤粉在一次风室内大量堆积燃烧．将一次风室和锅炉燃烧器箱壳烧损，、

4.2  1号炉燃烧器烧损及高NO。排放

    1号炉改造时间较2号炉晚．其一次风室采用耐磨铸钢防磨．钝体无缩入设计．其他与性能

相关的设计与2号炉相同

    虽然都是一次风室及燃烧器箱壳烧损，但1号炉与2号炉的烧损情况存在明显差异。从现场照片看．2号炉的烧损是从一次风室中间某处开始．然后再引起箱壳烧损，这从一次风室烧损区域靠近喷口的部分仍完好可以得到印证。而1号炉的烧损是从一次风室前端开始．从前端向后端发展，最终引起箱壳烧损，这从一次风室前部几乎烧损殆尽，以及一次风室隔板间烧结残渣前部垂直堆满，后部斜坡堆积可以得到印证。由此可以看出．2号炉的烧损是在一次风室内部，而1号炉的烧损是从外到内．这一内一外是两次烧损的重要差异。

    下面具体分析1号炉一次风室和燃烧器箱壳烧损的原因，、1号炉锅炉燃烧器一、二次风喷口间隔布置，上、下两层喷口之间存在80-330 mm的间隙，、由于上、下喷口气流为高速流动的一、二次风，此问隙区域会产生一个明显的负压区。由于负压区的存在，一次风粉气流中的部分煤粉将回流至喷口根部。为避免这部分煤粉被负压回流带入燃烧器的隔板区域，在上、下两层喷口之间会设计封堵挡板，、查看现场设备到货照片，可以发现1号炉燃烧器虽然设计有封堵挡板．但生产厂家漏装（见图5左侧）．而2号炉的封堵挡板正常安装（见图5右侧）。由于l号炉未安装封堵挡板，导致运行过程中不断有煤粉被负压区回流带入隔板区域．堆积在隔板区域的煤粉燃烧．造成一次风室及燃烧器箱壳烧损，、图4中隔板内的烧结残渣呈里面斜坡外面垂直堆积，表明煤粉是不断被卷吸到隔板区域的。

    封堵挡板除了有阻止煤粉被负压回流带入燃烧器隔板区域的作用．同时还有减小燃烧器漏风的作用，、没有封堵挡板．相当数量的二次风从喷口之间的间隙漏入炉膛．导致主燃烧区域的过量空气系数增大，降低了空气分级效果．最终导致NO。偏高。同时，大量的燃烧器漏风会引起炉膛一风箱差压变小．二次风刚性不足．造成主燃烧区域的气流扰动差．这将对煤粉颗粒的燃尽产生不利影响。

5解决措施及效果

5.1  2号炉燃烧器烧损

    基于上述原因分析．提出了如下解决措施。

    设计方面：将“碳钢+陶瓷”防磨改成耐磨铸钢防磨．杜绝因局部高温引起的陶瓷脱落而造成的煤粉堆积：喷口钝体取消40 mm的缩进设计。运行方面：适当提高一次风压，推后煤粉气流着火点：优化上煤方式．在下层燃烧器燃烧挥发分较高的煤．上层燃烧挥发分较低的煤．在炉膛高温区域烧较低挥发分煤：运行时适当开大一次风喷口周界风风门，强化冷却，推迟着火。

    自2013年2月．2号炉按推荐运行方式．未再发生一次风室和燃烧器箱壳烧损问翘。同时，各措施未对低氮效果和锅炉效率产生影响．问题得到彻底解决，、

5.2  1号炉燃烧器烧损及高NO。排放

    基于1号炉燃烧器烧损和N晚排放偏高原因分析，利用1号炉停炉检修机会．加装了封堵挡板i、受施工条件限制，部分区域加封堵挡板较困难．但严格保证了间隙大于40 mm的各喷口空隙的封装，、自2014年3月．1号炉再未发生一次风室及燃烧器烧损问题。进一步完善后的性能试验结果表明，在高中低各负荷条件下．1号炉的NO。排放值在136.8-169.85 mg／m3，优于2号炉。锅炉

效率在93.51%-94.02%．较ECR工况原设计效率的92.95%高出0.6%-1.0%。1号炉低氮燃烧器改造效果优异。

6结论

    以某电厂l、2号炉低氮燃烧器改造后出现的一次风室和燃烧器烧损问题．以及相同设计方案条件．1号炉NO。排放比2号炉高100 mg/m3的问题，从改造方案、设备制造及运行方式等方面分析了原因，并采取了相应改进措施。从该厂1、2号炉出现的问题看．电站锅炉的低氮燃烧器改造是一个系统而细致的工作。首先．在方案设计过程中，要注意设备的边界条件，尤其是煤质变化，、对于涉及设备运行安全的细节．尽量采取稳妥可靠的技术。萁次，设备制造质量与设备运行安全和低氮效果密切相关．要加强对燃烧器设备的加工监造，保证设备质量，，最后，运行方式对设备运行安全有重大影响，低氮燃烧器改造后．燃烧器的运行特点较改前有明显变化．要加强对运行人员的技术培训．在保证低氮运行的同时保证设备安全，、实践结果表明．改进措施的实施彻底解决了l、2号炉存在的相关问题，为其他厂类似问题的解决提供了有益借鉴案例。

收集分享