低氮燃烧技术在南化公司#1锅炉上的应用武汉燃控科技热能工程有限公司彭良才我国能源结构中70~80%由煤的燃烧提供，每燃烧一吨煤，就要产生5~30kg氮氧化物。目前我国现役煤粉锅炉排烟中的NOx的浓度范围在600~1200mg/m3，每100亿kWh的火力发电量约排放3.9~8.8万吨的NOx。NOx是大气的主要污染物之一[1]。为满足国家对NOx排放浓度的控制要求，中国石化南化公司对锅炉进行低氮燃烧技术改造，实现锅炉超低NOx排放的同时实现锅炉高效稳燃、防结焦、防高温腐蚀及低负荷不投油稳燃等。1.锅炉概况锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、“π”布置固态排渣炉。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁。炉膛出口布置屏式过热器，水平烟道装设了两级对流过热器。炉顶水平烟道两侧及转向室设置了顶棚和包墙过热器，尾部竖井交错布置两级省煤器和两级空气预热器。采用钢球中间储仓式制粉系统，乏气送粉。除渣设备采用刮板捞渣机。锅炉采用四角布置不可摆动直流式煤粉燃烧器。炉内假想切圆直径为φ600mm。每角燃烧器由4层二次风喷口和2层一次风喷口组成。每角燃烧器布置型式为：2-1-2-2-1-2。目前锅炉烟气中NOx排放浓度700mg/Nm3左右。2.空气分级原理将燃烧所需的空气量分成两级送入炉膛，使主燃烧区内过量空气系数在0.75~0.85，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延迟了燃烧过程，在还原性气氛中大量含氮基团与NOx反应，提高了NOx向N2的转化率，降低了NOx在这一区域的生成量。约20~30%未燃尽煤粉将进入富氧燃尽区进行充分燃烧，同时未燃尽碳中含有的N也将在富氧燃尽区反应生成氮氧化物，最终随着烟气排除炉膛。这一部分氮氧化物约占常规低氮燃烧技术氮氧化物排放值的40~60%，主燃烧区过量空气系数越大其所占比例越小。为了进一步降低这部分氮氧化物的生成，我公司采用了双级燃尽风(示意图见4-3)技术。此技术将燃尽风分为高位燃尽燃尽风和低位混合燃尽风。分段后的燃尽风在保证主燃烧区过量空气系数处于0.75~0.85的同时，通过对燃尽风的分层实现了降低未燃尽碳进入富氧区域的比例。低位混合燃尽风将主燃烧区域的过量空气系数提高到0.95左右同时，对炉内烟气进行了进一步的混合，即有利于氮氧化物的还原又有利于煤粉的燃烧。在确保还原气氛的情况下，将进入高位燃尽区的未燃尽碳降至约5%，同时将主燃烧区由于混合不均匀而无法得到还原的氮氧化物还原，最终使排出炉膛的氮氧化物大大降低。高位燃尽燃尽风送入炉膛后，形成富氧燃烧区。此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中析出的大部分燃料在主燃区已反应完成，最终氮氧化物生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率，最终炉内垂直空气分级燃烧可使氮氧化物生成量降低。图1喷口布置图3.改造方案本次改造设计理念采用空气分级原理，结合浓淡分离技术及局部燃料分级原理[3]。根据锅炉目前运行状况，此次方案各层风管标高基本不变，燃烧器维持原来切圆不变，在标高16m和18m处增加两层燃尽风喷口（见图1）。一次风管采用水平浓淡，一次风喷口采用耐磨、耐高温材质制造，满足锅炉运行的需要。所有一次风耐热喷口更换为新型结构。一次风煤粉喷口在淡侧布置有侧偏风，保护喷口，改善喷口区域氧化性气氛，防止结焦。为了避免采用分级燃烧后主燃烧区风量减少带来的动力场变化，二次风喷口根据低氮燃烧的配风要求进行更换。下二次风喷口面积减小，保证此层气流刚性增强托粉效果；C层二次风采用部分偏置二次风，分离部分二次风偏向水冷壁，改善水冷壁附近氧化性气氛，降低结焦风险。燃尽风布置在标高16米和18米左右；燃尽风为两层布置，风量占总风量的24%左右（见表1）；喷口内叶片可以实现上下20度摆动，左右15度摆动，假想切圆直径为600mm。4.运行数据及分析4.1改造前锅炉情况表1改造前后配风对比表南化公司#1锅炉改造前，委托设计方针对锅炉经常出现的负荷做摸底试验。通过燃烧中观察，燃烧器喷口处有结焦现象，水冷壁壁面比较干净。有些二次风门有卡塞、变形现象，故显示的二次风门开度，不准确。根据试验结果，锅炉烟气中NOx排放浓度在750mg/Nm3左右，锅炉效率在90%以下。（详细情况见表2）表2摸底试...
