1 前言

陕西延长中煤榆林能源化工有限公司公用工程中心热动力站4×320t/h高温高压煤粉锅炉自2014年投产就存在结焦问题，燃用煤质的灰熔点很低，主燃烧器区域都存在结焦现象，负荷只能带到280t/h左右，带到280t/h负荷以上结焦情况就特别严重，最严重时冷灰斗上面全是焦块。平时煤里掺除焦剂，喷口处日常巡检需要打焦，结焦现象也一直存在。另外，目前锅炉NOx排放量指标也比较高，在500mg/Nm3左右，随着国家对节能减排工作力度的加强，对燃煤锅炉的有害气体排放限制更加严格。因此，降低NOx排放量和解决锅炉结焦是陕西延长中煤榆林能源化工有限公司亟待解决的问题，故需要对锅炉进行燃烧优化改造。

2 公司锅炉概况

2.1锅炉介绍

榆林能化现有4×320t/h煤粉锅炉型号为HX320/10.6—II1型，高温高压煤粉锅炉（蒸汽参数：10.6MPa、540℃），是华西能源有限公司设计制造，采用热一次风机中速磨正压直吹式制粉系统送粉，单炉膛四角切圆燃烧、固态排渣、π型布置的平衡通风、自然循环汽包炉；锅炉出口NOx排放指标为500mg/Nm³。

炉膛断面尺寸为9984×9184mm。风、粉气流从炉膛四角喷进炉膛后，在炉膛中心形成假想切圆，锅炉切圆直径为φ618mm和φ684mm。

2.2锅炉主要参数介绍

过热蒸汽额定蒸发量      320t/h

过热蒸汽出口额定压力    10.6MPa

过热蒸汽出口额定温度    540℃

给水温度                185℃

空气预热器进风温度      20℃

锅炉计算效率            91.6%

2.3燃用煤质

表1 燃用煤质分析

3 改造要求

1）锅炉负荷为额定连续蒸发量（MCR），且无其它辅助燃料时，锅炉保证热效率应不小于91.6%（按低位发热值）。除尘器灰斗的飞灰可燃物含量不应大于3%，锅炉底渣含碳量不应大于6%；

2）锅炉出力情况和各参数在改造后保持不变；

3）燃烧室设计必须确保燃烧完全，炉内温度场均匀，炉膛不结焦、耐磨损，使设计的锅炉具有可用率高、经济性好、有害物质排放量低，锅炉出口NOx指标≤350mg/Nm³（干标，6%O2）。

4 煤粉锅炉NOx生成机理和低氮燃烧原理分析

煤粉炉NOx产生主要分两类，即为热力型NOx和燃料型NOx[1]。热力型NOx中的氮主要来源于空气中氮，对温度的依赖性很高；燃料型NOx主要来自于煤中的氮，与煤种、燃烧温度、过量空气系数、煤粉与空气混合等条件有关，要降低电厂烟气中的NOx浓度，必须改变烧嘴的燃烧条件，既保证充分燃烧，满足锅炉原有性能指标的同时降低NOx的浓度。

空气垂直立体分级技术与浓淡燃烧相结合进一步深度降低NOx排放量，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0.84—0.9，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延长了燃烧过程，使煤中析出的大部分含氮基团在此燃区反应完成，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，但在近壁区为氧化性气氛，提高了近壁区内灰颗粒的熔点，有效的减少了近壁区烟气中的腐蚀性气体浓度，有利于防止炉膛结焦和水冷壁高温腐蚀。将燃烧所需其余空气通过布置在主燃烧器上方分离燃尽风喷口（SOFA）送入炉膛，此时空气量虽多，但因火焰温度低，有效抑制了NOx的生成，最终NOx生成量不大[2][3]；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。 

5 榆林320t/h锅炉燃烧优化改造方案

榆林320t/h锅炉在2021年进行了燃烧优化改造，保证在降低NOx的同时，燃烧稳定性好、缓解炉内结焦情况，锅炉参数正常，调整幅度宽，锅炉效率与改造前相比不降低，减温水量不增加，风机电耗不增加，并具有宽广煤质适应性。特别是满足燃烧器煤质变化的要求，采用特殊燃烧器设计在一定范围内提高燃烧效果在降低NOx的同时，燃烧稳定性好、避免了炉内结渣和高温腐蚀，并具有宽广煤质适应性。燃烧优化改造具体方案如下：

1）首先进行改造前锅炉摸底试验，为锅炉燃烧系统优化改造提供合理充分依据；

2）燃尽风系统局部优化改造；

3）保持一、二次风原有的固定形式；

4）一、二次风燃烧器重新设计布置，解决低灰熔点煤质炉膛结焦问题，燃烧器布置如图1所示；

5）设计、控制一、二次风动量比，同时优化设计一、二次风分配比例；

6）改造后一次风燃烧器采用先进的超浓淡风煤粉燃烧技术，并采用多钝体喷口强化燃烧措施。有效降低NOx排放，强化劣质煤的燃烧稳定性，保证高效燃烧，并拓宽燃料适应性，防止结渣和高温腐蚀；

7）采用一次风燃烧器高温耐磨浓淡燃烧技术，保证燃烧器的超长稳定运行周期；

8）高浓缩比、低阻力新一代煤粉浓缩技术。确保煤粉及时着火，加强燃尽效果，燃料适应性变宽；

9）A层微油燃烧器本体更换，微油系统利旧使用。实现低NOx排放的同时，节约大量燃油，满足节能环保的要求。

图1 单角各层燃烧器改造后喷口布置图

6 试验结果

6.1冷态试验结果

1）冷态下测试各台磨粉管风速偏差在±5%范围内；

2）锅炉二次风门、SOFA风门、周界风门的挡板开度与对应的风速基本呈线性，风门内部安装位置及反馈信号正确；

3）动力场切圆直径基本位于炉膛截面中心，炉膛内切圆大小适中，气流刚性较强，无刷墙。

6.2热态试验结果

1）热态一次风速调平，每台磨一次风速相对平均值偏差小于±5%；

2）10月25日290t/h蒸发量调试开始就退出除焦剂运行，至10月31日因送风机跳闸终止（消缺2小时），满负荷连续运行7天。送风机启动后继续290t/h运行到11月4日，期间没有发生因大块焦子脱落导致捞渣机故障，也没有发生因结焦严重被迫降低负荷甩焦的情况发生。锅炉正常进行蒸汽吹灰，各项参数稳定运行；

3）290t/h蒸发量完成4个磨组组合方式运行工况，240t/h蒸发量完成2个磨组组合方运行工况。炉膛出口烟温及两侧烟温偏差、蒸汽偏差、减温水量、排烟温度均在合格范围内；

4）氮氧化物浓度小于350mg/m3。

7 结  论

改造后NOx排放浓度降低明显，降幅在30%以上，平均达到了350mg/Nm3以下，改造后锅炉效率基本不变，日常运行中，飞灰可燃物含量和炉渣含碳量符合改造要求，并且解决了燃烧器区域的结焦问题，在不使用除焦剂的情况下，炉膛也没有出现结焦情况，实现了高效燃烧，并拓宽燃料适应性。 

参考文献：

[1]王顶辉. 煤粉锅炉燃烧特性及降低氮氧化物生成的技术研究［D］. 华北电力大学(北京):2014：17-29.

 2013.

[2]马学杰. 分拉垂直亲和浓淡煤粉立体分级低氮燃烧技术的应用[C]// 发电企业节能减排技术论坛. 2013.

[3]管晓艳.煤粉燃烧器内气固流动特性研究[D]. 哈尔滨工业大学, 2011.