锅炉低氮燃烧器改造优化与应用

华日耀

华日耀

广东拓奇电力技术发展有限公司510530

摘要：为了响应国家节能减排号召，将环境效益和后续烟气脱出市场的改造，需要进行低氮燃烧。目的是为了减少NOx排放到400-450mg/Nm3，同时保证锅炉效率和蒸汽温度偏差。

关键词：低氮燃烧技术；NOx（氮氧化物）；燃尽风；二次风挡板

一、设备摘要

某厂4号锅炉是哈尔滨锅炉厂根据燃烧工程公司的引进的进口技术。设计和制造模式的HG-1125/17.5YM33，哈尔滨汽轮机厂N300/C280-16.7/1.5/537/537亚临界、一个中央再热，双缸，双排气，哈尔滨泰富电气生产的抽汽凝汽式汽轮机、发电机氢冷330mw汽轮发电机。

二、低氮燃烧的技术原理

低氮燃烧是空气分级燃烧技术的主要原理。空气的技术是减少煤粉燃烧面积，提高煤粉的燃烧区浓度，延迟两次风混合时间，这样一个煤粉炉形成中心丰富的燃料，煤燃烧初期氧气燃烧导致缺氧，降低氮氧化物的产生。

该厂低氮燃烧器改造过程中存在的问题：由于锅炉各设备已经安装就位，低氮改造燃烧器规格约为4×5×14米，燃烧器整体吊装存在现在的各蒸汽管道阻挡，吊装难度系数特别大。

三、锅炉改造总体结构的描述

某厂4号锅炉低氮燃烧器改造工程是EPC的总承包方式。改造方案的前提以不改动炉架柱网布置及尽量不改变炉架结构，以最大限度地减少机组现有系统和设施的影响，同时不减少现有的安全经济指标。相关基本要求如下：低氮燃烧系统的改造必须以制粉末系统、配电系统和风机的现状为基础，新添加的燃烧器系统的电阻不高于现有的系统电阻；将低氮燃烧系统的新控制系统纳入机组现有的DCS系统中，并添加了新的控制系统、设备和DCS信号电缆。燃烧器的设计和布置不应改变原有的水冷壁和风箱的开口尺寸，且不改变现有的主要和再加热的蒸汽温度调节方式。应采取相关的措施，保证水冷壁大气的安全，防止水冷壁产生渣、损坏和高温烟气被腐蚀；在燃烧器内改造点火套筒，保持现有锅炉油枪、消防检查、锅炉油枪等系统，系统的整体控制方式和运行方式保持不变；改造后，不应减少本单位现有的安全和经济指标。

在需满足上述技术指标的同时，如何在电网批准的有限的施工周期将旧设备拆除、新设备吊运安装到位并满足技术指标，给施工方提出了较大的难题。

四、主体的施工内容

（1）机器的部分之一。气道的最后一个弯头的出口法兰与燃烧器的边界。在法兰之后，燃烧器的主体和空气喷嘴和喷嘴都被更换和安装。更换二次风喷嘴4套，增设4套二次风门及配套气动执行器；更换新分离的燃烧废气燃烧器和冷却水套。四组新的排气摆动执行器。安装SOFA风道、风箱、二次风门、支撑架等。A层微油点火系统利旧，火检和油枪利旧。

（2）热控制。两套新的风量测量装置，4套SOFA空气门执行器和4套燃烧排气喷嘴波动执行器。包括执行机构、新站、送风电缆，并连接到电厂DCS系统和负责提供DCS卡并提供控制逻辑。

（3）电气部分。新添加的SOFA燃烧器标高提升约3米，附近的电缆桥需要重新布置，并在安装结束后进行调试。

（4）压缩空气的系统接口。气动执行器气源靠近仪表压缩空气。

（5）特殊项目。安装结束进行一次风调整、空气动力装置测试和热调试。

五、施工程序优化

1、锅炉原有的整体结构

锅炉采用中速磨直吹煤粉系统，一次风正压直吹，负压炉和平衡通风系统。在煤粉喷嘴的设计中，采用天窗水平和轻燃烧技术，使厚煤粉流到炉边，轻煤粉喷到炉头。在炉膛周围有一根绕带式刚性梁，背烟很好地承受正向和负向的压力。

结合设计方提供的图纸，考虑到施工作业区域各平台通道、锅炉房原有的煤粉管、汽包下降管、辅助蒸汽管、吹灰节省管道等限制，施工方提出优化改造施工措施如下：

2、以对角拆除方式，将旧燃烧器采用逐层燃烧器拆除后，以零散件方式通过施工方设置的吊装设备运输到地面后，使用运输机械清理；

3、新燃烧器设备经检查尺寸与设计一致后，采取以下方式进行分拆：

（1）因原炉膛水冷壁除去冷灰斗的一部分和上部的水冷壁为光管之外，其余部分为多头内螺纹管。考虑到水冷壁管切断重接后可能造成水冷壁套管变形，此次改造不作水冷壁套管的分拆，由起重人员调整吊装程序吊运到位。

（2）参与本次改造所涉及的刚性梁，主要变化AGP燃烧器（也称SOFA）三层的刚性梁受影响的调整：原锅炉刚性梁的水平在35700毫米的高度，它的四个角落的水冷壁，角落里由原定期连接到燃烧器和连接；与水冷壁四个角的连接从燃烧器连接改为原来的角缝；原锅炉的水平刚性梁高32251mm，增加局部刚性梁34390，加强与燃烧器的连接。钢性梁的增改工作在拆旧燃烧器过程中同步进行。

（3）根据燃烧变换方案，每根热二次风管顶部的垂直风管应从每一个的顶部抽出。进入左侧和右侧燃烧空气燃烧器即AGP燃烧器。垂直热风管道内壁为1067X2700mm，热风道墙板由4mm钢板制成。垂直热风管由热的二次空气转化为顶部。

（4）SOFA燃烧器的水冷礕套管吊运就位，校核标高预调整SOFA喷口位置后，将SOFA燃烧器吊运就位按图纸安装。

（5）低氮燃烧器的水冷壁套管使用吊装设备吊到安装区域，利用水冷壁套管进行燃烧器的中心预找正，确保燃烧器就位后的中心偏差在允许范围内。水冷壁的对口按焊接工艺进行，水冷壁的鳍片不作恢复，方便低氮燃烧器的中心调整。

（6）低氮燃烧器在中间位置，将燃烧器喷口拆除，并将燃烧器外护板、风箱连接板等从中间位置割开，将14米长的燃烧器割成7米长的两部分。先将上部的燃烧器吊运到安装区域稍高约200mm处，再将下部燃烧器吊运到安装位置后，上部燃烧器下降调整标高并与下部燃烧器按原图纸进行恢复。待燃烧器恢复后再装上喷口。燃烧器安装完成，复核燃烧器的切圆中心，对切圆中心进行调整，以确保燃烧器的切圆中心与图纸设计一致。

（7）安装结束后，热工执行机构等复装结束，对摆角进行调整。所有的控制器，信号和电缆都应该是阻燃的控制和信号电缆应都被屏蔽电缆（其中包括DCS模拟信号电缆应采用阻燃、计算机屏蔽电缆），运动电缆使用铠装阻燃电缆。

4、空气动力场试验中，使用火花试验方式，对燃烧器切圆的燃烧状态进行复核，与设计尺寸一致，改造施工过程质量及总体质量符合技术要求。

结束语：

该厂4号锅炉低氮燃烧器改造后，在2016年12月4日19时点火，12月14日14时与电网相连，12月8日9时在全部容量的情况下，启动了一个成功的单元。启动过程中，所有的参数都应满足环保排放标准，锅炉出口/脱硝进口240毫克的Nm3NOx排放值，主要和再热蒸汽牌出口温度为540℃，所有产品都应满足设计要求才能达到合同规定的价值。

在此次改造项目中，通过将锅炉厂原设计的一体式燃烧器分拆成两段进行吊装及安装，减少因吊装过程造成的锅炉原有平台、管道的拆除及恢复，确保锅炉管道系统内部的清洁度；此外，因燃烧器拆成两段吊运，降低了燃烧器的单件重量及长度，使燃烧器的吊运风险系数大大降低，提高施工过程的安全系数。

参考文献

[1]孟杰良村热电#1锅炉低氮燃烧器改造试验研究.2016.08

[2]杜军林630MW对冲燃烧锅炉低氮燃烧器改造问题和优化.2015.03

[3]李明浅析火电低氮燃烧器的改造与应用2010.05.

[4]顾卫荣燃煤烟气脱硝技术的研究进展.化工进展，2011.09.