朱利军 厉文清
【摘 要】对现役1025t/h国产UP型直流燃煤锅炉进行低NOx改造，采用空气分级燃烧技术，保留原主燃烧区基本格局不变，在主燃烧器上方增加三层三维可摆动的燃尽风（SOFA），主燃烧器区域的二次风喷口面积相应减小，实现炉膛内的分级燃烧；一次风、二次风采用多切园系统，实现"风包粉"格局，防止水冷壁高温腐蚀及结渣；进行炉内空气动力场的冷态试验研究和热态调整。改造后获得48.5%的降NOx效果，且锅炉运行正常。
【关键词】锅炉 低NOx 改造
1、概述
黄埔电厂#5、6炉是上世纪八十年代末制造的国产UP型直流锅炉，受当时技术条件的限制，设计时未考虑氮氧化物（NOx）的控制问题，一直以来锅炉氮氧化物（NOx）排放浓度达600～900mg/Nm3。2005年#5、6炉支付的NOx排污费用为643.3万元。
为响应国家"节能减排"号召，我厂与浙江大学合作，于2006年2月和2007年6月分别利用#5、6炉大修机会完成了低NOx燃烧技术改造。
改造后#5、6炉NOx排放浓度由原来的850.37 mg/Nm3大幅下降到437.5 mg/Nm3，降幅为48.55％。且#5、6炉效率分别提升1.08个百分点和0.34个百分点，炉内无明显结渣、高温腐蚀，炉膛水冷壁没有超温现象，锅炉汽温、汽压、出力等主要指标全部达到设计值，炉膛出口烟温偏差不超过30℃。经过运行人员不断摸索，2008年4月、5月、6月市环保局例行监测#5、6炉NOx排放浓度进一步降到320mg/Nm3以下，达到国内低NOx燃烧技术先进水平。
该项目是国内低NOx燃烧技术首次在1025t/h、UP型直流炉上成功应用。2008年3月，该项目通过广东省科技厅组织的成果鉴定会，鉴定结论为达到国际先进水平。
2、锅炉简介
黄埔电厂#5、6锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/16.7-M313 UP型直流燃煤锅炉，采用钢球磨中间储仓式制粉系统，热风送粉。燃烧器为直流式四角布置切圆燃烧，每组燃烧器设有五层一次风和七层二次风喷嘴，一、二次风间隔布置。制粉乏气作为三次风从燃烧器上部分两层八个喷嘴从前后墙送入炉膛。一、二次风切圆采用双切圆布置。燃烧器布置见图1所示。
3、降氮方案的选择
经过调研、收资，了解到目前国内外煤粉NOx控制主要方法有：
结合我厂实际，经过综合分析，决定采用空气分级、结合二次风燃烧器偏转技术，对燃烧系统进行改造，以减少燃烧阶段NOx的生成，达到控制NOx的目的。
4、低NOx改造方案
4.1原主燃烧区基本格局不变，即各层一次风标高，二次风标高，三次风标高均不改变，一次风、三次风燃烧器不改变，不改变原燃烧器水冷套，从而降低了改造风险，也减少了改造工程量和改造投资。
4.2 采用深度空气分级技术，经过计算并结合现场设备布置情况，在炉膛切角（即主燃烧器正上方）标高31.7m处布置三层燃烬风（SOFA风），SOFA中心线距离炉内大屏屏底距离为13米，距离最上层一次风中心线为7.43 m，距离最上层三次风中心线为4.2 m。改造后的燃烧器喷口布置见图2。
将原二次风部分喷口面积缩小，保持原设计风速不变，燃烬风由锅炉两侧二次风箱引出，通过深度空气分级形成下部（主燃烧区域）富燃缺氧燃烧控制NOx的生成，上部（燃烬区）富氧燃烧控制飞灰含碳量的燃烧格局，降低NOx排放。
4.3采用多切圆燃烧系统，即：一次风（喷口）出口仍顺时针偏转5度，将部分二次风流道折向水冷壁方向，在炉内的水平方向形成分级燃烧，中心区域为高燃烧强度区，水冷壁周围为具有较高氧浓度，较低温度，低的CO含量和低的颗粒浓度，从而起到防止结渣和高温腐蚀的作用，也可以避免炉膛出口烟气旋转余量过大造成烟温偏差过大。改造后各层风喷口见表1
4.4 燃烬风喷口设计为具有上下和水平摆动功能，从而可以调整燃烬风穿透深度和混合效果，并有效防止炉膛出口过大的扭转残余。
5、改造实施及冷、热态试验调整
5.1 改造实施
#5、6炉分别于2005年12月~2006年2月、2007年4月~6月大修期间实施改造，改造设备及安装见图3、图4。
5.2 冷态空气动力场试验
设备安装后进行了炉内冷态空气动力场试验，包括一次风缩孔调整试验、二次风门特性试验、燃烬风门特性试验、炉内空气动力场的测定等。调试试验结果如图5所示。
从试验结果看，炉内旋转气流速度峰值比较明显，气流的旋转比较强，形成了明显的切圆；切圆中心与炉内的几何中心很靠近，切圆的大小、中心比较正常。
5.3 不同变量对NOx排放的影响试验
- 在机组大修后运行初期进行了不同变量对NOx排放的影响试验，包括：氧量、空气分级比例、三次风投入、一次风压、周界风开度、二次风配比方式、负荷，并进行了炉膛出口烟温偏差的调试。
6、 改造前、后NOx排放测试结果
改造前后委托广东省中试所进行了NOx排放测试，测试结果如表2。
测试结果显示，改造前锅炉NOx排放浓度为850.37 mg/Nm3，而改造后NOx排放浓度为437.5 mg/Nm3，降低了48.55％，减排效果显著。而且锅炉炉效升高，炉内无明显结渣、高温腐蚀现象，炉膛水冷壁没有超温现象，锅炉汽温、汽压、出力等主要指标全部达到设计值，炉膛出口烟温偏差不超过30℃。
7、效益分析
7.1 改造费用
#5、6炉改造总费用为655.51万元。
7.2 经济效益分析
根据广州市环境检测站定期检测数据统计，#5、6炉改造前锅炉NOx平均排放量每年约为10800吨，交排污费640万元。改造后年可减少NOx排放量约为4000吨，年节约排污费252万元。
成本回收期：
655.51/252=2.6年
7.3 社会效益分析
根据广州市环境检测站定期检测数据统计，每年可减少NOx排放量约为4000吨，不仅为企业节约可观的成本开支，更重要的是，改善了电厂周边的大气环境，创造了显著的社会效益，得到了当地环保部门的好评。
8、结论
分离布置燃烬风结合多切园配风系统的改造是一种有效、经济可靠的炉内低NOx改造技术，该技术保留主燃烧器区域锅炉布置的大格局不改变，即不改变锅炉水冷套、不改变锅炉主燃烧器的标高和布局，改造风险小、工作量小、费用低、效果显著，且锅炉运行参数正常，炉内无结渣、高温腐蚀等现象，飞灰含碳量无升高，锅炉效率无下降。
由于采用了SOFA风上下左右摆动技术，使锅炉燃烧系统的可调性能增加，提高了锅炉对煤种的适应性能。
作者介绍：
朱利军（1966-）：男，湖北省鄂州人，高级工程师，热能动力，
E-mail:zhulijun@hppp.com.cn
厉文清（1967-）：男，湖北省孝感人，工程师，热能动力。
E-mail:liwenqing@hppp.com.cn;or lwqyhajh@163.com。