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摘要：为降低锅炉出口NOx浓度，确保机组氮氧化物排放小时均值达到国家超低排放标准的比例在80%以上要求，珠江电厂在锅炉大修期间对#4燃煤锅炉进行了低氮燃烧器改造工作。本文介绍了#4炉进行了低氮燃烧器改造燃烧设备布置的方案，通过对改造前后SCR入口NOx的浓度与机组负荷在160～320MW阶段的关系比较，改造后NOx平均浓度由400mg/Nm3降到220 mg/Nm3，使得#4炉大气污染物排放浓度达新的环保标准要求，同时也降低#4炉SCR系统尿素耗量，大大节约了脱硝成本。且机组在满负荷时，锅炉SCR入口NOx浓度随着氧量的降低而减少，综合NOx浓度和锅炉效率等因素，2.3%为320MW时最佳氧量。
关键词：燃煤锅炉；低氮燃烧器； NOx浓度；
氮氧化物排放大气中能够造成酸雨、光化学污染等，对人类健康和生活环境造成很大威胁，它是大气主要污染物之一。由于大部分电厂锅炉使用的燃料是煤，而燃煤在燃烧过程中会产生大量的氮氧化物[1-2]。随着国家颁布更严格的NOx排放标准，在2020年前，对燃煤机组全面实施超低排放，要求现役燃煤机组的大气主要污染物排放标准达到天然气燃气机组的排放标准，即在基准氧含量6%条件下，烟尘10mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化50mg/Nm3。东、中部地区要提前至2017年和2018年达标[3]，为使锅炉NOx 排放指标为达到我国《火电厂大气污染物排放标准》的要求[4-5]，提高脱销效率，降低NOx 排放，珠江电厂对#4 炉进行低NOx燃烧系统改造。
1.低氮燃烧改造方案
1.1燃烧设备布置
燃烧设备包括：等离子点火燃烧器；一次风煤粉燃烧器；二次风喷嘴；燃尽风风箱、风室、喷嘴；风室档板等。炉燃烧设备设计采用炉两侧大风箱配风、燃烧器组切角、四角布置、喷嘴摆动、气流逆时针旋转、切圆燃烧（假想切圆Φ1047mm）。主燃燒器组，共有 13 层。
炉在燃尽区布置有SOFA喷嘴，结构与主燃烧器组相似，SOFA 角风箱风室几何中心标高于炉本体标高的33620mm，共三层 SOFA 风喷嘴，四角布置，箱壳切角与主燃烧器相同。喷嘴内导板反切 8°（消旋，防止左右烟温偏差），SOFA 二次风喷嘴可作±10°的水平左右摆动和±20°的垂直摆动。
1.2 燃烧设备设计
1.3.1炉内燃烧炉沿膛高度分为三个区域。根据低 NOx 燃烧原理分级配风：主燃区欠氧燃烧（占总风量的 72.5%）；还原区，没有二次风供给；燃尽区，设三层燃尽风喷嘴，配给的二次风量占总风量的27.5%。
1.3.2 A 层一次风室采用等离子点火燃烧器，可节约大量的点火用油。
1.3.3一次风煤粉燃烧器采用高效水平浓淡分离装置，使燃烧器出口煤粉浓侧迎火面、淡侧背火面。
1.3.4一次风煤粉燃烧器喷嘴的周界风采用不等边口设计：本设计针对低 NOx 燃烧特点，将其设计成不等边口：周界风量大的处于背火面，小风量的处于其它三面。
1.3.5燃尽风喷嘴反切：燃尽风喷嘴内设8°的反切导板，并可左右水平手动摆动±10°。
2.低氮燃烧器改造后运行的效果
2.1低氮燃烧器改造前锅炉优化调整对NOx浓度的影响
#4炉改造前为普通燃烧器，机组负荷在160～320MW阶段，锅炉脱硝入口NOx的平均浓度400mg/Nm3；图1是改造前SCR入口NOx浓度和机组负荷变化趋势：
从图1可以看出，机组负荷小于220MW时，SCR入口NOx浓度随着锅炉负荷增加而下降，此时氧量对NOx的生成起主导作用，随着锅炉负荷增加，氧量逐渐下降，固NOx生成也相应减少；当机组负荷大于220MW时，SCR入口NOx浓度随着锅炉负荷增加而快速上升，此时增加NOx主要为热力型NOx，炉膛温度对NOx的生成起主导作用，而氧量对NOx的生成的影响逐渐减小，随着锅炉负荷增加，炉膛温度逐渐上升，且锅炉温度超过1500℃的地方，氧原子获得足够的能量打破氮-氮共价键，与其结合生成的NOx也逐渐增多。因此，满负荷时SCR入口NOx浓度达到最高值，NOx浓度为450mg/Nm3。
2.2低氮燃烧器改造后锅炉优化调整对NOx浓度的影响
#4炉大修后，锅炉燃烧器为PICS-I-100型煤粉锅炉等离子体点火系统，图2为改造后，#4炉后使用低氮燃烧器，锅炉SCR入口NOx浓度和负荷变化趋势。
图2 #4炉改造后SCR入口NOx的浓度与机组负荷的关系
从图2可以看出，锅炉进行低氮燃烧器改造后，机组负荷160MW～320MW时，SCR入口NOx浓度平均浓度为220mg/Nm3，相比改造前的400mg/Nm3，SCR入口NOx有了明显降低，尤其是在机组280MW时效果最好，此时SCR入口NOx浓度平均浓度均为190 mg/Nm3。原因是改造后低氮燃烧器主燃区欠氧燃烧，且配风过剩空气系数为<1，显著的降低这一区域 NOx的生成；而还原区，没有二次风供给，那么在主燃区生成的NOx与缺氧而生成的CO和CNH 发生氧化还原反应生产N2，促使 NOx 迅速降低；还有燃尽区的三层燃尽风喷嘴的二次风量占总风量的27.5%，使得可燃气体在充足的氧环境中得以燃尽，提高锅炉燃烧的效率。
2.3氧量对SCR入口NOx浓度的影响
#4机组确保锅炉运行安全的基础下，稳定机组320WM满负荷，通过调整锅炉的氧量，分别在线测量SCR入口NOx的浓度，作图3如下：
图3 #4炉改造后机组满负荷SCR入口NOx的浓度与锅炉氧量的关系
从图3可以看出，当锅炉氧量为2.9%时，SCR入口NOx浓度达到了235mg/Nm3，然后调整锅炉工况减少锅炉氧量至2.3%，SCR入口 NOx 排放质量浓度从235mg/Nm3降至210mg/Nm3；同时测得氧量2.3%下工况飞灰含碳量、烟气中CO 浓度均未有变化，排烟温度也正常。再继续降低锅炉氧量到2.0%时，虽然SCR入口NOx浓度还会下降，但是会引起CO浓度明显上升，最高达到620mg/Nm3，CO浓度高，说明锅炉燃烧不充分，在一定程度上降低了锅炉燃烧效率。因此，机组满负荷时，综合NOx浓度和锅炉效率等因素，2.3%为最佳锅炉最佳氧量。其原因是锅炉煤粉燃烧中发生剧烈地氧化还原反应，氧浓度越高，燃煤燃烧越充分，其生成的 NOx随着增加，而燃烧器改造后，通过控制主燃区、还原区和燃尽区的氧浓度来抑制NOx 生成。
3.结论
（1） 介绍了#4炉进行了低氮燃烧器改造燃烧设备布置的方案，通过对改造前后SCR入口NOx的浓度与机组负荷的关系比较，改造后NOx浓度由400mg/Nm3降到220 mg/Nm3，改造效果明顯。
（2） 机组满负荷时，SCR入口NOx浓度随着氧量的降低而减少；机组满负荷时，综合NOx浓度和锅炉效率等因素，2.3%为最佳锅炉最佳氧量。
（3） 改造后，#4炉在增减负荷时，再热器气温变化幅度大，调整不及时很容易超温或低温，需进一步优化锅炉调整。
参考文献：
[1] 潘明滨. 300MW机组锅炉低氮燃烧器改造及其影响研究[D].山东大学，2015.
[2] 刘伟.低氮燃烧锅炉汽温防超温控制策略研究及应用[J].电站系统工程，2014（3）.
[3]徐亦淳，翟德双.1000MW机组降低锅炉NOx排放技术研究与应用[J].中国电力，2015（12）.
[4] 禹庆明，张波，朱宪然等.低氮燃烧器改造及运行调整方法探讨[J].2012（7）.
[5] 杨伟平，林树彪，常哲等.锅炉脱硝系统的运行优化建议[J].电源技术应用，2014（4）.
关键词：燃煤锅炉；低氮燃烧器； NOx浓度；
氮氧化物排放大气中能够造成酸雨、光化学污染等，对人类健康和生活环境造成很大威胁，它是大气主要污染物之一。由于大部分电厂锅炉使用的燃料是煤，而燃煤在燃烧过程中会产生大量的氮氧化物[1-2]。随着国家颁布更严格的NOx排放标准，在2020年前，对燃煤机组全面实施超低排放，要求现役燃煤机组的大气主要污染物排放标准达到天然气燃气机组的排放标准，即在基准氧含量6%条件下，烟尘10mg/Nm3，二氧化硫35mg/Nm3，氮氧化50mg/Nm3。东、中部地区要提前至2017年和2018年达标[3]，为使锅炉NOx 排放指标为达到我国《火电厂大气污染物排放标准》的要求[4-5]，提高脱销效率，降低NOx 排放，珠江电厂对#4 炉进行低NOx燃烧系统改造。
1.低氮燃烧改造方案
1.1燃烧设备布置
燃烧设备包括：等离子点火燃烧器；一次风煤粉燃烧器；二次风喷嘴；燃尽风风箱、风室、喷嘴；风室档板等。炉燃烧设备设计采用炉两侧大风箱配风、燃烧器组切角、四角布置、喷嘴摆动、气流逆时针旋转、切圆燃烧（假想切圆Φ1047mm）。主燃燒器组，共有 13 层。
炉在燃尽区布置有SOFA喷嘴，结构与主燃烧器组相似，SOFA 角风箱风室几何中心标高于炉本体标高的33620mm，共三层 SOFA 风喷嘴，四角布置，箱壳切角与主燃烧器相同。喷嘴内导板反切 8°（消旋，防止左右烟温偏差），SOFA 二次风喷嘴可作±10°的水平左右摆动和±20°的垂直摆动。
1.2 燃烧设备设计
1.3.1炉内燃烧炉沿膛高度分为三个区域。根据低 NOx 燃烧原理分级配风：主燃区欠氧燃烧（占总风量的 72.5%）；还原区，没有二次风供给；燃尽区，设三层燃尽风喷嘴，配给的二次风量占总风量的27.5%。
1.3.2 A 层一次风室采用等离子点火燃烧器，可节约大量的点火用油。
1.3.3一次风煤粉燃烧器采用高效水平浓淡分离装置，使燃烧器出口煤粉浓侧迎火面、淡侧背火面。
1.3.4一次风煤粉燃烧器喷嘴的周界风采用不等边口设计：本设计针对低 NOx 燃烧特点，将其设计成不等边口：周界风量大的处于背火面，小风量的处于其它三面。
1.3.5燃尽风喷嘴反切：燃尽风喷嘴内设8°的反切导板，并可左右水平手动摆动±10°。
2.低氮燃烧器改造后运行的效果
2.1低氮燃烧器改造前锅炉优化调整对NOx浓度的影响
#4炉改造前为普通燃烧器，机组负荷在160～320MW阶段，锅炉脱硝入口NOx的平均浓度400mg/Nm3；图1是改造前SCR入口NOx浓度和机组负荷变化趋势：
从图1可以看出，机组负荷小于220MW时，SCR入口NOx浓度随着锅炉负荷增加而下降，此时氧量对NOx的生成起主导作用，随着锅炉负荷增加，氧量逐渐下降，固NOx生成也相应减少；当机组负荷大于220MW时，SCR入口NOx浓度随着锅炉负荷增加而快速上升，此时增加NOx主要为热力型NOx，炉膛温度对NOx的生成起主导作用，而氧量对NOx的生成的影响逐渐减小，随着锅炉负荷增加，炉膛温度逐渐上升，且锅炉温度超过1500℃的地方，氧原子获得足够的能量打破氮-氮共价键，与其结合生成的NOx也逐渐增多。因此，满负荷时SCR入口NOx浓度达到最高值，NOx浓度为450mg/Nm3。
2.2低氮燃烧器改造后锅炉优化调整对NOx浓度的影响
#4炉大修后，锅炉燃烧器为PICS-I-100型煤粉锅炉等离子体点火系统，图2为改造后，#4炉后使用低氮燃烧器，锅炉SCR入口NOx浓度和负荷变化趋势。
图2 #4炉改造后SCR入口NOx的浓度与机组负荷的关系
从图2可以看出，锅炉进行低氮燃烧器改造后，机组负荷160MW～320MW时，SCR入口NOx浓度平均浓度为220mg/Nm3，相比改造前的400mg/Nm3，SCR入口NOx有了明显降低，尤其是在机组280MW时效果最好，此时SCR入口NOx浓度平均浓度均为190 mg/Nm3。原因是改造后低氮燃烧器主燃区欠氧燃烧，且配风过剩空气系数为<1，显著的降低这一区域 NOx的生成；而还原区，没有二次风供给，那么在主燃区生成的NOx与缺氧而生成的CO和CNH 发生氧化还原反应生产N2，促使 NOx 迅速降低；还有燃尽区的三层燃尽风喷嘴的二次风量占总风量的27.5%，使得可燃气体在充足的氧环境中得以燃尽，提高锅炉燃烧的效率。
2.3氧量对SCR入口NOx浓度的影响
#4机组确保锅炉运行安全的基础下，稳定机组320WM满负荷，通过调整锅炉的氧量，分别在线测量SCR入口NOx的浓度，作图3如下：
图3 #4炉改造后机组满负荷SCR入口NOx的浓度与锅炉氧量的关系
从图3可以看出，当锅炉氧量为2.9%时，SCR入口NOx浓度达到了235mg/Nm3，然后调整锅炉工况减少锅炉氧量至2.3%，SCR入口 NOx 排放质量浓度从235mg/Nm3降至210mg/Nm3；同时测得氧量2.3%下工况飞灰含碳量、烟气中CO 浓度均未有变化，排烟温度也正常。再继续降低锅炉氧量到2.0%时，虽然SCR入口NOx浓度还会下降，但是会引起CO浓度明显上升，最高达到620mg/Nm3，CO浓度高，说明锅炉燃烧不充分，在一定程度上降低了锅炉燃烧效率。因此，机组满负荷时，综合NOx浓度和锅炉效率等因素，2.3%为最佳锅炉最佳氧量。其原因是锅炉煤粉燃烧中发生剧烈地氧化还原反应，氧浓度越高，燃煤燃烧越充分，其生成的 NOx随着增加，而燃烧器改造后，通过控制主燃区、还原区和燃尽区的氧浓度来抑制NOx 生成。
3.结论
（1） 介绍了#4炉进行了低氮燃烧器改造燃烧设备布置的方案，通过对改造前后SCR入口NOx的浓度与机组负荷的关系比较，改造后NOx浓度由400mg/Nm3降到220 mg/Nm3，改造效果明顯。
（2） 机组满负荷时，SCR入口NOx浓度随着氧量的降低而减少；机组满负荷时，综合NOx浓度和锅炉效率等因素，2.3%为最佳锅炉最佳氧量。
（3） 改造后，#4炉在增减负荷时，再热器气温变化幅度大，调整不及时很容易超温或低温，需进一步优化锅炉调整。
参考文献：
[1] 潘明滨. 300MW机组锅炉低氮燃烧器改造及其影响研究[D].山东大学，2015.
[2] 刘伟.低氮燃烧锅炉汽温防超温控制策略研究及应用[J].电站系统工程，2014（3）.
[3]徐亦淳，翟德双.1000MW机组降低锅炉NOx排放技术研究与应用[J].中国电力，2015（12）.
[4] 禹庆明，张波，朱宪然等.低氮燃烧器改造及运行调整方法探讨[J].2012（7）.
[5] 杨伟平，林树彪，常哲等.锅炉脱硝系统的运行优化建议[J].电源技术应用，2014（4）.