煤粉锅炉低碳改造及生物质燃烧机试验调整
莱电厂使用的是由东方锅炉厂设计生产的DG-75/5.30-HM1515型75 t/h的四角切圆煤粉锅炉，为了响应国家的环保要求和当地环保部门的氮氧化物的排放指标，该厂在2014年7月进行了低氮改造，采用了华中科技大学研发的开缝钝体直流煤粉燃烧器，并采用空气分级送风，缩小二次风喷口，中二次风采用贴壁风，三次风上部增设燃尽风等改造。改造后进行了锅炉燃烧调整试验，结果表明，锅炉燃烧效果好，解决了锅炉低负荷燃烧不稳定，投油燃烧的问题，氮氧化物由改造前的750～880 mg/m3变为现在的小于400 mg/m3，炉渣及飞灰含碳量略低于同期数值，改造及调整试验取得了良好的效果。
1 锅炉简俞
1.1锅炉设备改造后综述
DG-75/5.3 -HM1515型75 t/h的四角切圆煤粉锅炉，锅炉采用“Ⅱ”型布置、固态排渣，前吊后支，采用中间仓储式热风送粉，两级省煤器两级空预器交错紧密布置，使用华中科技大学设计的开缝钝体直流燃烧器，炉膛剖面为正方形深×宽=5 500 mmx5 500 mm，锅炉切圆为逆时针切圆，假想切圆直径为450mm(改造前的假想切囡直径为500 mm)，炉膛布置为自下而上为下二次风，下一次风，上一次风，中上二次风，上二次风，三次风，改造后在三次风的上面增加两层SOFA风喷口，分别为下层、下层燃尽风，燃尽风采用顺时针切圆。
1.2锅炉主要参数
此75 t/h的四角切囡煤粉锅炉的主要参数见表1。
1.3锅炉原设计使用煤种
此锅炉原始设计使用的煤种为贫煤，贫煤的煤质分析.
表1锅炉主要参数
名称 数值
额定蒸发量／t．h-l
额定蒸汽压力/MPa
额定蒸汽温度／℃
给水温度／℃
排污率／%
冷空气温度／℃
热风温度／℃
排烟温度／℃
锅炉热效率／%
锅炉本体排放烟量／。，
1.4校核煤质
该厂动力车间锅炉原煤供应商比较多，煤质参差不齐，主要使用的为山西晋城煤和河南密县煤，所用煤粉的煤质成分分析结果见表3。表3校核煤种煤质分析
2锅炉燃烧调试的基本参数
2.1 各层风参数介绍
炉膛布置为自下而上为下二次风，下一次风，上一次风，中上二次风，上二次风，三次风，改造后在三次风的上面增加两层SOFA风喷口，各层风的参数见表4。
2.2低氮改造措施
2.2.1 燃烧器介绍
该厂原有的燃烧器为双通道煤粉燃烧器，长时间使用发现燃烧器喷口变形、烧坏严重，尤其是靠后墙的表4参数介绍1#、4#喷口出现严重烧毁，已经不能正常的发挥双通道
燃烧器的优点，同时氮氧化物的排放值较高，氮氧化物为750～880 mg/m3，基于燃烧稳定及环保的需求，对该台锅炉做出改造。
改造后该厂采用华中科技大学研制的开缝钝体直流煤粉燃烧器f见图11，开缱钝体燃烧器是在以往的钝体燃烧器上进行钝体开缝，使少量的煤粉经过钝体开缝射入炉膛，在钝体出口处形成回流区，回流区卷吸周围的高温烟气，使该区域具有高温、低速、煤粉聚集的特点，有利于煤粉的着火，尤其对于低负荷稳然效果更为突出，同时在燃烧器背火侧设置侧边风，形成风包粉的效果，有利于降低氮氧化物，并且起到冷却燃烧器的作用。引入少许二次风作为中心风经燃烧器一侧通入钝体内，一方面可以冷却钝体，防止钝体烧坏，同时可以调整着火距离，保护燃烧器，提高燃烧器的使用寿命。采用该燃烧器之后成功解决了低负荷不投油稳焰，炉膛结渣，高温腐蚀，高效低排放，燃烧器使用寿命短、易烧坏、变形等问题。
2.2.2 二次风改造及SOFA风的增设
研究表明，锅炉排放的氮氧化物主要为NO和NO，，其中主要为NO，约占总量的900A，剩余的少部分NO，也是由NO转化形成的。NO根据其生成的机理的不同大致可以分为快速型NO、热力型NO、燃料型NO。快速型NO-般生成迅速，量少对此不作考虑。热力型NO主要受氧量和温度的影响，控制合理的过量空气系数和燃烧温度可以对此进行相应控制。燃料型NO主要是由挥发分中的N相焦炭中的N燃烧发生化学反应产生，其中由于挥发分中N的氧化产生的NO约占总量的60%～80%，焦炭中的N部分被氧化为NO，但是由于焦炭中放热N主要以HCN、NH，等氮的化合物组成，这些具有还原性的氮的化合物又可以将部分生成的NO还原成N，。燃料型NO在煤粉燃烧后0.5 s内大量生成，因此控制燃烧初期的0，含量对降低NO，显得尤为重要。空气分级燃烧通过控制燃烧初期的0，含量从源头减少氮氧化物生成，在还原区灼热的焦炭，CH，，CO与已生成的NO发生还原反应，使已生成的NO转化为N，。所以，综上可以看出控制燃烧区的氧量至关重要。
改造方案：从二次风总风箱引出一路风作为SOFA风在三次风上部，距离三次风喷口中心处2 850 mm和3 450 mm处增加下SOFA和上SOFA，如图2所示，以便减少氧量，实现空气分级。并且为了进一步减少燃烧区的0，，将上、中、下二次风增设耐高温的导流板缩小喷口，控制燃烧初期的氧量，同时可以提高二次风的风速，增加其穿透能力有利于着火及燃烧，另外在中二次风喷口采用贴壁风，如图3所示，中二次风中间通道便于补充和调节氧量，两侧通道流进的风，可以使水冷壁附近形成氧化性氛围，防止喷口结焦。
3 冷态试验基本情况
3.1动力场切圆
为了了解燃烧器改造后的切圆的大小及位置，是否有贴壁、冲刷水冷壁、下倾，炉膛充满度等，在炉膛内两层燃烧器中间，垂直于炉膛的竟和深的方向，拉两条十字线，每隔300 mm系上长300 mm的飘带，然后用风速仪测量各点的风速。在一次风、二次风同层调平并将一次风风速定在20～21 rri/s，二次风风速定在26～27m／s的条件下（有三次风带粉较多，为了冷态测试人员的安全将三次风暂时停掉）得到了该切圆图，
结论：从图4可以看出该动力场实际切圆直径为2400 mm，炉膛充满度较好，切圆中心与炉膛中心基本重合，贴壁风速在1～3 m/s，对水冷壁影响不大，基本无偏斜，风速较为均匀，达到了设计改造的基本要求。
3.2二次风风门特性曲线
二次风的风速及风门特性对锅炉的运行及燃烧有着很重要的影响，在以往的试验发现有的电厂锅炉会出现风门过开，开度不到位，开度大小与表盘显示不对应等问题。为了避免出现类似的问题，对该台锅炉进行了二次风风门特性试验，风门特性曲线如图5～图7所示。
从图5～图7可以看出风速的变化与风门的开度基本对应，没有出现上述问题，上、中、下二次风的曲线变化规律基本相似，风速在开度30%～75%变化较快，之后娈化趋于平缓，增量不是很大，风门特性曲线达到了预期的效果。
4 选择了在点炉正常运行7天后进行氮氧化物调试，这是因为在点炉短期炉膛工况可能没有稳定，炉膛内重新点炉后需要一段时间后达到一个平衡状态，例如炉膛尾部烟道积灰，炉膛内部水冷壁积灰平衡，工况稳定等。同时，该厂在正常工作中由于在不同的季节需要不同的负荷运行，根据实际需求进行了三种工况下的热态低氮调试，分别为75，63，46 t/h三个工况。
4.1三个工况下的热态低氮调试
75 t/h的负荷为满负荷用下，在这种情况下氮氧化物的产生会很多，所以严格的控制燃烧区的氧量及空气的深度分级至关重要，63 t/h的负荷是厂里经常使用的负荷，在此负荷下氮氧化物产生量相对较少，但是依然要控制燃烧区的氧量，以减少氮氧化物的生成，46 t/h的负荷属于低负荷，低负荷工况以稳定燃烧为主，合理的维持锅炉的蒸汽温度，蒸汽压力f该厂主要用蒸汽，所以蒸汽为厂里的考核指标），最后经过反复的试验及调整，得出了在这三种负荷下控制配风方式达到控制氧量进而降低氮氧化物的措施。表5所示为调试期间的锅炉员荷所对应的氮氧化物排放值。从表5可以看出，在满负荷的工况下，虽然氧量较低，但是产生的氮氧化物相对于其他的工况下较多，主要是由于在满负荷的情况下燃烧区的温度相对其他工况高。温度高，使热力型氮氧化物和燃烧型氮氧化物产生量相对较；低负荷的情况下，虽然氧量较高，但是由于锅炉给粉相对偏少，占NO总排放量主要部分的燃料型NO产生的量相对较少。综上可以看出，满负荷的情况下控制氧量对控制氮氧化物的产生尤为重要。
由于在低氮调试期间，该厂由于处于生产旺季，对蒸汽量要求较大，锅炉负荷一直维持在满负荷的情况下，无法进行调负荷，根据厂方要求只是对满负荷的情况下进行了详细的低氮及经济性调整。表6为锅炉在满负荷(75 t/h)的工况下的锅炉主要参数及风门配比。
表6各层喷口参数
炉膛内各层二次风风量必须保持合理的配比，即保持适当的速度和风率，才能在炉内建立正常的空气动力场，使风粉混合均匀，保证燃料良好着火和稳定燃烧。一方面，二次风过高或过低都可能对热态动力场产生负面影响，从而降低燃烧的稳定性或引起水冷壁区域结焦；另一方面，各层二次风量的分配直接决定了燃烧过程产生的NO,数量，合理的配风不仅能够伎锅炉燃烧完全，而且使N0，保持在较低的水平。
根据该厂锅炉的运行情况及煤质，采用了“束腰型”配风，即上二次风和下二次风大，次上二次风小的配风方式，这样的配风可以使燃烧区相对氧量减少，从而抑制氮氧化物的产生，同时上下二次风风速较大，可以保证燃烧稳定。2015年第44卷第6期
4.2改造与热态调试后性能分析
4.2.1 飞灰与炉渣含碳量
为了更准确、直观地对锅炉改造后的性能进行分析，在调试阶段对锅炉的飞灰及炉渣进行取样分析。在空预器出口利用等速飞灰取样器装置采集飞灰，试验开始到结束连续取样，分析化验可燃物含量。试验中自炉渣出口传送带进行取样，每15 min取样一次，取得的试样经混合、缩分后作为分析样品，分析化验可燃物含量。
这是因为前几天在对配风方式进行调整，同时在这期间锅炉的煤质由于混煤在掺混时导致不均匀，之后厂里进行了改进，要求进行多次循环掺混，在第6天以后可以看到改造后的锅炉飞灰含碳量比同期的含量有所下降，最低为3.2%，改造后对锅炉的经济性基本没有影响，还略有提高，改造取得了一定的成效。
图9为锅炉炉渣含碳量同期对比图，图9显示在调试初期炉渣含碳量略高于去年同期，这是娈配风方式及煤质所导致，在调试试验中找到合适的配风方式后炉渣的含量略低于去年同期的炉渣含碳量，调试稳定后在炉渣含碳量平均值在4.40A～5.OoA，含碳量最低为3.90A，最高为6.2%左右，从数据可以直接看出改造后锅炉的炉渣含碳量有所降低，这对提升锅炉效率有一定的作用。
4.2.2炉膛出口左右烟温
该台锅炉在改造前炉膛出口附近烟温偏差较大，最大偏差有100℃，经过配风方式的调整炉膛出口的烟温偏差有所降低，降幅约为33。C，但是偏差依然较大，烟温偏差较大对锅炉的过热器安全运行会有很大的影响。原因主要是锅炉的切圆偏大，同时配风方式不太合理，导致锅炉的切圆不正，另外由于切圆较大，在锅炉出口存在残余旋转，容易导致锅炉烟温偏差较大。
改造后对锅炉进行了冷态实验，准确地掌握了锅炉的性能，对各喷口的风速、切圆的大小、位置有了了解，锅炉运行后通过根据冷态实验数据结合热态调试，将锅炉的各角配风进行了调整，保证锅炉的四角配风基本均衡，消除了因为切囡不正导致的影响。同时改造后增设的燃尽风，采用的是与主燃烧区反切的切圆。燃尽风的反切有效消除了由于主燃烧区的主气流旋转过于强烈在炉膛出口产生的残余旋转。改造后，经过谰试锅炉的炉膛出口处烟温偏差降低到20～30℃，相比改造初期降幅接近70～80℃，说明改造后锅炉的燃烧性能有所改善。
4.2.3 锅炉的排烟温度与排烟量
改造后的锅炉采用的是开缝钝体燃烧器，该燃烧器在钝体后可以形成一个回流区，该回流区具有高温、低速、煤粉聚集的特点，使着火提前，增加了煤粉在炉膛的停留时间。同时由于采用低氮燃烧技术，在一次风不堵粉、满足正常燃烧的情况下尽可能地降低一次风的风速，使得锅炉的氧量相对减少，送风量减少。上述几方面综合作用下使得锅炉的排烟温度同比改造前有所降低，降幅约2～3℃。该锅炉主要的热损失来自排烟热损失，排烟温度的降低对该锅炉的效率的提高具有很大的贡献。
改造前，锅炉的燃烧是在氧气较为充足的情况下进行的，氧量的充足是基于送风所给予的保证，但是过多的氧量会导致锅炉排烟量的增加、热损失变大，同时风机的电耗也会增加。改造后，降低了锅炉的过量空气系数。为了达到合理的控制氧量，通过降低送、引风机的电流实现。上述措施不仅减少了风机的电耗，节约了成本，另外减少了锅炉的排烟量，降低了锅炉的排烟热损失，提高了该锅炉的经济效益。
4.2.4稳燃效果
该锅炉在未改造前，在450x)～50%的奂荷的情况下，经常出现灭火、打炮、燃烧不稳定的情况，有时为了满足生产的需求往往需要进行投油助燃，能源消费量大、经济效益低，锅炉正常运行操作困难。经过改造后进行了燃烧稳定性试验，在锅炉35 t/h (470/3的负荷)下燃烧依然稳定，不需要投油助燃，改造后取得了很好地效果，得到的厂方的高度认可。
4.2.5 氮氧化物排放
改造前锅炉的氮氧化物排放值在750～880 mg/m3(标态、干基、6cX)O．)，改造后经过冷态试验和热态调试，在下层空预器温度测点处采用等速采样枪进行烟气取样，使用OPTIMA7便携式烟气分析仪进行烟气成分测试，每隔两个小时进行一次测量，每次10 min，每隔30 s进行数据录入，经过连续一周的测量，改造后的氮氧化物平均排放值为351mg/m3（标态、干基、6V00，）<400 mg/m3降幅约530A～60%，说明低氮改造取得了很好的敖果。
4.2.6 燃烧器安全性与寿命
改造前该台锅炉采用的是双通道燃烧器，双通道燃烧器是依靠上下一次风射流的抽吸作用在预燃室形成强烈的回流区，利用回流区的高温烟气来加热煤粉，
达到稳定燃烧的效果。回流量越大，燃烧稳定性越好，但是回流区越大，一次风衰减的速度越快，会出现着火提前，使煤粉在喷口处就急剧的燃烧，长时间如此使喷口的寿命缩短，从而出现燃烧器严重变形，损坏的现象。
改造后，使用开缝钝体燃烧器，提高了锅炉的稳燃效果，实现了低负荷不投油稳定燃烧的同时，由于侧边风的引入，能够使燃烧器喷口得到及时的冷却，保护喷口不被烧坏。中心风可以根据煤质的变化，合理的调整煤粉的着火距离，过短的着火距离会使燃烧器损坏严重，较长的着火距离，在燃用热值低的差煤时会出现着火不稳定，容易脱火、灭火的现象。改造后的燃烧器实现了低负荷稳燃，喷口寿命延长，着火距离可调的多重功效。
5 结 语
该厂的低氮改造过程进展顺利，改造取得了很好的效果，解决了锅炉低负荷稳燃效果差，烟温偏差大，燃烧器寿命短、损坏严重，氮氧化物排放值高等问题，氮氧化物改在后降低幅度很大，为该厂在环保方面做出了很大的贡献，改造效果得到了厂方的认同。
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