鍋爐熱態(tài)燃燒調(diào)整試驗

楊玉清 董 敏

(中國石化上海石油化工股份有限公司,上海 200540)

為進一步強化大氣污染治理，改善空氣質(zhì)量，并根據(jù)《2030年巴黎協(xié)定》的規(guī)定，我國正在執(zhí)行越來越嚴格的環(huán)保政策。中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)熱電部2#爐選擇性催化還原(SCR)反應(yīng)器入口氮氧化物(NOx)質(zhì)量濃度為450 mg/m3左右，由于SCR催化劑壽命有限，噴氨量和氨逃逸量大會導(dǎo)致空預(yù)器堵塞，因此需要把SCR反應(yīng)器入口NOx質(zhì)量濃度降低到350 mg/m3以下，才能避免空預(yù)器堵塞、延長催化劑壽命。同時，2#爐煤粉在爐膛內(nèi)燃燒不充分，飛灰中炭的質(zhì)量分數(shù)達到8.2%，不完全燃燒熱損失高，導(dǎo)致鍋爐效率偏低，直接影響經(jīng)濟效益[1-2]。針對以上兩大問題，文章通過熱態(tài)調(diào)整試驗，分析其問題關(guān)鍵，提出優(yōu)化運行建議。

1 鍋爐設(shè)備概況

上海石化熱電部2#爐為北京巴布科克·威爾科克斯公司生產(chǎn)的B&WB-410/9.8-M型鍋爐，該鍋爐為自然循環(huán)、Π型布置，設(shè)計燃料為晉北代表性煤，鍋爐爐膛深度和寬度均為9 980 mm。

燃燒器采用四角切圓布置，干燥劑送粉，直流燃燒器，假想切圓直徑為400 mm。制粉系統(tǒng)采用兩臺DTM320/580鋼球磨。燃燒器布置方式從下到上依次是下二次風(fēng)燃燒器、下層濃稀相燃燒器、中層外燃式微油點火燃燒器、中層可調(diào)式二次風(fēng)燃燒器、上層外燃式燃燒器、上層可調(diào)式二次風(fēng)燃燒器、上上層可調(diào)式二次風(fēng)燃燒器、A層可調(diào)式燃盡風(fēng)裝置、B層可調(diào)式燃盡風(fēng)裝置。中、上、上上二次風(fēng)燃燒器以及A、B燃盡風(fēng)燃燒裝置可左右擺動，即切圓可調(diào)燃燒器。設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 鍋爐燃燒器設(shè)計配風(fēng)參數(shù)

其配備的制粉系統(tǒng)為鋼球磨、中間儲倉式、乏氣送粉系統(tǒng)，分3#磨和4#磨系統(tǒng)，其中3#磨的乏氣作為上層4個和下層2個共6個燃燒器的一次風(fēng)；4#磨的乏氣作為中層4個和下層2個燃燒器的一次風(fēng)。

2 試驗過程

2.1 一次風(fēng)壓調(diào)整

本調(diào)整試驗以常規(guī)運行工況為基礎(chǔ)，運行氧量按分散控制系統(tǒng)(DCS)氧量2.5%左右維持不變，通過調(diào)節(jié)排粉機入口擋板門5和再循環(huán)風(fēng)門門6改變一次風(fēng)壓，一次風(fēng)壓按2.80(原始工況)，2.65，2.50 kPa三種方式進行，詳見表2。

隨著一次風(fēng)壓的降低，二次風(fēng)壓上升了0.2 kPa，高溫過熱器出口煙溫下降了20 K左右，說明煤粉氣流著火提前。為了保證制粉安全，一次風(fēng)壓沒有繼續(xù)下調(diào)，爐膛溫度、飛灰中炭的質(zhì)量分數(shù)、NOx、噴口溫度、排煙煙氣成分等參數(shù)并沒有很大的變化。在18.4 m層的觀火孔(下層燃盡風(fēng)附近)處用紅外高溫儀進行溫度測量，可見爐膛火焰中心位置偏高。從9 m層及燃燒器區(qū)域觀火孔觀測，積渣情況并沒有差異，隨著一次風(fēng)壓的降低也沒有出現(xiàn)燒噴口的現(xiàn)象?？偟膩碚f，由于涉及制粉系統(tǒng)安全，一次風(fēng)壓下降有限，工況變動不明顯。

表2 一次風(fēng)壓調(diào)整試驗工況

2.2 二次風(fēng)配風(fēng)方式調(diào)整

本調(diào)整試驗以常規(guī)運行工況為基礎(chǔ)，運行氧量按DCS氧質(zhì)量分數(shù)2.5%左右(甲氧質(zhì)量分數(shù)2.7%，乙氧質(zhì)量分數(shù)2.3%)維持不變,保持一次風(fēng)壓2.8 kPa不變，按正寶塔(習(xí)慣運行工況配風(fēng))、均等、倒寶塔、縮腰四種二次風(fēng)配風(fēng)方式進行試驗(見表3)。從表3中可見配風(fēng)方式換成倒寶塔和縮腰后，NOx明顯降低，而兩者相比，縮腰配風(fēng)NOx更低。

表3 二次風(fēng)配比 %

在18.4 m層的觀火孔(下層燃盡風(fēng)附近)處用紅外高溫儀進行溫度測量，結(jié)果見表4。從表4中可見：隨著下層、中下層、中上層二次風(fēng)的關(guān)小，爐膛火焰中心下降了，常規(guī)工況下煤粉初期燃燒的供風(fēng)增加，這部分風(fēng)不參與燃燒反而起冷卻作用，推遲了煤粉著火?？偟膩碚f，縮腰型的配風(fēng)方式煤粉氣流著火早，火焰中心稍低，燃燒狀況改善，NOx質(zhì)量濃度降低，針對目前使用的煤種，此種配風(fēng)方式比較合理。

表4 爐膛溫度測量結(jié)果 ℃

2.3 運行氧量調(diào)整

在雙磨380 t/h下，按照一次風(fēng)壓2.8 kPa，縮腰型配風(fēng)方式，按運行氧質(zhì)量分數(shù)2.2%，2.5%，3.2%三種方式進行了優(yōu)化試驗(見表5)。

從表中5數(shù)據(jù)中可以看出：運行氧質(zhì)量分數(shù)為3.2%時，反應(yīng)器入口NOx為446 mg/m3，NOx偏高，而排煙氧質(zhì)量分數(shù)6.5%，排煙損失大；運行氧質(zhì)量分數(shù)為2.5%時，排煙氧質(zhì)量分數(shù)為6.3%，排煙損失大；氧質(zhì)量分數(shù)為2.2%時，反應(yīng)器入口NOx為341 mg/m3，減溫水量21.4 t/h，飛灰中炭的質(zhì)量分數(shù)為6.2%。因此綜合考慮運行氧質(zhì)量分數(shù)為2.2%時更為合適。

3 整體燃燒優(yōu)化調(diào)整

由于氧量、CO、NOx、一次風(fēng)壓、一次風(fēng)投運數(shù)量、燃盡風(fēng)、周界風(fēng)、二次風(fēng)投運方式以及制粉系統(tǒng)電耗出力等因素相互影響，需要折中尋優(yōu)，在380 t/h負荷下進行了綜合性優(yōu)化試驗?？紤]到制粉安全，一次風(fēng)壓保持2.8 kPa，而二次風(fēng)配風(fēng)按縮腰型，周界風(fēng)、中心風(fēng)全關(guān)，運行氧量2.2%，給粉機均等給粉，進行了整體燃燒優(yōu)化調(diào)整。從優(yōu)化結(jié)果可知，NOx雖然同樣持續(xù)波動，但是相比于原始工況，優(yōu)化后的NOx下降了100 mg/m3左右，噴氨量從65 kg/h下降到47 kg/h。另外，燃燒穩(wěn)定性提高，鍋爐負荷波動小，飛灰中炭的質(zhì)量分數(shù)從原來的7.9%下降到5.9%，爐效從90.01%上升到90.50%，經(jīng)濟性大大提升(見表6)。

4 結(jié)論及建議

(1)鍋爐一次風(fēng)壓不宜過高。一方面，一次風(fēng)率高，鍋爐燃燒大量摻冷風(fēng)，空預(yù)器預(yù)熱的風(fēng)量少，空預(yù)器出口的煙氣溫度高，因此鍋爐的排煙熱損失大大增加；另一方面，由于一次風(fēng)速過高，煤粉著火遲，不利于煤粉的燃盡，飛灰中炭的質(zhì)量分數(shù)高。但是，降低一次風(fēng)壓運行，細粉分離器入口彎頭處容易積粉。而對于2#爐，如果為了保持系統(tǒng)通風(fēng)量，開大再循環(huán)風(fēng)門，會導(dǎo)致磨煤機入口溫度上升，容易產(chǎn)生閃爆。所以，有必要對2#爐做制粉系統(tǒng)試驗，在保證制粉系統(tǒng)安全運行的同時，降低一次風(fēng)率，改善燃燒，使得煤粉提前著火，降低固體未完全燃燒熱損失和排煙熱損失。

(2)煤粉初期燃燒氧量過多導(dǎo)致NOx大量產(chǎn)生，關(guān)小中上、中下層二次風(fēng)有利于改善煤粉著火，提高燃燒穩(wěn)定性，降低NOx產(chǎn)生，建議采用縮腰型的二次風(fēng)配風(fēng)方式。

(3)周界風(fēng)、中心風(fēng)過大不利于燃燒穩(wěn)定性，導(dǎo)致NOx生成較多，在現(xiàn)有煤種下，建議關(guān)閉周界風(fēng)和中心風(fēng)，如果有個別火嘴溫度超溫則適當(dāng)開啟其周界風(fēng)。

(4)燃燒過程中，如CO、飛灰中炭的質(zhì)量分數(shù)不明顯升高，建議盡量降低運行氧量，以提高鍋爐熱效率。