低氮燃烧在大比例掺烧焦炉煤气煤粉锅炉上的应用

冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第11期总第189期1引言低氮燃烧是采用水平浓淡煤粉燃烧技术，与炉内垂直水平分级燃烧相结合形成复合低NOx排放的燃烧系统，促进四角切圆锅炉运行性能得到有效改善，同时通过实行有效的分级燃烧时（采用高位燃尽风），获得优良的锅炉运行性能。焦炉煤气（CokeOvenGas,以下简称COG）作为钢铁行业炼焦附产品，以其高热值特性被广泛使用。但由于在燃烧过程中耗氧量大，如果大比例掺烧对低氮燃烧系统影响较大，如何合理布置COG烧嘴位置是一项现实课题，本文针对掺烧煤气锅炉在低氮燃烧器改造中，如何做好大比例掺烧COG而开展的实践和应用工作。2运行现状马钢热电总厂新区12#煤粉炉是东方锅炉工业集团有限公司制造的DGJ480/13.7-M型煤粉锅炉，设计最大可掺烧13万m3/h高炉煤气（Blastfurnacegas,以下简称BFG），四角切向燃烧，单汽包，一次中间再热、平衡通风、固态排渣，全钢架结构悬吊布置的装型汽包锅炉。燃烧器采用固定式水平浓淡煤粉燃烧器，采用冷一次风机正压直吹式制粉系统，每炉配4台中速磨煤机，磨煤机型号：HP683，设计煤粉细度R90越20%。根据煤气管网平衡情况，实际生产中经常需要12#煤粉炉在掺烧BFG基础上，再掺烧COG2.0万m3/h，同时BFG中还掺有少量转炉煤气(Linz-Don原awitzProcessGas,以下简称LDG)，上述三种煤气特性参数见表1。说明：大比例掺烧焦炉煤气，意味着2.0万m3/h的掺烧量相当于锅炉总热量20%，也就是说增加2.0万m3/h焦炉煤气后，12#锅炉掺烧煤气热值总量超过锅炉热负荷50%。低氮燃烧在大比例掺烧焦炉煤气煤粉锅炉上的应用张永福,王琴（马鞍山钢铁股份有限公司热电总厂，安徽马鞍山，243000）【摘要】低氮燃烧技术已经成为燃煤电站锅炉常用脱硝辅助手段，通过分级送入分离式燃尽风，在燃尽区形成NOx控制，以零运行成本实现NOx大幅度减排。由于运行稳定，技术成熟，因此被广泛使用。但对于大比例掺烧焦炉煤气煤粉锅炉而言，焦炉煤气烧嘴布置形式对低氮燃烧影响较大，布置不当会对锅炉运行稳定性和经济性产生不利影响。【关键词】低氮燃烧器;大比例掺烧燃烧特性;燃尽风;锅炉效率【中图分类号】TK229【文献标识码】B【文章编号】1006-6764（2015）11-0035-04ApplicationofLow-nitrogenCombustioninCoalBoilerwithHighCokingGasBlendingZhangYongfu,WangQin(GeneralThermalPowerPlantofMaanshanIron&SteelCo.,Ltd.,Maanshan,Anhui243000,China)[Abstract]LowNOxBurnertechnologyhasbecomeanormaldenitrationmethodforpowerstationcoalboilers,whichcontroltheformationofNOxthroughgradedsupplytotheseparatedover-fireairtorealizesubstantialNOxreductionbyzerooperationcost.TheLNBhasbeenwidelyusedbecauseofstableoperationandmaturetechnology.Forpulverizedcoalboilerwithlargeproportionblendingburningofcokinggas,however,thelayouttypeofcok原inggasburnerssignificantlyaffectslownitrogencombustionandimproperarrangementwouldcauseadversaryeffectonboileroperationstabilityandeconomicefficiency.[Keywords]LowNOxBurner(LNB);largeproportionblendingburning;combustionchar原acteristic;separatedoverfireair(SOFA);boilerefficiency35冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第11期总第189期项目高炉煤气焦炉煤气转炉煤气正常输送压力/kPa(g)55进入厂界前已混入高炉煤气管道最小输送压力/kPa(g)44最大输送压力/kPa(g)78正常输送温度/益(水饱和-干燥)2525正常低位热值(LHV)/(kJ/m3-干燥)3275165808000含尘量/(mg/m3)1010(焦油20)10含湿量/(g/m3)777N2成分/%5312.220.6H2成分/%1.4501.5CO2成分/%21.22.418.5CO成分/%238.259CH4成分/%0.624-CmHn成分/%-2.6-O2成分/%0.80.60.4表1高炉煤气、焦炉煤气和转炉煤气特性参数锅炉脱硫系统运行正常，但无脱硝装置，2014年3月利用机组大修期间，进行炉内低氮燃烧改造，提高焦炉煤气掺烧比例、同时实施选择性催化还原烟气脱硝（SCR）改造。3低NOX燃烧改造方案说明针对480t/h锅炉燃烧设备布置情况，在安全、经济、稳定、可靠等基础上进行低NOx燃烧改造。根据现代优化燃烧和低NOx排放燃烧技术：淤燃烧器采用水平布置的对置丘体式高浓缩比燃烧器；于根据新的风量配比重新设计二次风喷口；盂炉内纵向高度方向预留大空间还原区间；榆增设两层SOFA燃尽风喷口。将炉膛内燃烧人为的划分为三个区域：主燃烧区、NOx还原区和可燃质燃尽区，详细见图1。依据区域划分合理配风：主燃烧区域欠氧燃烧（葬1即供入总风量的82.5%；燃尽区域过氧燃烧，即供入总风量的27.5%）。此种技术的利用，最大限度的优化了炉内燃烧、并可在不降低锅炉效率前提下大幅度降低NOx生成和排放。4焦炉煤气烧嘴布置形式分析锅炉四角燃烧器布置情况，见图2，从燃烧器布图1锅炉主燃烧区、NOX还原区、可燃质燃尽区36冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第11期总第189期图2锅炉四角一、二层燃烧器布置置情况来看，增加2.0万m3/hCOG烧嘴只有放在AB层（油点火层）和CD层（助燃油层），取消原来的燃油系统。从燃烧稳定性和风量均衡性分析，2.0万m3/hCOG平均分为二层布置，每层增加1.0万m3/h较为合理。但考虑到COG为易燃易爆、有毒有害气体，运行安全控制要求很高，如果是二层布置，控制系统快切装置和调节装置就要增加一倍，同时，从现场设备布置情况来看，管道布置也十分困难，因此，分二层布置方式很难实施。37冶金动力METALLURGICALPOWER2015年第11期总第189期风门挡板煤气混烧（臆50%BMCR）单烧煤（逸50%BMCR）SOFA2全关从75%BMCR起开度逐步增大至100%BMCR时全开SOFA1全关从50%BMCR起开度逐步增大至75%BMCR时全开OFA全关从75%BMCR起开度逐步增大至100%BMCR时全开D如D磨投入运行，置入驻P控制，否则关闭如D磨运行，置入驻P控制，否则关闭D如D磨投入运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭。D磨投入运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭。DCC或D磨运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭如C或D磨运行，置驻P控制，C和D磨停则关闭。C如C磨投入运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭。C磨投入运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭。BCB或C磨运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭如B或C磨运行，置驻P控制，B和C磨停则关闭。B如B磨投入运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭。如B磨投入运行，开度为该给煤机转速的函数，否则关闭ABA或B磨运行，置驻P控制；A或B磨停，油枪投入，则开度为油压的函数，否则关闭A或B磨运行，置驻P控制；A和B层停，则关闭A如A磨运行，开度为给煤机转速的函数，否则关闭A磨运行，开度为给煤机转速的函数，否则关闭AA全开全开另外，通过分析，COG布置位置对低氮燃烧和锅炉影响有以下因素：COG热值为16580kJ/m3仅次于燃煤热值，当最大掺烧2.0万m3/hCOG时，需要空气量80220m3/h（a=1），需要减少燃煤供应量接近20%，从风量调整和炉膛热负荷强度分布来分析，就要相应停止一层一次风燃烧器。如果我们将COG燃烧器布置在AB层，那么，就需要停用A层或者是B层一次风燃烧器，此时燃烧器运行状况为：二层BFG、AB层COG、A层或者是B层一次风燃烧器，再加上C层或者是D层一次风燃烧器，这时我们发现，锅炉燃烧区域过分集中在炉膛下部，火焰中心大幅度下移，造成蒸汽温度难已控制。低氮燃烧技术中燃料分级原理告诉我们：主燃料（煤）应该在主燃烧区燃烧，气体燃料须分布在主燃区边缘。如果COG布置在AB层，这与降氮燃烧技术中的燃料分级原理相违背。综上所述：对于12#锅炉而言，大比例掺烧COG噬嘴的合理布置应在CD层比较科学合理。5大比例掺烧时燃烧调整由于此锅炉设计是以煤为主要燃料，掺烧煤气量最大不超过30%（按热值比），此次大比例掺烧后，掺烧煤气总量将超过50%，因此，二种极端工况运行调整就显得尤为重要。如果是掺烧煤气量不超过30%，运行调整控制同正常情况相同，没有特别要求，如果是掺烧煤气量超过30%，特别是在最大比例掺烧情况下，要做好以下几方面调整：淤磨煤机运行方式：由于煤气掺烧量增减，燃煤量将减少，此时只能投用A层和B层制粉系统，严禁使用C层或者是D层制粉系统，否则的话锅炉汽温、飞灰含碳量将会上升较快，锅炉效率将会大幅度下降。于二次风量调整：此次低氮改造在主燃区域上方角水冷壁管屏开孔，增设两层SOFA燃尽风喷口，作为燃尽风使用，在大比例掺烧煤气合，由于C层好D层制粉系统没有投用，所以二次风量控制就要做相应的调整，具体风门控制见表2。表2二次风门挡板控制方法大修后通过锅炉稳定性试验和性能试验，证明，此次大比例掺烧COG的改造，对低氮燃烧和锅炉效率的影响相对较小，改造达到预期效果。6结论（1）针对掺烧高热值COG而言煤气锅炉而言，只要布置合理，较大比例掺烧不会影响运行经济性、安全性；（2）在大比例掺烧COG时，燃煤用量将会大幅度下降，此时应同步做好锅炉负荷、磨煤机运行方式调整和二次风量调整，杜绝超负荷现象发生，否则会造成锅炉效率下降和受热面磨损增加；（3）如果掺烧比例进一步增加，只要对现场设备布置进一步优化，可以考虑分层布置。总之，对于掺烧煤气锅炉低氮燃烧改造而言，如果燃烧器布置合理、燃料量和风量调整及时到位，就能够保证NOx达标排放，同时也能够保证在最大掺烧煤气工况下锅炉效率相对稳定。收稿日期：2015-08-13作者简介:张永福(1963-),男,锅炉运行高级技师,现主要从事电厂热能设备运行管理工作。38