锅炉低NOx燃烧调整试验分析

闫维明，宋国升，宋晓红，侯海萍

(河北省电力研究院，河北 石家庄 050021)

0 引言

随着国家环保政策越来越严格，国家对大气污染物的控制要求达到了空前的高度。GB 13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》已于2012年1月1日正式实施，对于氮氧化物质量浓度的限值为100 mg/m3。

为满足新标准的要求，众多发电企业需进行脱硝改造。为更大限度地降低脱硝装置入口NOx浓度，降低脱硝改造成本，进行锅炉燃烧调整试验，在兼顾经济性、锅炉效率以及未来国家相关标准的前提下，通过调整获得更加合理的脱硝设计数据。

根据国家及行业有关标准，在机组50%负荷工况下，对锅炉燃烧调整中烟气含氧量及其他污染物浓度进行测试分析，供锅炉低NOx燃烧调整时参考。

1 分析过程

主要选取5个工况进行测试分析，具体见表1。

表1 各工况运行调整情况

2 试验过程及数据分析

2.1 工况1

2.1.1 煤质分析

对该工况试验期间入炉煤进行元素分析(燃用煤种为神混煤)，结果见表2。

表2 工况1煤质分析结果

2.1.2 烟气成分测试

在运行稳定的情况下，对烟气成分进行了实际采样测试，测试结果如图1所示。

图1 工况1下烟气中NOx质量浓度测试结果

在此工况下，空气预热器入口烟气中氧的平均质量分数为5.33%，平均过剩空气系数为1.34，平均温度为321.1℃，平均氮氧化物质量浓度为120.1 mg/m3，折算到过剩空气系数1.40状态下的氮氧化物质量浓度为115.0 mg/m3。因此，在此工况下，锅炉尾部烟气中NOx质量浓度较低，这与锅炉燃用煤种及使用低氮燃烧器等因素有关。

2.2 工况2

为弄清二次风量对锅炉尾部烟气NOx质量浓度的影响，对二次风偏置进行了增加10%的调整试验。

2.2.1 煤质分析

煤质参数同工况1。

2.2.2 烟气成分测试

测试结果如图2所示。

图2 工况2下烟气中NOx质量浓度测试结果

在此工况下，空气预热器入口烟气中氧的平均质量分数为5.75%，平均过剩空气系数为1.38，平均温度为321.2℃，平均氮氧化物质量浓度为115.4 mg/m3，折算到过剩空气系数1.40状态下的氮氧化物质量浓度为113.5 mg/m3。

2.3 工况3

因各机组均投入自动发电控制(AGC)模式，电网对各机组负荷的响应速度要求较高。因此，在低负荷阶段，为保证机组负荷响应速度满足电网调度要求，一般投运4台磨煤机，确保机组和电网的稳定。

2.3.1 煤质分析

煤质参数同工况1。

2.3.2 烟气成分测试

在4台磨煤机运行的情况下，锅炉尾部烟气NOx质量浓度测试记录如图3所示。

在此工况下，空气预热器入口烟气中氧的平均质量分数为5.63%，平均过剩空气系数为1.37，平均温度为322.3℃，平均氮氧化物质量浓度为169.4 mg/m3，折算到过剩空气系数1.40状态下的氮氧化物质量浓度为165.3 mg/m3。

2.4 工况4

为掌握燃烧煤质对锅炉燃烧烟气中NOx质量浓度的影响，对入炉煤进行了调整，现场主要进行了石炭煤的掺烧。

2.4.1 煤质分析

该工况下燃用神混煤和石炭煤，其中，#2给煤机燃用神混煤掺烧石炭煤，#3给煤机燃用神混煤，对其入炉煤质分别进行元素分析，结果见表3、表4。

表3 工况4下#2给煤机煤质分析结果

表4 工况4下#3给煤机煤质分析结果

从对不同入炉煤质的分析来看，掺烧石炭煤，其灰分明显高于神混煤。

2.4.2 烟气成分测试

烟气成分测试结果如图4所示。

图4 工况4下烟气中NOx质量浓度测试结果

在此工况下，空气预热器入口烟气中氧的平均质量分数为5.67%，平均过剩空气系数为1.37，平均温度为311.0℃，平均氮氧化物质量浓度为248.7 mg/m3，折算到过剩空气系数1.40状态下的氮氧化物质量浓度为243.3 mg/m3。从结果来看，烟气中NOx质量浓度明显高于工况3下的NOx质量浓度，入炉煤灰分对于烟气中NOx质量浓度影响较大:灰分越高，烟气中NOx质量浓度越高。

2.5 工况5

为掌握磨煤机投运数及锅炉变工况(主要减少燃料量)对NOx质量浓度的影响，在工况4的基础上，停运#4磨煤机，煤质同工况4。

2.5.1 煤质分析

煤质参数同工况4。

2.5.2 烟气成分测试

烟气成分测试结果如图5所示。

图5 工况5下烟气中NOx质量浓度测试结果

在此工况下，空气预热器入口烟气中氧的平均质量分数为5.61%，平均过剩空气系数为1.36，平均温度为312.5℃，平均氮氧化物质量浓度为171.6 mg/m3，折算到过剩空气系数1.40状态下的氮氧化物质量浓度为167.3 mg/m3。

3 结论

(1)通过低氮燃烧调整试验发现，排放烟气中NOx质量浓度与投运磨煤机数有关。在该试验中，机组50%负荷工况，投运4台与3台磨煤机时，排放烟气中NOx质量浓度相差较大。投用4台时，烟气中NOx质量浓度折算后最高可达到190mg/m3以上，试验测试结果平均折算质量浓度为165 mg/m3，在其他影响参数稳定时，其质量浓度基本保持稳定。

(2)排放烟气中NOx质量浓度与锅炉燃用煤质同样有较大的关联。机组50%负荷工况，掺烧石炭煤与否，对烟气中NOx的质量浓度影响较大。试验中发现，掺烧石炭煤并投运4台磨煤机时，烟气中NOx质量浓度最高达到260 mg/m3左右，试验测试结果平均折算质量浓度为243 mg/m3。

(3)机组变负荷过程中，烟气NOx排放质量浓度会出现较大的波动，尤其在机组降负荷阶段，NOx排放质量浓度随机组负荷的降低会出现较高值。试验中还发现，在锅炉工况发生较大变化时，如磨煤机运行数量由4台改为3台，烟气中NOx质量浓度会出现先变大到最高值再降低的状况。试验中，NOx质量浓度折算后最高值达到324.4 mg/m3，随着工况的逐渐稳定，其质量浓度基本稳定在一定水平上。

(4)在机组实际运行中，机组负荷及运行工况、配风方式在不停地变化，不可能长时间稳定在50%额定负荷。因此，考虑到这种低负荷的稳定时段较少，实际排放NOx质量浓度高于试验中的测试值。

(5)为满足电网调度对于机组AGC快速变负荷的要求，建议在短时的低负荷(50%负荷左右)工况下，采用投入4台磨煤机的运行方式，可在满足调度需要的同时，保证机组稳定运行。推荐此工况作为低负荷的典型工况。

［1］黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整［M］.2版.北京:中国电力出版社，2003.

［2］GB 13223—2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［3］赵华，徐良洪.660 MW超超临界直流锅炉燃烧调整试验［J］.安徽电力科技信息，2011(2):27 －30.

［4］代静轶，李剑云.30 MW机组锅炉低氮燃烧试验［J］.华电技术，2010，32(S1):68 －70.