锅炉简介
该锅炉为上海锅炉厂生产的超超临界压力参数变压运行螺旋管圈直流锅炉，单炉膛塔式布置形式、一次中间再热、四角切圆燃烧；锅炉型号为SG—3040/27.56—M538。采用正压直吹式制粉系统，磨煤机为HP1163/Dyn 型中速磨。
低氮燃烧技术简介
低氮燃烧主要通过空气分级燃烧技术抑制NOx 生成。如图1 所示，通过在主燃烧器上方合适位置引入适量的燃尽风SOFA（总风量20-30%），燃尽风采用多喷口多角度射入，燃烧器改造后沿高度方向从下至上形成三大区域，分别为氧化还原区（总风量的70-80%）、主还原区、燃尽区。
通过燃烧调整控制，使部分煤粉在下层燃烧区域缺氧燃烧，剩余煤粉通过燃烧器上部SOFA 二次风喷口送入的二次风后，继续燃烧，达到分级燃烧的效果，从而降低炉膛出口NOX。
改造前工况
1.原燃烧器简介
原机组配套的燃烧器具有一定的低氮燃烧功能；其低氮燃烧方式也主要采用空气分级燃烧技术。
其主要组件为：
（1）紧凑燃尽风（CCOFA）；
（2）可水平摆动的分离燃尽风（SO原FA）；
（3）预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）；
（4）强化着火（EI）煤粉喷嘴。
该燃烧器在降低NOX排放的同时，兼顾燃烧稳定性及燃烧效率，同时能够防止炉内结渣、水冷壁高温腐蚀。
该燃烧器采用典型的LNTFS 燃烧器布置，一共设有12 层煤粉喷嘴，在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在每相邻2 层煤粉喷嘴之间布置有1 层燃油辅助风喷嘴。每相邻2 层煤粉喷嘴的上方布置了1 个组合喷嘴，其中预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）和直吹风喷嘴各占约50%出口流通面积。详见下图2、图3。
2.原燃烧器运行工况
原机组正常运行时，500MW ~1000MW 负荷时，NOX排放值（该值为经过6%氧量折算后NOX，下文通用）为280~200mg/Nm3。
主再汽温及汽压特性、炉膛结焦性、燃烧稳定性、燃烧效率、高温腐蚀等无异常。
3.改造需求
因环保需求，原机组烟囱出口NOX控制值由100mg/Nm3 降低至50mg/Nm3以下，烟囱出口NOX控制难度较大，且经济安全性较差，因此决定对原燃烧器进行改造。
低氮燃烧器改造问题分析
1.低氮燃烧器改造的要求
在确保机组安全、经济、稳定性的前提下，降低锅炉出口NOX。
2.安全性影响
（1）低氮燃烧改造后，在下层燃烧区域大幅度缺氧燃烧，从而可能造成在水冷壁局部区域还原性气体CO浓度较高；导致在水冷壁局部区域产生较严重的高温腐蚀；
（2）下层燃烧器过分缺氧燃烧，部分影响燃烧稳定性；
（3）结焦性：下层燃烧器过分缺氧燃烧，可能导致水冷壁区域结焦。
3.经济性影响
（1）炉效影响：在下层燃烧器过分
1000MW 塔式炉低氮燃烧器
改造前后问题解析
图1 低氮燃烧器分级燃烧示意图缺氧燃烧，将可能导致不完全燃烧损失增加，如飞灰含碳量增加、化学不完全燃烧损失CO 增加、炉渣含碳量增加；
同时部分煤粉延伸至上层燃烧，火焰中心将部分提高，排烟温度也有可能提高，排烟损失增加；
（2）主再汽温影响：部分低氮燃烧
器改造后，主、再汽温发生改变，可能发生过高或者过低现象；特别是再热汽温（如再热汽温过高，则再热器减温水量过多），将直接影响到机组热效率。
4.变负荷稳定性影响
变负荷特性，即机组变负荷时，汽温汽压的稳定性变差。
（1）因为下层燃烧器缺氧燃烧，在变负荷工况下，缺氧比例发生大幅度改变，甚至于变成富氧燃烧，则火焰中心也将发生大幅度改变，影响汽温汽压；
（2）同时如果燃烧器本身特性造成切圆不稳定，也会造成变负荷工况下，汽温汽压晃动。
确定改造方案
1.确定改造目标值
（1）在燃用电厂目前运行煤种时，500MW~1000MW 负荷时，NOX 排放值控制200~150mg/Nm3。该目标值通过脱硝装置降NOX能力、低氮燃烧器降NOX能力综合比对所得。
（2）改造后，锅炉不完全损失、排烟损失无明显变化。
（3）改造后，锅炉结焦性、高温腐蚀性、汽温汽压特性等与改造前相当。
2.改造方案一
（1）在原六层SOFA 燃尽风上方新增加三层的SOFA 燃尽风。改造后，总的SOFA 燃尽风风量占总风量的比率将由原先的23%提高至40%左右。
（2）更换主燃烧器区域全部二次风喷口，缩小二次风通流面积。
（3）更换主燃烧器区域一次风煤粉喷嘴、喷管及弯头。
3.改造方案二仅在原六层SOFA 燃尽风上方新增加三层的SOFA 燃尽风，其他燃烧器不改动。
4.改造方案对比分析
（1）方案一：改造工程量大，改造费用较高；
（2）方案二：影响锅炉燃烧效率，且存在部分安全隐患，详细分析如下：锅炉原二次风率为79.16%，燃尽风风率为23%，主燃区二次风率为56.16%，二次风设计速度为60.3m/s。如该造后新增一段燃尽风，风率为17%，而主燃区二次风通流面积不减小，则二次风通流面积增加17/79.16=21.475%。改造后二次风速降为49.64m/s。
1000MW 机组塔式锅炉炉膛横截面较大，需要较高的二次风速，才能保证火炬的穿透深度和影响深度，才能到达相邻燃烧器的喷口附近，点燃相邻的燃烧器，才能有效地促进煤粉的燃烧。二次风速降低，将对炉内流场产生不利影响，一方面不利于煤粉的燃烧，另一方面二次风对一次风的风包粉效果减弱，锅炉结渣和高温腐蚀的风险升高。
通过综合比对，选择改造方案一。
改造后调试工作
1.合理控制NOX排放值低氮燃烧器改造后，合理控制NOX排放值很重要。NOX控制偏低，则可能影响锅炉燃烧效率，严重时，可能造成严重的高温腐蚀。
通过合理的燃烧控制调整，500MW~1000MW 负荷时，可以将NOX排放值控制在既定设计范围之内：200~150mg/Nm3，既能够保证机组经济性基本不受影响，也能消除低氮燃烧器改造后可能存在的安全隐患。
按照这一核心思想，对不同运行工况下，进行燃烧调整；并根据最佳调整效果，对各燃烧自动控制系统进行适配性优化，详见图4、图5。
2.改造前后效果对比
（1）NOX 排放值月平均降低70mg/Nm3；
（2）锅炉各项燃烧损失基本不变；
（3）因NOX 排放较少，每日耗氨量约下降2t/h 左右，每吨氨量3000 元计算，年度共节约219 万元。
（4）改造后，主再汽温比原先值偏高2~3益，但是通过调整后，基本不影响机组经济性。
（5）改造后，锅炉结焦性、高温腐蚀、变负荷稳定性等无明显变化。（国电谏壁发电厂 马剑宇 周文奎 周勇）
