武汉钢电1#锅炉SOFA风优化运行

1、武汉钢电1#锅炉SOFA风优化运行曾晶 项勇 邵志明(武汉钢电股份有限公司 湖北 武汉 430080)摘要：1#锅炉SOFA风投用后，虽然能够达到抑制NOx生成的效果，但带来的负面影响也较多，主要体现为锅炉两侧氧量偏差值大、再热汽温偏低、飞灰含碳量升高、炉膛火焰中心偏斜等弊病。本文分析上述现象产生原因，总结探讨1#锅炉燃烧优化实验结果，为运行人员提供合理的低氮燃烧组织参数。关键词：SOFA风;NOx;再热汽温;飞灰含碳量;锅炉热效率0 前言武汉钢电股份有限公司现配置两台武锅设计670t/h蒸发量超高压自然循环燃煤锅炉，原设计采用晋东南贫煤，并掺烧部分高炉煤气，排放原烟气中NOx含量约为7308

2、00mg/Nm3。1#锅炉在2012年底经历低氮燃烧器及烟气SCR脱硝改造后，燃烧器更换为水平浓淡分离火嘴，并增加四层SOFA风(分离布置燃尽风)喷口。低氮燃烧器投入初期，我们采取四层SOFA风均等开度投入方式，在高负荷工况，虽已满足炉膛出口NOx排放要求(在450mg/Nm3左右)，但再热汽温难以达到炉设计额定参数(535)，飞灰含碳量大幅度高于改造前指标，乙侧氧量长期偏低运行。表一中统计4月18日1#炉启动后五日内当天最低再热汽温值、飞灰含碳量、最大氧量偏差。表一 4月19日23日期间主要参数运行情况主要指标4月22日4月23日4月24日4月25日4月26日备注再热汽温()甲5085064

3、98513516选取当日再热汽温最低值乙509508499512505飞灰含碳量(%)甲9.734.476.703.421.47以化学分场当日取样化验结果为准乙10.944.029.587.234.14最大氧量偏差【O2(甲)- O2(乙)】2.1%1.8%2.2%2.4%2.3%当日偏差最大值为克服上述运行参数不足之处，系统地研究锅炉的低NOx燃烧效果，摸索最佳的低NOx燃烧运行方式，获得各风门的合理开度，我们组织进行了现场热态调整工作。在保证安全生产的前提下寻找最佳运行工况，降低锅炉污染物排放的同时，提高锅炉经济性，并提出低NOx燃烧优化运行指导措施，最终得到1号锅炉目前的最优NOx排放水

4、平和最佳运行工况。1 1#锅炉低NOx燃烧系统1.1 低氮燃烧器设备特性1#锅炉改造后燃烧器分为上下两组：上组包括2层高位SOFA风和2层低位SOFA风，下组分为上下两端，上段的喷口布置形式从上至下为3-3-2-1-2-1-2，下段的喷口布置形式从上至下为2-1-2-1-2+两层高炉煤气。SOFA风设计特点详见表二。表二 SOFA风设计特点喷口数量布置位置设计风量取风口切园水平摆角垂直摆角低位SOFA2D层喷口上4.06m8%热风箱587mm反切±10±20高位SOFA2D层喷口上6.95m18%热风箱587mm反切±10±201.2. 试验煤种特性本次

5、低氮燃烧器试验期间，燃用煤种为Vdaf在25%-30%之间，低位发热量在20000-23000kJ/kg之间的贫煤与烟煤的混配煤，详见表三。表三 试验及校核煤种特性名称符号单位设计煤种(混煤)校核煤种1校核煤种2试验煤种平均值灰份Aar%3021.524.8431.79分析水份Wad%2.581.432.790.75分析挥发份Vdaf%25.51533.0126.04低位发热量QydWKJ/kg20013243882069322287.192 低NOx燃烧优化试验过程及分析2.1 氧量调平试验2.1.1 将高位SOFA四角(上、下)层挡板由向左摆5度，偏差略有减小，效果十分不明显，排除SOFA

6、风摆角引起炉膛氧量分配偏差过大。详见表四。表四 SOFA风水平摆角对于氧量偏差影响表甲侧数据O2,(%)工况高位SOFA风+5高位SOFA风水平零位一分钟记录一次，取CRT显示10组氧量数据平均值1.961.85210MW，双制粉，F2高煤，L1-L2-H1-H2=70%-30%-30%-70%乙侧数据高位SOFA风+5高位SOFA风水平零位一分钟记录一次，取CRT显示10组氧量数据平均值0.880.922.1.2 将SOFA风全关，只保留10%冷却喷口用风量，锅炉两侧氧量偏差变为正常，且1#锅炉大修后，曾对一次风进行冷态调平与炉内冷态动力场试验，故排除由于一次风压不平引起热态火焰中心偏斜，详

7、见表五。2.1.3 SOFA风完全退出后， 两侧氧量已经接近，处于正常范围。切除F2高煤， 投入F4 高煤，炉两侧氧量偏差无再次变大趋势，排除由于燃料分配不均引起燃烧中心偏斜因素。表五 全退SOFA风、切换高煤后炉内氧量偏差情况表工况O2(%)炉膛出口空预器入口甲乙甲乙1未退SOFA风1.52 0.511.960.872全退后1.06 1.011.511.343全退SOFA后退高煤2.41 2.923.002.684投高煤(乙侧F4)2.24 2.332.732.642.1.4 将SOFA风逐层100%投入，氧量偏差已处于正常范围，且水平烟道烟温偏差及SCR入口NOx已处于正常范围。数据详见表

8、六。表六 SOFA风单层逐步全开投入对于氧量偏差影响表工况O2(%)SCR入口NOx(mg/Nm3)炉膛出口空预器入口甲乙甲乙甲乙1高位SOFA 上、下100%2.10 1.912.572.24174252高位下、低位上100%2.75 3.443.283.134204193低位上、下100%3.27 2.764.053.05440428分析结果：通过上述实验逐级排查及验证，炉膛出口氧量高偏差工况只存在于SOFA风处于中间开度位置时，而与一次风、燃料分配、炉膛出口烟气旋转并无绝对关联。将单层SOFA风全开后，氧量偏差也处于正常范围，故说明前期导致氧量偏差的主因是由于SOFA风在中间开度时，受限

9、于取风口现场位置偏差、风门挡板线性偏差，以及在中间开度时，SOFA风压对于燃尽区域的混合扰动动量偏弱，致使该燃尽风高温区域空气与燃料未能均匀混合，形成炉膛出口氧量偏差。2.2 SOFA风垂直摆角试验2.2.1 低位SOFA风垂直摆角试验(200205MW，全烧煤，双制粉)，从下表数据可知，SOFA风上摆利于主、再热汽温提升，反之汽温下降;同时利于NOx生成控制，反之NOx生成量增加;同时水平烟道温度随着SOFA风垂直摆角偏离水平位置，其温差越发变大。详见表七。表七 低位SOFA风摆角影响汽温数值对比表工况空预器入口O2(%)水平烟道烟温()主汽温再热汽温SCR入口NOx(mg/Nm3)甲乙甲乙

10、温度温度甲乙1低位SOFA风双层开度100%，摆角75%2.443.325877065315304044172低位SOFA风双层开度100%，水平位置50%。1.983.45916295305284034443低位SOFA风双层开度100%，摆角20%1.743.376145635275224324522.2.2 高位SOFA风垂直摆角试验(200205MW，全烧煤，双制粉)，由表八数据可知，高位SOFA风上摆效果类似于低位SOFA风摆动效果。表八 高位SOFA风摆角影响汽温数值对比表工况空预器入口O2(%)水平烟道烟温()主汽再热汽SCR入口NOx(mg/Nm3)甲乙甲乙温度温度甲乙1高位上

11、层全开，摆角75%。低位下层全开，摆角50%2.782.285646595325323913852高位上层全开，摆角25%。低位下层全开，摆角50%1.853.99569636528521404424分析结果：1)SOFA风上摆会使炉膛火焰中心升高，利于炉膛出口烟气及蒸汽温度提高，而下摆会使烟温及汽温同时下降，故SOFA风垂直摆角可用作调节蒸汽温度手段之一;2)SOFA风垂直摆角动作时，可更改燃尽风距离主燃烧区距离。上摆时，还原区距离拉长，对于降低炉膛出口NOx含量有利，下摆则效果相反;3)SOFA风上摆或下摆后，会造成SOFA风层切园直径扩大，两侧烟气偏差变大。 在调节SOFA风摆角时应兼顾

12、汽温、烟温偏差及炉膛出口NOx排放情况，为避免摆动到极限位置时气动执行器线性关系变差，SOFA风摆角控制在15%85%区间。2.3 二次风配风方式试验2.3.1 正宝塔配风(一高，200205W，双套制粉，低位SOFA风下层100%开度，50%摆角，高位上层100%开度，20%摆角)，二次风分风门开度如下：表九 正宝塔配风二次风门开度分配情况表二次风门开度(正塔)#1角#2角#3角#4角DD1(%)30303030CD(%)30303030BC2(%)40404040BC1(%)60606060AB(%)80808080FA(%)100100100100F(%)100100100100E(%)

13、00002.3.2 均等配风(一高，200205W，双套制粉，低位SOFA风下层100%开度，50%摆角，高位上层100%开度，20%摆角)，二次风分风门开度如下：表十 均等配风二次风门开度分配情况表二次风门开度(均等)#1角#2角#3角#4角DD1(%)50.0050.0050.0050.00CD(%)50.0050.0050.0050.00BC2(%)50.0050.0050.0050.00BC1(%)50.0050.0050.0050.00AB(%)50.0050.0050.0050.00FA(%)50.0050.0050.0050.00F(%)50.0050.0050.0050.00E

14、(%)0.00 0.00 0.00 0.002.3.3 正宝塔、均等配风主要参考指标对比情况表：表十一 正宝塔、均等配风主要参数对比情况表时间：5月11日，各选取五组数据取均值空预器入口氧量(%) 主蒸汽() 再热蒸汽()飞灰(%)水平烟温()SCR入口NOx(mg/Nm3)排烟温度()甲乙温度减温水(t/h)温度减温水(t/h)甲甲乙甲乙甲乙正宝塔2.142.6054036.654413.64.3607727401408157171均等2.372.1653842538155612744402409158173分析结果：在主要燃烧参数不发生改变的前提下，正宝塔变换为均等配风后，主、再热汽减温水

15、量、排烟温度出现小幅上升，飞灰含碳量也有上升趋势，因氧量及SOFA风开度未发生改变，故炉膛出口NOx含量基本维持不变。造成上述变化的主要原因在于在均等配风下，二次风量略小于正宝塔方式;且均等配风时，由于底部助燃及托底风量减少，故煤粉略晚进入动力燃烧状态，造成汽温、烟温、炉膛出口NOx含量及飞灰含碳量有所升高。综合考虑两种配风方式，在全烧煤工况时(该工况下再热汽温偏低)，1#锅炉适宜采取二次风正宝塔偏均等配风较为合适，可维持蒸汽温度及飞灰含碳量在合适范围;掺烧高炉煤气时，应开启F层挡板，并尽量开启底层二次风挡板，配风方式趋近正宝塔配风，以降低飞灰含碳量和排烟温度为主要考量。2.4 SOFA风投入

16、组合变化对于NOx排放、飞灰含碳量及汽温影响由于高位或低位SOFA风的两层喷口距离较近，因此在高位SOFA风、低位SOFA风各投入一层时，其投入单层喷口选择方式实际效果并无多大区别。这里主要分析对比高位SOFA风全投、低位SOFA风全投，高、低位SOFA风各一层三种典型SOFA风组合方式优劣。主要考察上述配风方式对于再热汽温、飞灰含碳量及炉膛出口NOx排放值影响。2.4.1 选择205210MW常见负荷范围，掺烧一支高炉煤气，双套制粉系统运行，变换SOFA风投入方式。详细数据见表十二。表十二 SOFA风组合方式对于主要经济指标影响表工况空预器入口O2(%)主蒸汽再热汽SCR入口NOx(mg/N

17、m3)飞灰含碳量(%)甲乙温度减温水温度减温水甲乙高位、低位SOFA风各投入一层平均2.442.2853943.6538154604425.6低位SOFA风全投平均1.542.1653945537164734764.33高位SOFA风全投平均1.242.0753944537134504725.1分析结果：1)在全投低位SOFA风时，由于燃尽风接近主燃烧区，煤粉燃尽过程提前，且低位SOFA风两层喷口接近，该部位SOFA风旋转动量高，利于烟气混合扰动，故煤粉燃尽充分，炉膛温度场水平高，飞灰含碳量最低，但NOx排放值相对较高;2)全投高位SOFA风时，还原性燃烧气氛进一步拉长，炉膛温度水平随着下降，

18、再热汽温水平相对偏低，飞灰含碳有所升高，但对于NOx抑制效果明显;3)高、低位SOFA风各投一层效果居中，兼顾蒸汽温度、飞灰含碳量及NOx生成。上述对比分析可知，投入低位SOFA风利于提升再热汽温、减少飞灰含碳量，而高位SOFA风控制烟气NOx含量效果更为明显。在实际运用中，如果NOx排放值达到设计范围，可尽量投入低位SOFA风。如果在特定煤种情况下，需大量减温水喷入，可投入高位SOFA风，减少减温水耗量，提高机组运行经济性。2.5 不同负荷条件下SOFA风开度对炉膛出口NOx排放、飞灰含碳量影响分析在机组负荷180MW、200MW、215MW左右时，将单层SOFA风逐步关小，观察NOx及飞灰

19、含碳变化，用以掌握SOFA风合适开度，保证NOx排放值合理前提下，尽可能降低飞灰含碳量生成。表十三 SOFA风开度对于NOx排放、飞灰含碳量影响表工况(单一工况稳定1h后，每两分钟取五组数据所得)空预器入口O2(%)SCR入口NOx(mg/Nm3)飞灰含碳量(%)甲乙甲乙180MW，全烧煤，双制粉(5月25日)1H1-100%，L2-100%其他10%2.93.04504803.22H1-80%，L2-100%其他10%2.53.24604903.43H1-50%，L2-100%其他10%3.23.35185322.8200MW，全烧煤，双制粉(5月13日)1H1-100%，L2-100%其他

20、10%2.52.014434154.52H1-80%，L2-100%其他10%3.51.84814673.93H1-60%，L2-100%其他10%3.22.54984863.5210MW215MW，双制粉，掺烧F2高炉煤气(5月11日)1H1-100%，L2-100%其他10%1.71.84334245.82H1-80%，L2-100%其他10%2.21.84424254.63H1-60%，L2-100%其他10%2.11.54664144.3分析结果：1)机组180MW负荷时，随着SOFA风逐渐关小，炉膛出口NOx含量升高，H1挡板关至50%，SCR入口NOx含量超过500mg/Nm3,其排放值过高。H1关至80%时，考虑到低负荷情况下低氮稳定燃烧效果难以保证，炉膛出口NOx含量相对合理。正常运行中，该负荷下维持低位SOFA风开启一层，另一层6080%开度即可，可用适当降低氧量值控制NOx生成，必须兼顾飞灰含碳量。2)机组200MW负荷，当H1在100%开度时，飞灰含碳量明显上升;H2关至6080%，综合考虑NOx值及飞灰含碳量较为合理适中。该工况为全烧煤时进行，在掺烧高炉煤气时，可将H2挡板开度接近60%运行，优先保证低飞灰含碳量。3)机组210215MW负荷，在掺烧一支高炉煤气的工