一、設(shè)備狀況
　　
　　黃埔發(fā)電廠5、6號鍋爐為上海鍋爐廠有限公司制造的1025t/h亞臨界壓力中間再熱直流爐，配置直流式燃燒器，四角切圓燃燒，每組燃燒器分5層一次風(fēng)和7層二次風(fēng)噴嘴，一、二次風(fēng)間隔布置。制粉系統(tǒng)采用鋼球磨煤機中間貯倉式，熱風(fēng)送粉，制粉乏氣作為三次風(fēng)在燃燒器上部分2層8個噴嘴從前后墻送入爐膛。一、二、三次風(fēng)均為雙切圓布置（圖1）。
　　
　　該2臺鍋爐已投產(chǎn)近20年，煙氣中氮氧化合物排放超標，因此分別在2007、2008年大修時對兩臺鍋爐進行了低NOx燃燒改造，使NOx排放量從850mg/m3（標準狀態(tài)，下同）降至437mg/m3。為了進一步降低排放，須對鍋爐進行燃燒優(yōu)化調(diào)整。
　　
　　二、低氧燃燒對鍋爐運行的影響
　　
　　鍋爐采用低氧燃燒（低過量空氣系數(shù)和空氣分級燃燒）可較大幅度降低NOx的排放量和減少鍋爐排煙熱損失，但會導(dǎo)致飛灰含碳量增加及引起爐膛腐蝕和結(jié)渣，降低燃燒效率。
　　
　　2.1對NOx排放的影響
　　
　　在燃料的著火階段，富燃料貧氧區(qū)由于氧濃度低，揮發(fā)分中氮不容易轉(zhuǎn)變?yōu)镹Ox，而且燃料在著火階段停留時間延長，揮發(fā)分中氮化合物有充足時間發(fā)生還原分解和復(fù)合反應(yīng)使NOx的排放量減少。所以，可通過運行工況的改變來控制燃料和空氣的混合程度達到降低揮發(fā)分NOx生成量的目的。此外，由于三次風(fēng)屬于貧燃料富氧射流，三次風(fēng)的投入，會降低NOx轉(zhuǎn)化為N2的還原作用，使空氣分級的NOx控制難度增加，所以應(yīng)盡量減少三次風(fēng)量。
　　
　　2.2對鍋爐效率的影響
　　
　　5、6號爐設(shè)計排煙溫度為131℃，夏天時高達150℃，明顯偏高；設(shè)計氧量為4%-6%，在滿負荷運行時氧量為4.50%左右，亦明顯偏高。通過鍋爐燃燒優(yōu)化，降低過量空氣系數(shù)可以減少排煙熱損失，提高鍋爐效率，同時空氣量的減少，也可以降低送、引風(fēng)機和增壓風(fēng)機電耗。
　　
　　2.3對爐膛結(jié)焦及高溫腐蝕的影響
　　
　　鍋爐低氧燃燒時，由于供應(yīng)的空氣量不足或空氣混合不充分，使燃燒不*，容易產(chǎn)生CO，因而使灰熔點大大降低，zui終造成爐膛結(jié)焦。CO含量過高會在對應(yīng)的區(qū)域產(chǎn)生強烈的還原性氣氛，從而形成高溫腐蝕。對此，對5、6號爐進行了一次風(fēng)噴嘴“反切”5攝氏度和偏置二次風(fēng)的低氮燃燒改造，在爐內(nèi)實現(xiàn)了“風(fēng)包粉”的燃燒模式，使二次風(fēng)在水冷壁附近形成氧化性氣氛，有效地防止了結(jié)渣和高溫腐蝕。
　　
　　2.4對汽水參數(shù)的影響
　　
　　鍋爐低氧燃燒時，由于主燃區(qū)缺氧運行，火焰中心會相應(yīng)提高，但由于上部受到燃盡風(fēng)的壓制作用，火焰中心提高不明顯，同時由于煙氣量減少，部分抵消了煙氣溫度升高對尾部受熱面吸熱量的影響，因此主、再熱汽溫變化不明顯。對于直流鍋爐，還可以采用改變中間點溫度、調(diào)整煤水比的手段使主、再熱汽溫在設(shè)計值附近運行。
　　
　　三、鍋爐燃燒優(yōu)化
　　
　　（l）以降低主燃燒區(qū)的氧量為主，維持燃盡風(fēng)門、下部二次風(fēng)門開度不變，關(guān)小其余二次風(fēng)門開度，形成“縮腰型”布置，將火焰壓制在中間進行燃燒，有利于降低飛灰、爐渣可燃物，并在煤粉著火階段形成富燃料貧氧區(qū)。同時，在還原區(qū)減慢煤粉上升速度，延長在還原區(qū)的停留時間，有利于降低NOx排放量。
　　
　　（2）二次風(fēng)箱與爐膛壓差保持在600-800Pa，保證二次風(fēng)的剛度，一方面可以延遲與一次風(fēng)的混合時間，有利于NOx的還原；另一方面可在水冷壁形成一層保護層（氧化性氣氛），防止水冷壁結(jié)渣和高溫腐蝕。
　　
　　（3）在確保煤粉噴嘴不結(jié)焦、燒壞的前提下，適當降低一次風(fēng)率，提高一次風(fēng)溫，減少周界風(fēng)量，有利于揮發(fā)分提前析出，著火提前，使煤粉在著火階段停留時間延長，揮發(fā)分中氮化合物有充足時間發(fā)生還原分解和復(fù)合反應(yīng)，使NOx的排放量減少。同時，有利于煤粉的*燃燒，降低機械不*燃燒損失。
　　
　　（4）對制粉系統(tǒng)進行優(yōu)化試驗，尋找磨煤機*組合方式，以減少NOx排放量和飛灰含碳量，提高鍋爐效率。
　　
　　3.1制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗
　　
　　5、6號爐共配備A、B、C、D4套制粉系統(tǒng)，一般情況下，3套制粉系統(tǒng)就可以維持機組300MW負荷，1套制粉系統(tǒng)作為備用。本文主要討論3套制粉系統(tǒng)運行對低氧燃燒的影響。以6號爐為例，3套制粉系統(tǒng)分別采用ABC、ABD、ACD、BCD4種組合方式。通過制粉系統(tǒng)優(yōu)化試驗，得出4種組合方式下鍋爐運行參數(shù)的變化如表1所示。
　　
　　從表1可以看出，當ABD組合運行時，NOx排放量zui低，但飛灰含碳量較高，鍋爐的熱效率zui低，氧量也較大；ACD組合運行時，氧量zui低，但是NOx排放量zui大，鍋爐熱效率也較低；BCD組合運行時，NOx排放量和飛灰含碳量均較高；ABC組合運行時，NOx排放量較低，飛灰含碳量zui低，鍋爐熱效率zui高，氧量也在低氧燃燒*范圍內(nèi)，是*運行組合方式。
　　
　　3.2低氧燃燒試驗
　　
　　在5號爐進行逐步降低氧量試驗，隨著氧量的降低、送風(fēng)量的減少，逐步關(guān)小中、上部二次風(fēng)門的開度，維持二次風(fēng)箱與爐膛壓差在600-800Pa，并將一次風(fēng)溫從240℃逐步提高至245℃，將一次風(fēng)壓從3700Pa降至3600Pa。5號爐300MW負荷時氧量調(diào)整試驗結(jié)果見表2。
　　
　　從表2可見，當氧量逐步下降后，鍋爐效率逐步上升，NOx排放濃度明顯下降，廠用電率逐步下降，飛灰含碳量呈下降趨勢，但氧量由2.70％-3.00％降至2.50％-2.70％時，NOx排放濃度有所下降，但飛灰可燃物明顯上升，抵消了排煙熱損失減少的作用，鍋爐效率反而有所下降，而且水冷壁有結(jié)焦現(xiàn)象。因此，綜合考慮鍋爐安全、經(jīng)濟、環(huán)保的各方面要求后，確定5號爐300MW負荷時*氧量為2.70%-3.00％。根據(jù)300MW負荷時氧量調(diào)整以及優(yōu)化燃燒情況，對270MW和240MW負荷時的*氧量也進行了試驗，得出270MW負荷時*氧量為4.00％-4.30%,240MW負荷時*氧量為5.20％-5.50％。由此得出鍋爐負荷每下降5MW，氧量需提高0.20%.
　　
　　四、鍋爐低氧燃燒優(yōu)化后的效果
　　
　　（l）5、6號爐低氮燃燒全面改造后，同年8-12月份NOx排放濃度平均為414mg/m3；采用低氧燃燒后，NOx排放濃度平均為358mg/m3，下降幅度超過13％.
　　
　　（2）采用低氧燃燒后，氧量平均值由5.25％下降至4.04%（300MW負荷時氧量從4.50％下降至2.80%），相當于鍋爐效率提高0.427%；排煙溫度下降5℃，鍋爐效率提高0.26%；飛灰可燃物下降0.19%，鍋爐效率提高0.089%；送、引風(fēng)機耗電率下降0.21%，制粉耗電率下降0.07%，供電標煤耗下降0.929/（kw·h）。綜合上述影響，鍋爐效率提高0.77%，供電標煤耗下降超過3.459/（kW·h），按兩臺爐每年供電量40億kw·h計算，每年節(jié)省標煤超過1.38萬t
　　
　　（3）5、6號爐在運行過程中通過看火孔檢查水冷壁結(jié)焦情況，沒有發(fā)現(xiàn)異常變化，從運行參數(shù)也沒有發(fā)現(xiàn)水冷壁結(jié)焦現(xiàn)象泊月份利用停爐機會檢查水冷壁情況，沒有發(fā)現(xiàn)高溫腐蝕的現(xiàn)象。
　　
　　（4）由于煙氣量減少，流經(jīng)電除塵煙氣流速下降，提高了電除塵的效率，電除塵后煙塵濃度從以前的150mg/m3下降至70mg/m3，減少了尾部受熱面和引風(fēng)機葉片的磨損，提高了脫硫效率。