大唐鲁北发电有限责任公司 2×330MＷ机组分别与2００９年９月、2０09年12月投产运行，锅炉采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB－CE燃烧工程公司技术设计制造的HG-1０20/18.５８－YM2３型自然循环锅炉。锅炉燃烧系统采用水平浓淡煤粉燃烧技术,烟气中氮氧化物含量在60０mｇ／Ｎm³左右。随着国家对火电厂节能减排高度重视，环保标准将越来越高。根据《火电大气污染排放标准》要求，20１4年1月１日起现有发电厂锅炉NＯｘ排放浓度限值不大于1０0mg／Nｍ3。本着对社会负责,对企业负责的态度，大唐鲁北发电有限责任公司决定对本工程配套建设脱硝装置，脱硝装置投产后机组NＯx排放浓度将降至排放标准以下。

　　按照脱硝工程设计要求,需对我公司燃烧器系统进行改造，将锅炉出口NOｘ排放浓度降低至200 ｍg/Nm3以下。本文列举了大唐鲁北发电有限责任公司针对以上问题做出的相对应改造以及取得的效果。

　　大唐鲁北发电有限责任公司2×３30MW机组锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的,配３30MW汽轮发电机组的亚临界、一次中间再热、燃煤自然循环汽包锅炉，型号为HG-１０20/1８.58-YＭ２3。１号机组2００９年9月投产，2号机组2009年１２月投产。

　　锅炉燃烧系统采用摆动式燃烧器,燃烧器为四角布置,共5层分别对应5台磨煤机（由下往上依次是A、B、C、D、E)燃烧器四周通有周界风,在AB、BC、DＥ层布置由三层机械雾化油枪,燃用#0轻柴油，按锅炉3０％BMCR负荷设计，单支最大用油量1.6８t／ｈ。本燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术,以提高锅炉低负荷运行的能力,燃烧器可以上下摆动,其中一次风喷嘴可上下摆动20度，二次风喷嘴可上下摆动30度，顶部燃尽风喷嘴可向上摆动30度,向下摆动5度。正常运行时摆动燃烧器作为调整再热汽温的主要手段。

　　1) 原 ＳOFA 风量占总二次风量的 25%左右，占总风量的 ２0%左右，这样造成在主燃烧器区域的过量空气系数就已经达到了 1.０～１.０５，这对于抑制 NOｘ的生成没有起到应有的效果。

　　2) 原 SＯFA 与主燃烧器之间的还原区高度仅不到 4 米(喷嘴中心间隔 5 米）,对于 NOｘ 还原所需的空间不够,没有实现较好的 ＮOx 还原作用。

　　3) 采用原水平浓淡分离装置以及浓淡喷嘴钝体设计存在结构问题,首先由于分离器问题，导致浓淡两侧风速偏差较大，淡侧出口风速远低于浓侧,浓侧虽然煤粉较多但风量同样较多,导致煤粉浓缩效果不明显，浓侧煤粉浓度较低；同时由于淡侧煤粉风速过低,易导致淡侧煤粉喷嘴附近结渣，不利于安全经济运行。其次由于在喷嘴出口采用钝体分离及导流煤粉,造成钝体运行环境恶劣，既要承受煤粉冲击磨损,同时又处于高温环境，容易造成钝体在一年左右时间损坏。

　　4) 在四角切圆燃烧燃烧中，由于主燃烧器区域的燃烧器设计中没有保护水冷壁壁面氧量控制的设计,容易造成炉膛水冷壁的结渣和高温腐蚀的发生。

　　5) 在采用原 CE 摆动燃烧器技术设计中，喷嘴与壁面间歇过大（12mm),同时采用的直边喷嘴结构,大流通面积的油风室喷嘴，造成燃烧的无组织漏风(不经过喷嘴出口)过大,同时在进行摆动过程中,无组织漏风会急剧增加,这对于控制 NOｘ 的生成积极不利,特别在锅炉低负荷运行中会导致 ＮOｘ 大幅上升。大量的油风室喷嘴旋流风又容易快速地混入一次风煤粉中,这都对于防止 NOx 的生成都不利。

　　对燃烧器进行低NOx燃烧器综合改造，其方案布置如图1-1所示。更换现有燃烧器组件，对燃烧器进行重新布置，改变切圆直径,拆除原有ＳＯFＡ燃尽风,更换新的燃尽风组件,以增加高位燃尽风量;一次风喷口全部采用上下浓淡中间带稳燃钝体的燃烧器;采用新的二次风室,适当减小端部风室、油风室及中间空气风室的面积;在凑燃尽风室两侧加装贴壁风；采用节点功能区技术，在两层一次风喷口之间增加贴壁风。

　　一次风仍旧为逆时针方向，其假想切圆适当减小;调整二次风射流方向，二次风改为与一次风小角度偏置，顺时针反向切入,形成横向空气分级。主燃烧器区整体下移,风量重新合理分配，通过调整主燃烧器区一二次风喷口面积,使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求,主燃烧器区的二次风量适当减小，形成纵向空气分级。 主燃烧器装有摆动机构,可以上下摆动以调节再热汽温。

　　拆除原来的一层分离燃尽风SOFA,在原主燃烧器上方约6米处重新布置4层分离SOFA喷口,分配足量的SOＦA燃尽风量，SOFA喷口可同时做上下左右摆动。

　　(1) 主燃烧器（更换现有四角燃烧器本体，包括一次风喷口及弯头、二次风喷口、摆动机构、风箱风道、风门挡板、保温、护板、吊挂装置及附件等)。

　　（２） 分离ＳOFＡ燃尽风（喷口、摆动机构、燃尽风箱、连接风道、保温、护板、吊挂装置及附件等)。

　　(6) 附属系统（支吊架、楼梯平台、检修起吊设施、防腐、浇注料、保温和油漆设计等)。

　　（7) 其它(整套工程的设计、设备制造(含现场制作)、设备及材料供货、运输、安装工程、指导监督、技术服务、人员培训、调试、试验(含脱硝改造过程中所需各种数据测试并提供相关数据分析报告）及整套系统的性能保证和售后服务等,并保证该全套工程的安全实施和不会对环境造成不良影响）。

　　结合锅炉目前状况及改造目标进行充分分析,我们采用低NOx双尺度燃烧技术对锅炉进行低NOx燃烧改造，就是在射流空气分布（空间尺度)及燃烧过程控制实现(过程尺度)上采取措施。具体措施如下：

　　如图1-2所示,改造后燃烧器从下至上大致分为三个区，依次为集中氧化燃烧区、集中还原区及燃尽区。

　　通过在主燃烧器上方合适位置引入适量的燃尽风（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。氧化区有助于煤粉初期燃烧，炉温升高，促进煤粉着火、燃烧及燃尽。由于有较大燃尽风量的存在,主燃烧器区内也会存在氧化还原交替存区,通过控制高度方向的配风,可形成局部还原区，可以初步还原产生的NOx,使NＯx在初始燃烧时就得到抑制,在主还原区内已生成的NOx还可得到更充分还原，燃尽区内将作为燃尽风的二次风及时补充进来,促进焦碳最后燃尽。通过纵向三区布置，形成纵向空气分级，NＯx将得到极大抑制，飞灰可燃物也会得到控制。

　　由于实现纵向空气分级,相对地燃烧器区域有所扩大，燃烧器区域热负荷降低，炉内温度峰值降低，可以减少或消除热力型NOx产生。

　　如图1-３所示，一次风仍旧为逆时针方向,其假想切圆适当减小；调整二次风射流方向,二次风改为与一次风小角度偏置，顺时针反向切入,形成横向空气分级。两层一次风之间还会布置我公司特有的贴壁风喷口，形成横向空气分级。这种横向布置，可使一次风初始燃烧时,二次风不能过早混合进来，形成缺氧燃烧,在火焰内就进行NOx还原，抑制NＯx产生；在火焰末端,二次风再及时掺混合进来,使缺氧燃烧时产生的焦炭再燃烧;二次风反向切入，可以延长火焰行程，强化煤粉后期着火燃烧,并防止煤粉颗粒冲刷炉墙造成结焦。横向空气分级与纵向空气分级一起形成空间空气分级。

　　一次风设计喷口为上下浓淡分离形式,中间加装稳燃钝体形式，浓淡燃烧除可降低NOx外，还可对煤粉稳燃、提前着火有积极作用。同时钝体能优先增加卷吸的高温烟气量,进一步强化稳燃。

　　将下层一次风设计为上浓下淡燃烧器喷口,上层一次风布置为下浓上淡一次风喷口，两层一次风喷口中间的二次风小角度与一次风射流偏置,同时布置贴壁风喷口。这样的喷口组合，同时具有稳燃、降低NOx的作用，将中间二次风和贴壁风风门开大，可实现NＯx和飞灰可燃物同时降低。

　　通过一二次风射流调整及布置独特的贴壁风，在炉膛截面上形成了三场特性截然不同的中心区与近壁区分布,中心区具有较高的煤粉浓度、较高的温度和相对较高的氧浓度分布,而近壁区具有较低的温度、较低的颗粒浓度和适宜的氧浓度，可同时实现防止结渣及高温腐蚀。一次风在内部形成更小且与炉内主气流相反的切圆时，更加易于控制煤粉气流冲壁,熔融灰渣更难甩向水冷壁从而达到强防渣的效果。

　　增加双尺度燃烧技术特有的附壁射流的贴壁风喷口能有效提高近壁区域的氧化性气氛,提高灰熔点,大大缓解炉膛的结渣。同时,作为水平断面分级燃烧中后期掺混的一部分，贴壁风可作为控制炉内NOｘ的生成的有效手段。

　　由于实现纵向空气分级，相对地燃烧器区域有所扩大，燃烧器区域热负荷降低，炉内温度峰值降低，可以有效防止燃烧器区域附所壁面结渣。

　　如5.2.2所述，所有一次风喷口改为上下浓淡喷口,浓相由于煤粉浓度较高,析出挥发份较多,更易实现早着火。并且浓淡相之间布置有较宽的波形钝体结构,强化热烟气回流，实现早期着火。

　　再如图1-5所示，上下两层一次风及其之间的二次风实现功能组合，通过一二次风射流偏置，实现功能区内的浓相与回流热烟气混合，促进及早着火。

　　考虑到燃烧器改造后将彻底解决结焦问题，炉膛出口烟温会出现下降，加装适量燃尽风后，将ＳOＦA喷口设计为可上下左右摆动的喷口，通过燃尽风喷口上下摆动可控制炉膛出口烟温水平。同时燃尽风喷口还可实现水平摆动,可向炉膛内不同区域内按需供风，实现对炉膛有效覆盖,保证飞灰可燃物控制，降低飞灰可燃物含量,保证降低ＮOx同时取得较高的锅炉经济性。

　　上述改造措施是在实现降低NＯx功能的同时实现防渣、防腐、高效稳燃,多种措施相互作用，相互耦合,促使多功能一体化得以实现。

　　空气分级是降低NOx的炉内重要技术手段,通过高温低氧还原区的建立,实现已生成的NOx还原，可大幅度降低NOx生成。

　　(2) 采用低NＯx燃烧器及低NOx功能小区，同时实现稳燃及降低NOx功能

　　一次风射流方向配合一次风集中布置及一次风喷口的浓淡形式有利于在炉膛主燃烧器区域组织一个高温低氧的燃烧核心区，煤粉气流准确及时的进入高温低氧的核心区域后,较低的过量空气系数,相对较高的燃烧温度,对煤粉及时有效的燃烧都会形成有利的条件。同时,在较低的过量空气系数下，燃料型NOx的生成会得到有效抑制，较低的燃烧温度可在根本上抑制温度型NOx的产生，从而达到炉内燃烧深度降低NOx的目标。

　　通过一二次风射流组合在炉内形成中心区和近壁区双区分布，非常有利于防结渣。

　　贴壁风喷口的加装,可以在炉内水平断面形成浓淡分布的同时,有效形成对水冷壁的保护。

　　贴壁风作为我公司技术特色的一部分，在历次改造中均证明其对降低ＮＯx和保护水冷壁有积极的作用。作为二次风的一部分，贴壁风射流方向与水冷壁一致,并且位置处于近水冷壁区域，这部分二次风不直接混入主燃烧区域，而是随着煤粉燃烧，有组织的及时补入,同时，这部分二次风在近壁区域形成了较高的氧化性气氛，在有效冷却冲击的高温灰粒防治炉膛结渣的同时，可抑制水冷壁的高温腐蚀。

　　l 一、二次风射流方向差异性。一、二次风射流差异性可保证煤粉及时有效混入高温低氧区的同时，加大煤粉燃烧中后期的混合，加大煤粉颗粒在炉膛内的停留时间，可有效降低飞灰可燃物含量。

　　ｌ 一次风的集中浓淡布置和大回流钝体。改造后一次风的集中布置，在一次风射流的近喷口区域形成较高的煤粉浓度,大回流钝体能最大程度的卷吸高温烟气加大高温烟气对煤粉的传热,保证一次风着火时间提前，相对于普通的一次风形式，相当于进一步增加了煤粉的停留时间。

　　l 一次风附近局部功能区。两层一次风喷口及中间布置的偏折二次风,在此区域形成一个高稳燃、高析出功能性还原物质的功能区。在两层一次风喷口集中浓淡的同时，可摆动二次风可有效控制功能区煤粉着火时间，着火距离及此区域的相对燃烧气氛，对进一步降低NOx和保证碳及时燃烧有极为重要的作用。

　　l 分离燃尽风（SOＦA）的摆动。ＳOFＡ的垂直摆动，可对炉内火焰中心标高进行调整，同时能保证一部分少量碳的及时燃尽。SＯFA水平摆动对调节炉膛出口的烟温偏差作用明显,在以往改造锅炉中，水平摆动的燃尽风能有效改变炉膛出口的烟温偏差。

　　根据山东电力研究院出具的《大唐鲁北发电有限责任公司#２机组锅炉大修后性能试验报告》表明＃2炉经过双尺度低NOｘ燃烧技术改造后,锅炉能够安全正常运行,NOx排放平均值在2００ｍg／Nm³以下,锅炉效率92.80%以上。

　　通过在锅炉主蒸汽流量分别为BMCR、TＲL、９０%ＴRL、80%TRL、7０％ＴRL五个工况下进行试验,结果如下:

　　（１）BMCR工况最上部四层燃尽风全开时，A、B两侧空预器进口NOｘ(换算到６%O2)平均值为19１.37 mg/Ｎｍ3; ＣO（换算到6%O2）平均值为29．93µL／L;修正后锅炉热效率为9３.21%，固体未完全燃烧热损失为0．３7%；锅炉主蒸汽温度为５40.7℃,再热蒸汽温度为54０．1℃，过热器减温水量为３8.8t/h,再热器减温水量为４.6t/h。

　　(2）TRL工况最上部四层燃尽风全开时，A、B两侧空预器进口NOｘ（换算到6%O２）平均值为20３．6２ mg/Nm3; CO(换算到6%Ｏ２)平均值为5４.38µL/L;修正后锅炉热效率为９３．２4%,固体未完全燃烧热损失为０.4１%；锅炉主蒸汽温度为５4２.3℃,再热蒸汽温度为５40.5℃,过热器减温水量为98.4t/h,再热器减温水量为１８．7t/ｈ。

　　(３）TRＬ工况下A侧空气预热器漏风率为4.75％，B侧空气预热器漏风率为５．42％。

　　（4）９０％TRL工况最上部四层燃尽风全开时,A、B两侧空预器进口NOx（换算到６%O2)平均值为17８.19 mg/Nm3； CO（换算到６%O2)平均值为６.0µL/L;修正后锅炉热效率为93.７7％,固体未完全燃烧热损失为０.38％;锅炉主蒸汽温度为538．4℃,再热蒸汽温度为53８.2℃,过热器减温水量为３２t/ｈ，再热器减温水量为4.1t/h。

　　(5）80%TRＬ工况最上部四层燃尽风全开时,Ａ、B两侧空预器进口ＮＯｘ（换算到6%O2)平均值为197.2３ mg／Ｎm３； CO（换算到6%Ｏ2)平均值为７．5µL/L；修正后锅炉热效率为９3.41%，固体未完全燃烧热损失为0.46%；锅炉主蒸汽温度为5４0.8℃，再热蒸汽温度为5４１.7℃，过热器减温水量为8０．7t/ｈ,再热器减温水量为4.3t／h。

　　（６)70%ＴRＬ工况最上部四层燃尽风全开时，Ａ、B两侧空预器进口NOx（换算到6%O2）平均值为193.3７ mg/Ｎｍ3; CO（换算到６%O2)平均值为6.８µＬ／Ｌ；修正后锅炉热效率为９3.４５%,固体未完全燃烧热损失为0.3５%;锅炉主蒸汽温度为539.７℃,再热蒸汽温度为538．４℃,过热器减温水量为53.７ｔ/ｈ，再热器减温水量为４.1t/h。

　　摘要:针对大唐鲁北发电厂钛管凝汽器在运行中结垢导致机组效率下降、煤耗上升的问题，采用化学试剂对凝汽器进行酸洗,酸洗后钛管内硬垢被完全清除。机组启动后，凝汽器端差明显降低,真空度上升，经济效益显著，为同类型凝汽器化学清洗除垢提供了参考。

　　大唐鲁北发电有限责任公司#1机组汽轮机为北京汽轮电机有限责任公司生产的N3３0-177５／5４0/５40型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、凝汽式汽轮机。配套的凝汽器为单壳体对分单流程表面式凝汽器以海水为冷却介质、采用24452根Φ19×0．5mm材质为TA1钛管为冷却管材与TA2端板全部采用胀焊连接。

　　机组２009年09月开始投产运行，一年后凝汽器钛管内由于结垢严重使钛管传热效果越来越差，凝汽器端差逐步升高,机组线机凝汽器线kpa,不仅制约机组出力，而且影响了机组的安全性和经济性。

　　虽然此电厂利用停机期间对凝汽器钛管进行了多次高压水冲洗，但是此种清洗方式只能清除钛管内壁浮泥,对致密硬垢没有效果。为保证凝汽器换热效率,提高凝汽器真空度，以及保障机组安装胶球系统后能够正常投运，在机组小修期间对凝汽器进行化学清洗。

　　由于此厂系统设计原因,循环水系统虽然设计采取海水冷却,但是实际上是相对封闭的闭式循环冷却,系统只能靠农历每月两次海水高潮位时打开水闸补水。由于补充水的水量不够，循环水的排污量减少或不能排污，使循环水的浓缩倍数升高,造成循环水中钙、镁离子增加。而且部分脱硫废水直接排到循环泵房前池内造成循环水中的悬浮物极多,使得系统内容易产生悬浮物沉积，从而形成粘附性极强的粘泥，造成凝汽器钛管表面结垢和粘泥沉积,此外凝汽器循环水系统无胶球和二次滤网系统冲洗装置,无法减缓凝汽器结垢。上述综合因素导致凝汽器结垢严重，严重影响机组的真空及端差，使凝汽器换热效率下降，机组能耗上升。

　　高压水冲洗凝汽器钛管内部表面浮泥后检查发现其结垢严重,垢呈灰白色且坚硬，厚度为0.3-0.４mm。经化学人员取垢样检测分析，硬垢96%为碳酸钙和碳酸镁，其余为少量亚硫酸镁、氯化镁、氯化钙。

　　清洗方案的好坏是凝汽器清洗质量的关键所在,筛选最佳的清洗工艺是方案的核心，优秀的清洗方案的选择必须符合四项标准即清洗指标达标，清洗费用经济，清洗废液容易处理,设备投运安全可靠。依据设备结垢情况及运行状况来确定清洗程序,通过现场小型性试验,确定最佳的清洗工艺：碱洗１%氢氧化钠,流速０.1-0.2m/ｓ,在温度50-55℃条件下碱洗8-10小时,用消防水冲洗后,采用３～６%氨基磺酸、0．3～0.5%N-1０1缓蚀剂及适量消泡剂N-2０2，在流速流速０．1－０.2ｍ/ｓ，温度50-５5℃条件下酸洗8-12小时,酸洗前增加碱洗工艺效果更佳,此清洗工艺能使管内垢清洗干净，腐蚀速率极低。

　　凝汽器水室清扫及钛管疏通→ 水压试验及试运 → 碱洗 →水冲洗→ 酸洗 → 水冲洗 → 压缩空气吹胶球

　　凝汽器分为甲、乙两侧,分别有前、后水室,通过连接临时系统把两侧凝汽器进行串联以满足清洗流速的要求，清洗系统如下图1，此系统酸液可以从甲侧凝汽器到乙侧凝汽器，也可以从乙侧凝汽器到甲侧凝汽器,或者两者交替进行。

　　（1）循环水的各进、出口用钢板封死,以减少清洗死区，堵板下要用２~3根8号槽钢支撑。

　　(2)凝汽器水室接口选在水室人孔处,并配制临时人孔盖开孔接管便于酸液进出 。

　　(3）在原放空气管的基础上,做２个ＤＮ１０0×２00mｍ的接管座，并引2根Φ１08×4mm的放空管至清洗箱。

　　(５)在就近辅汽管上合适位置用Φ８9×４．5mm的临时管接至清洗箱上的混合加热器，蒸汽压力要求0.3～0．8MPa。

　　水侧干燥状态下向汽侧注水至接颈部，检查钛管及管口胀接处有无泄漏，漏时则应先作记号,然后钛管内漏加堵，管口渗漏补胀,确认严密无泄漏后仍应将汽侧灌水至接颈部。

　　分别启动2台清洗循环泵对系统进行严密性试验,消除泄漏处。然后进行冲洗,直至出水清,无杂物。

　　碱洗介质: ０．94-1．0％氢氧化钠 + 适量消泡剂,温度4５-52℃,时间10小时(包括加碱时间）。碱洗结束排完碱液后冲洗6小时后,PH9．０。

　　冲洗合格后,开启清洗泵进行循环，升温至50～55℃,加入缓蚀剂N-1０1,缓蚀剂加完,循环30分钟使缓蚀剂均匀分布。然后向系统内缓慢加入氨基磺酸，控制酸浓度3~6%,维持温度5０~6０℃,并根据泡沫大小加入消泡剂Ｎ-202和适量清洗助剂,清洗中根据分析结果,如果酸浓度2~３次取样化验基本不变,说明垢已除净,可结束清洗。酸洗工况见曲线）酸洗后水冲洗

　　清洗结束后，迅速排空酸液。当排酸结束后，向系统进工业水并启动清洗泵进行循环冲洗，冲洗中注意将循环水进出水管及各死角也冲洗好,至pH≥4.3时结束冲洗。

　　清洗结束后，迅速排空酸液,将酸洗废液直接排放到废水池,加碱中和至ｐH=6~９后排放。

　　酸洗后钛管内仍可能存在部分污泥,为了保证质量,水冲洗结束后，用压缩空气进行吹球,每管放２个胶球,清除管内污泥。同时清除水室及管道内沉积的污泥。

　　打过胶球后要再次封好人孔门,用工业水对系统进行水冲洗，开启两台泵,用最大流量，正反向切换冲洗6～10分钟,出水标准：pＨ≥6，水澄清。

　　（１)凝汽器清洗前，有关人员必须学习化学清洗的安全操作规程 ,熟悉清洗用药的和灼烧急救方法；熟悉工艺过程、要点、方并 做好安全防护。