為響應國家節能減排號召，廣州發電廠有限公司于2010年7月對5臺220 t/h燃煤鍋爐實施了低NOx燃燒技術改造，改造后收到很好的效果，鍋爐NO，排放質量濃度明顯降低。但也相繼出現了一些影響鍋爐運行的問題，如三次風噴口燒毀、對流煙道入口結渣、冷灰斗結渣，影響了鍋爐正常安全運行。另外，在2臺磨煤機運行時鍋爐NO。排放質量濃度偏高，選擇性催化還原(SCR)反應器前的NOx質量濃度一般高于350 mg/m3，單臺磨煤機運行時在310mg／m3左右。為此對鍋爐燃燒器改造后存在的問題進行了研究。
2、雙尺度燃燒技術
220t／h燃煤鍋爐改造采用煙臺龍源電力技術股份有限公司的雙尺度燃燒技術，它是一種低NO，燃燒技術，同時兼顧防結渣及鍋爐效率，煤種適應性更寬。
雙尺度燃燒技術簡單講是爐內燃燒過程的空間尺度與過程尺度全方位優化的復合燃燒技術：空間尺度是將爐內燃燒的三維空間在水平方向上分為近壁區和中心區兩個區域，并在垂直方向上分為兩個氧化還原區；過程尺度強調的是爐內燃燒過量空氣系數口分布的差異化，使整個爐內的燃燒由集中擴散燃燒向分散、還原擴散燃燒方向轉化，富通新能源生產銷售生物質鍋爐，生物質鍋爐主要燃燒木屑顆粒機壓制的生物質顆粒燃料。
2.1縱向三區布置
在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風（總風量20%-30%），燃盡風采用多噴口多角度射入。爐膛沿高度方向從下至上形成三大區域，分別為主燃燒區（總風量的70%～80%）、還原脫氮區和燃盡區（見圖1）。由于有較大燃盡風量的存在，在主燃燒器區氧化、還原反應交替進行：氧化有助于煤粉初期燃燒，升高爐溫，促進煤粉燃盡，但會產生較多的NOx；還原可以使產生的NO，得到初步還原，在燃燒初始時就使其得到抑制。在還原脫氮區內已生成的NO，得到充分還原。燃盡區內的燃盡風將作為二次風及時補充進來，促進焦炭最后燃盡。通過縱向三區布置，形成縱向空氣分級，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物質量分數也會得到控制。
由于實現縱向空氣分級，燃燒器區域相對地有所擴大，其熱負荷降低，爐內溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產生。
2.2橫向雙區布置
對爐內射流進行重新調整，將原有一、二次風同軸射流分別改為在爐內形成直徑為300 mm順時針假想切圓的一次風射流，和在爐內形成直徑為608 mm逆時針假想切圓的二次風射流；一、二次射流偏角較小，只有3°～5°。兩層一次風之間還布置貼壁風噴口，形成橫向空氣分級，見圖2。這種橫向布置，可使燃燒初始的二次風不會過早混合進一次風內，形成缺氧燃燒，在火焰內就進行NO，還原，抑制NO，產生。在火焰末端，二次風再及時混合進來，使缺氧燃燒時產生的焦炭再燃燒。橫向空氣分級與縱向空氣分級一起形成整個空間的空氣分級。
3、存在問題
該鍋爐制粉系統為中間儲倉式制粉系統，送粉方式為熱風送粉，甲制粉系統的乏氣通過乙、丁燃燒器三次風送入爐膛，乙制粉系統的乏氣通過甲、丙燃燒器三次風送人爐膛。改造前燃燒器的布置從上到下依次分別為上燃盡風、下燃盡風、上三次風、下三次風、上二次風、上一次風、中二次風、下一次風和下二次風，見圖3。雙尺度燃燒技術在沒有三次風的鍋爐上采用都很成功，出現下述問題都和三次風量較大有關。
3.1冷灰斗結渣問題
一般來說，要滿足送粉需要，一次風率不能太低。如果燃煤水分再偏大，為了保證通風能力，三次風率會高于設計值；在總風量不變的情況下，二次風率會明顯減少。在此情況下如果采用過大的空氣分級，燃盡風加大時一定會造成主燃燒器區域缺氧，二次風量會相應地減少，燃燒受到抑制。下二次風率的降低使其托粉能力變差，未燃盡的顆粒就會掉到冷灰斗區域燃燒，因此造成此處結渣。
3.2三次風噴口燒壞問題
由于主燃燒區氧量不夠，造成燃料不完全燃燒，其他未能燃燒的煤粉顆粒隨氣流上升到三次風區域，與三次風強烈混合，并開始劇烈燃燒，此區域溫度迅速升高，三次風噴口附近容易發生局部結渣，且三次風噴口采用大鈍體，卷吸煙氣能力強，因此易燒壞三次風噴口。
3.3屏區結渣問題
此問題主要和電廠目前燃用水分大、易結渣的煤有關。燃盡風全關（無分級燃燒）的情況下，主燃燒器區域不會存在缺風現象，燃燒強度加強，局部溫度過高，且燃煤灰熔點低，水冷壁易結渣，水冷壁吸熱量減少，爐膛溫度升高，爐膛出口煙溫相應升高，熔融的灰粒子粘到屏式過熱器上造成結渣。
3.4 NOx排放質量濃度高的問題
由于有大量的三次風，又不可能分出過多的二次風作為燃盡風使用，空氣分級抑制NOx生成的作用就會受到影響；同時大量的三次風都布置在主燃燒器上端，直接進入還原區，還原區的高溫低氧環境受到破壞，使還原區域的氧量增加，溫度降低，NOx在區域內被還原的能力變差，NO。排放質量濃度增高。
綜上所述，鍋爐目前存在的問題和煤種及三次風量偏大有關，特別是三次風的存在影響了空氣分級燃燒的建立，導致鍋爐結渣、NOx排放濃度高等問題發生。
4、改造方案
為了更好地實現空氣分級燃燒，必須解決實際二次風率偏低、三次風率偏高的問題，保證主燃燒器區域有足夠的二次風，同時保證有足夠的燃盡風，因此提出以下三次風改造方案，更換現有的三次風組件，并采用沒有鈍體的圓形噴口。
在三次風管道上加裝分離器，將三次風分離成濃、淡兩股：淡股作為燃盡風引到燃盡風下層噴口內，補充燃盡風不足問題，同時主燃燒器區
域二次風量也能得到保證；濃股三次風仍布置在原三次風位置上，保證這部分三次風有足夠的燃盡高度，見圖4。
三次風本身帶粉少，煤粉顆粒細，分離存在很大難度，必須改進分離器才能達到目的。為預測該濃淡分離器分離效果，對此分離器進行了數值模擬，分離器效果見表1。
從表1可以看出：分離器濃、淡股速度低，但淡股用作燃盡風，其速度是可以接受的；濃淡比達到了2. 33，更多的煤粉留在了濃股，不會產生飛灰可燃物質量分數升高和爐膛出口煙溫升高。模擬結果還表明：該型分離器阻力并不太高，約為292 Pa，排粉機容量有足夠裕度。
根據分離器性能參數，對燃燒器進行了新的改造，在三次風上升總管直段上安裝三次風分離器，濃股氣流仍然進入原三次風燃燒器噴口，淡股氣流上提到原下燃盡風噴口標高處，保留上燃盡風噴口，拆除下燃盡風噴口。改造后燃燒器的布置從上到下依次為上燃盡風、淡股三次風、濃股三次風、上二次風、上一次風、中二次風、下一次風和下二次風。這樣，一層淡股三次風和一層燃盡風共同形成燃盡風。為保證燃盡風區域煤粉充分燃盡，將三次風噴口下傾8。布置。
5、結語
改造后鍋爐運行正常，下二次風托粉能力增強，沒有出現未燃盡的煤粉顆粒掉到冷灰斗區域燃燒及結大焦問題，灰斗結渣得到改善；分級燃燒后燃燒器區域熱負荷降低，三次風噴口燃燒火焰靠后，沒有出現結焦及噴口燒壞現象；爐膛出口煙溫降低，停爐后檢查屏式過熱器比較干凈，沒有結焦現象；在2臺磨煤機運行時，SCR反應器前鍋爐NO。質量濃度降低，一般為260 mg／m3，在單臺磨煤機運行時，NO，質量濃度一般為210 mg/m3。低NOx燃燒系統優化改造后，全面解決了鍋爐運行中現存的主要問題，富通新能源不但生產銷售生物質鍋爐，而且還大量銷售生物質鍋爐燃燒專用的生物質顆粒燃料。
