鍋爐低氮燃燒技術的應用

廣東拓奇電力技術發展有限公司 510530

我國經濟水平在日益提高，人們對環境的要求也越來越嚴格，低氮燃燒技術應運而生，本文簡單介紹了低氮燃燒技術的原理及應用。

關鍵詞：燃燒；低氮；原理

時代在不斷發展，中國漸漸進入到先進技術的行列，甚至趕超外國的先進技術，人民群眾逐漸加強的環保意識，中國開始頒布嚴格的氮氧化物的排放標準相關規定，這就對發電廠提出了要求，怎樣能夠有效的把鍋爐煙氣中的氮氧化物的含量降低。

近年來國內新建了很多大型的火力發電廠，這些電廠的的鍋爐燃料系統中通常采用一些比較先進的氮燃燒技術來對氮氧化物的排放量降低，然而這些技術一般都是伴隨著鍋爐的主體設備采購，同時也有一部分設備是借鑒國外成熟的技術。這些國內科研院所和電力生產企業研究開發的技術，在低氮燃燒技術上一般都取得了非常好的效果，并且國內的許多鍋爐生產設備廠家在低氮燃燒系統設計領域也慢慢的從過去完全模仿朝著獨立自主的研發方向進行發展，目前在低氮燃燒領域，國內主要存在的問題是在獨立知識產權上缺少相關產品，因此怎樣完善有關的技術，形成成熟技術，并且把此技術在實際的生產中運用是將來需要解決的問題。

一、鍋爐氮燃燒產生的原理

在發電廠中，鍋爐燃燒所產生的氮氧化物當中一般包含有2種成分，一種是NO2，含量大約在5% -10%左右，其它的大多是NO，含量大約在90%，占很大一部分。氮氧化物中的NO在氧氣的作用之下會生成NO2，通常情況下，鍋爐中NO分為下面三種方式：

（1）燃料類型NO

燃料型NO產生方式是以化合物的形式存在于燃料中氮原子，在燃燒鍋爐的過程中被氧化而產生的。其生成溫度通常為600～700攝氏度，化石燃料中的氮一般是煤炭燃燒過程中產生NOX的最主要來源，一般的燃料類型的NO比較于其他類型的NO更容易生成。一般情況下在鍋爐中的NOX的60% ～80% 是燃料燃燒所形成的，對比空氣，氮更容易生成NO，在實際的生產中根據燃煤種類不同，燃燒所產生的氣體中的含氮量有所不同。

（2）熱力類型的NO

一般是空氣中的氧氣和氮氣在高溫下所產生的，在鍋爐中通過燃燒NOX生成，而在此類型下，在空氣中對氮轉化為氧化物的各種影響因素中，溫度是一個非常大的影響因素，根據研究表明，當鍋爐中的燃燒溫度在1500攝氏度之上的時候，NO的生成量會成指數規律性增加，在高溫下停留的時

間，氧氣濃度大小和NO的形成成正比，假如在高溫下停留的時間減少，氧氣濃度降低的時候就能夠在一定的范圍內降低NOX產生的數量。

（3）快速類型的NO

產生快速類型NO的原理是氮分子在鍋爐內火焰邊緣燃燒的過程中快速形成的，一般需要參與碳氫化合物來完成，影響因素同樣為氧氣和鍋爐內溫度的含量，在溫度在升高時，其轉化率漸漸提高，但實驗發現，快速類型產生的NO在鍋爐所有的氮氧化物中，其占有的比例不到5%，所以通常情況下可以忽略不做考慮。

二、低氮燃燒技術主要存在的問題

現今電廠采用的低氮燃燒技術都存在著一些問題，在該技術的使用過程中，鍋爐燃燒器區域內的水冷爐壁在高溫的情況下會出現腐蝕，對爐膛會產生爐膛結成焦塊的現象，燃燒后居高不下的灰渣含碳量是在目前來說在低碳燃燒技術中存在的一個較大問題。

改進低氮燃燒技術

通過多年技術改造，對上述問題采取了一定的措施去解決，例如讓燃燒器迅速點火，利用氮氧化物的形成原理，對氮氧化物的產生量抑制，同時排除多余的空氣，使燃燒區域內部減少結焦，并減少高溫腐蝕環境，例如通過鍋爐中高溫腐蝕的原理，在冷卻管管壁里制造出一定量的氧化氣體，或在冷卻管加工的過程中使管壁表面的光滑度能夠得到保證，同時延長管壁表面清潔度的時間，從而達到對高溫腐蝕發生進度減緩的目的。近幾年來，低氮燃燒技術在我國獲得了眾多科研機構的多年探索，在技術上有很大創新，在設計中，不再是對外國技術簡單仿制，而是在上述的高溫防腐蝕上有不少的創新，另外還有鍋爐的同軸燃燒技術，預防煤粉結成焦塊技術等，例如在鍋爐的運行過程中對風機的吹風量加大，使煤粉能夠更加充分的燃燒，包括調整燃盡風，煤粉細膩程度的控制，都能對氮氧化物的排放量有效的降低。

三、氮排放量高的解決辦法

1、采用空氣分級燃燒

為了使在燃燒時排放氣體中氮氧化物有效降低其含量，從燃燒的過程中對問題進行解決，在目前來說，是使用較為廣泛的技術之一。空氣分級燃燒技術是把燃燒所需要的空氣進行分級的送入爐內，使燃料在爐內進行分級分段燃燒。燃燒區的氧濃度對每種類型NOX的生成都有非常大影響。當超量的空氣系數α<1，在“貧氧燃燒”的情況時，抑制NOX的生成量有著非常明顯的效果。按照這一原理，把供給燃燒區的空氣量降低到全部燃燒所需要使用空氣量的70%左右，從而使燃燒區的氧濃度降低，同時也對燃燒區的溫度水平降低。因此，第一級燃燒區的主要作用就是對NOX抑制生成，并推遲燃燒過程。燃燒過程中所需要的其余空氣則是通過燃燒器上的燃燼風噴口送入爐膛混合第一級所產生的煙氣，整個燃燒過程完成。

2、采用高效平濃淡煤粉燃燒技術改造主燃燒器

改造后的一次風噴口的風速從之前28m /s降低至25m /s，改造之后一次風率保持不變。燃燒器在一次風向出口壁面的位置裝一些尺寸較大的穩燃齒。穩燃齒能夠起到強化擾動，當煤粉氣流經過鈍體之后形成高溫煙氣的回流旋渦，在回流區的邊緣處，速度的梯度是較大的，煤粉濃度和燃燒溫度很高，具有非常好的著火的穩燃條件，大大的提高了一次風煤粉氣流的出口火焰穩定性。在一次風噴口附近加裝合適大小的周界風，形成了比較大的出口動量的側二次風噴口，能夠起到有效的防止爐膛水冷壁結渣、回火和高溫受熱變形以及高溫腐蝕的作用。

二次風噴口使用的結構是收縮型，使一二次風之間的混合推遲。推遲濃淡一次風的混合速度。用這些措施，能夠對濃淡煤粉氣流的混合有效的推遲，從而減少在燃燒中含N基團與O2的反應機會，對NOX的生成量有效的降低。高濃度的濃一次風煤粉氣流，強化一次風的穩燃與著火性能，快速的分析出揮發成分，有效降低NOX生成量，能夠保持高的煤粉顆粒的燃盡程度。一次風噴口出口周圍的設計有偏置型周界風噴口，對于運行或者是停運的一次風噴口起到冷卻和保護的作用，一次風在向火側和上下兩側設有小扳邊，推遲一次風和周界風的混合。

結語：

我國NOX排放總量正在逐年上升，由此所導致的環境污染也在不斷的加劇，對NOX的控制已經火燒眉毛了。低NOX燃燒技術有著比較低的投資，并且有非常好的效果和好的運行經驗，尤其是低氮氧化物燃燒器和空氣分級燃燒的聯合使用，這樣效果更好；煙氣脫硝技術中SNCR和SCR具有比較多的商業化運行業績，并且脫硝效率比較高。我國NOX控制起步比較晚，低NOX燃燒系統在進口燃燒器上來開發與研制的。國內廣泛采用的是低NOX燃燒器和空氣分級燃燒聯合使用，在低NOX燃燒的基礎之上，加速煙氣脫硝示范工程建設，與國際廣泛開展合作，在引進消化國外煙氣脫硝技術的基礎之上，使煙氣脫硝盡快實現國產化，使煙氣脫硝的投資與運行費用降低，從而對NOX的排放有效控制，從而推動國民經濟與環境保護的協調發展。

參考文獻：

[1]徐軍偉，宋兆龍，王磊.電站鍋爐燃燒優化技術現狀和發展動向[J]. 江蘇電機工程，2005，24（3）：6-7.

[2]應達云. 應用 D C S 系統實現在線指導鍋爐燃燒優化[J].浙江電力，2000，（5）：32-34

[3]陳兆兵，張長友. 鍋爐燃燒優化調整的試驗研究[J].鍋爐技術，2003，34（4）：50-54.