低氮燃燒器改造對鍋爐運行的影響

（大唐國際張家口發電廠，河北 張家口 075133）

摘 要：低氮燃燒器改造是我廠適應國家環保要求為改善自然環境對鍋爐進行的一次重大改造，對環境保護有著重要意義，但改造后對鍋爐的運行產生了一定的影響。本文通過對低氮燃燒器的介紹分析了其對鍋爐運行的影響并根據實際運行情況提出了控制手段。

關鍵詞：低氮燃燒器;鍋爐運行;改造

1 概述

煤做為我國生產生活中最主要的一次能源在給國民經濟帶來發展、人民生活帶去方便的同時也給環境帶來了嚴重的污染。火力發電廠做為燃煤消耗最大行業在為社會帶來清潔能源的同時其排放出的主要污染物粉塵、SO2、NOx等對人類的生存環境構成了嚴重的危害。近年來，隨著我國逐步與世界上先進國家接軌和國民環保意識的不斷增強使得環境保護成為當前首要任務。國家有關部門不斷出臺了有關環境保護的政策、法規、標準，用來約束、規范工農業生產以改善日益惡化的自然環境。2011年7月18日環境保護部批準并發布了《火電廠大氣污染物排放標準》，新標準對現有和新建火電項目的污染物排放限值進行了嚴格的限制。為適應新標準的要求各火力發電廠在原有安裝除塵裝置的基礎上紛紛上馬了脫硫脫硝裝置控制SO2、NOx的排放。采用低氮燃燒器可以在燃燒過程中抑制NOx的生成反應，從而降低NOx的最終排放量。但對于原有電站鍋爐由于未考慮對NOx的控制在設計生產過程中忽略了這方面對鍋爐的影響，而在改造過程中由于缺乏試驗數據使改造后的鍋爐在運行中出現了一系列的問題。本文根據現場實際運行情況對所出現的問題進行了總結與分析。

2 低NOx燃燒技術介紹

為了控制燃燒過程中NOx的生成量需采取低氮燃燒器。其原理是：一般把一次風分成濃淡兩股，濃相在內，更靠近火焰中心;淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內著火時，火焰溫度相對較高，但是氧氣比相對較少，故生成的氮氧化物的幾率相對減少;淡相在外，氧氣比相對較大，但由于距火焰高溫區域較遠，溫度相對較低，故氮氧化物的生成也不會很多。

運行控制原則為：（1）降低過量空氣系數和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒;（2）降低燃燒溫度，防止產生局部高溫區;（3）縮短煙氣在高溫區的停留時間等。低NOx燃燒技術主要包括：低過量空氣系數、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環、低NOx燃燒器。

低氮燃燒技術的脫硝效率可達25～40%，能夠從源頭上有效控制NOx的生成，再加上煙氣脫硝從而使最終NOx的排放達標。

3 低氮燃燒器改造后對鍋爐運行的影響

3.1 低氮燃燒器改造后對鍋爐燃燒穩定性的影響

由圖1可見改造后將原三層燃燒器合并為集中的主燃燒區。由于低氮燃燒器一次風噴口集中且濃淡組合并且采用了接力熱回流環渦穩燃等技術手段，在燃燒過程尺度上利用熱力與動力不對稱性原理使三種動渦連續相扣，特別是噴口處煤粉熱解著火后碳的著火燃燒區段的三場特性利于與爐中心復合射流大渦的復合連接。環渦內碳粒有較高的內回流率延長了在環渦內停留時間，顯著提高了環渦內碳燃燒發熱量，這是熱量積累主要來源。環渦穩燃、著火、碳燃燒、碳燃盡全過程鏈環穩固，這是優于單純噴口穩燃的原因所在。根據機組運行情況看采用低氮燃燒器后由于燃燒器噴口間距離減小使燃燒區更集中，在低負荷燒劣質煤時燃燒的穩定性增強，出現火檢大幅擺動的次數明顯減少。減少了因燃燒不穩投油助燃的次數，與同期相比鍋爐因煤質、燃燒造成的滅火次數大大減少，提高了鍋爐燃燒的安全性。

3.2 低氮燃燒器改造后對過、再熱汽溫的影響

根據圖1可見改造后的燃燒器燃燒器噴口整體下降了1米左右，將原來的3層燃燒器以最下層燃燒器為標準，其余燃燒器標高向下移，造成火焰中心下降各受熱面吸熱量減少出口汽溫降低，對再熱汽溫的影響尤為明顯。低氮改造后機前壓力對過、再熱汽溫影響也較大。由于機組協調本身存在調整緩慢的問題，壓力跟蹤與調整跟不上，容易造成超調，連帶著汽溫變化幅度大。加上主燃燒器只有一組擺動火嘴，一、二次風配比上受低氧燃燒要求的限制，所以汽溫調整手段受限，調整時間較長，也影響機組效率。為保證出口溫度在規定范圍內在低負荷時需使用上層制粉系統并將火咀擺至較高位置，這又會導致受熱面超溫。因此如何保證在受熱面不超溫的情況下保持出口溫度在規定范圍內成為低氮燃燒器改造后的另一課題。通過調整試驗發現當燃盡風的噴口向上擺動式，再熱蒸汽的溫度會有所上升，向下擺動時，溫度會有所下降。在正常負荷下，當噴口向上擺動0°～10°時，蒸汽溫度會提升10℃～20℃范圍內。擺角超過10°時，對蒸汽溫度溫度的提升效果就不再明顯。因此擺動角度范圍控制在±15°之間，以防止擺動范圍過大擺動火咀銷子受力過大而拉折。另外還可在保持安全供氧余度的前提下，采用在一定范圍內調節氧氣供給量來對再熱蒸汽的溫度進行調整。在低氮燃燒工況下，一般規律是減少氧量會引起氣溫上升，否則就會有所下降。在調節時，應視負荷大小每次增減空氣供給量在20～50Nm3/h之間（負荷低時調節量就應小些，反之亦然），每次調節應等待鍋爐狀態穩定后，視氣溫變化幅度和效果再行決定是否繼續調節，如果效果不明顯則可停止繼續調節。

3.3 低氮燃燒器改造后對飛灰與鍋爐效率的影響

根據氮氧化合物生成機理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區段氧濃度、燃燒產物在高溫區停留時間和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有兩個方面：一是降低火焰溫度，防止局部高溫;二是降低過量空氣系數和氧濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒。低氮改造后燃燒器下移合并為主燃燒區要求采用低氧燃燒，過剩空氣系數低，完全依靠頂層燃盡風燃燒，煤粉燃盡效果不明顯，在線飛灰采集顯示飛灰偏大。同時為維持再熱汽溫，現經常采用上層制粉系統，且一次風壓大，二次風輔助風開度不足，加劇了飛灰的產生。鍋爐飛灰增加使煤粉不完全燃燒程度增加，降低了鍋爐效率。另外于由飛灰量及飛灰顆粒的增加還會增加尾部受熱面的磨損減少其使用壽命。因此合理控制飛灰并保證煙氣出口含氮量是低氮改造后我們運行調整的另一要務。當飛灰含碳量大時，可開大主燃燒器區域二次風門，關小燃盡風門，使煤粉在第一燃燒區與氧氣充分混合燃燒提高煤粉的燃燼度從而降低鍋爐的飛灰含量。

3.4 低氮燃燒器改造后對鍋爐氧量的影響

合理的二次風供給是保證鍋爐燃燒穩定的必要條件，在運行調整上主要以控制氧量為調整依據。通常，一個負荷下對應會有一個最佳的運行氧量使排煙損失和氣體、固體未燃盡損失之和最低，鍋爐效率最高。機組投入BLR運行方式下由于負荷波動頻繁送風調節跟不上負荷的變化尤其在快速升負荷時鍋爐氧量經常處于較小范圍甚至出現負氧量情況，不僅對鍋爐燃燒產生不利的影響而且會降低脫硫的效率。因此在負荷變動時要加強對送風量的調節尤其在調整燃盡風開度的同時要配合調整各層二次風門的開度保證合理的送風量維持合適的鍋爐氧量，避免因二次風門及燃盡風門開度過小使送風機出力減小對送風機及鍋爐的安全運行帶來威脅。

3.5 低氮燃燒器改造后對爐膛結焦的影響

雖然低氮燃燒器改造時采用了橫向雙區布置、加裝貼壁風、縱向空氣分級以及一二次風逆向射流等手段控制受熱面結焦的問題。但運行中發現水冷壁及燃燒器噴口處仍有較大程度的結焦情況。尤其啟動下層制粉系統時對負壓影響明顯變大，說明主燃燒區燃燒工況不好。由于主燃燒區缺氧燃燒，所以燃燒器附近與水冷壁結焦嚴重，在降負荷中經常出掉焦現象，更加惡化了主燃燒區的工況。

4 結論

盡管低氮燃燒器對鍋爐運行會有多方面的不利影響并且僅依靠其控制NOx并不能達到當前環保要求，但配合煙氣脫硝技術后將會使發電廠的NOx排放降至一個更低的水平，使發電企業在為社會提供清潔能源的同時減少對環境的危害。總之低氮燃燒器改造是老發電企業適應當前發展要求的一項重要舉措，對保護環境有著重要意義，我們應該大力提倡。

參考文獻：

[1]張家口發電廠6號爐-低氮燃燒器技術培訓[S].

[2]張家口發電廠脫硝項目培訓材料[S].

作者簡介：郭巍（1980-），男，河北宣化人，大學，助理工程師。