低氧燃燒技術在電廠鍋爐運行中的應用研究

宋亞強

【摘要】燃煤產生的N0x在造成環境污染的同時，對人體的健康也產生了極大的威脅。通過對N0x的來源分析可知，其主要來源于空氣中的氮氣以及燃煤中的有機氮化合物。目前，針對降低燃煤N0x的產生主要有兩種技術，即低氧燃燒技術和煙氣凈化技術。由于煙氣凈化投入成本較高，因此，低氧燃燒技術成為普遍采取的技術。

【關鍵詞】低氧量；燃燒；鍋爐

一、引言

目前，在我國已經發展的環保行動中，脫硫技術已達到較高水平，PM2.5中硫酸鹽的比例有了明顯的下降，然而硝酸鹽的比例上升很快，對氮氧化物的治理行動迫在眉睫。低氧燃燒正是通過降低煙氣中的氧濃度，使氧化金屬的可能性降低，尤其是減少氮的氧化物產生，減少氮氧化物排放。

二、低氧燃燒技術分析

1 低氧燃燒原理

低氧燃燒技術實際是在相對穩定的燃燒工況下，降低爐膛出口過剩空氣系數，使送入爐內的氧量剛好能滿足燃料的燃燒，將爐膛出口過剩空氣系數控制在一個合理最優化值。當過剩空氣系數超過其優化目標值時，會因排煙熱損失的增加而降低鍋爐效率；當低于其優化目標值時，又會因不完全燃燒熱損失的增加而降低鍋爐效率。

2 低氧燃燒特點

（1）減少鋼坯氧化燒損

氧化鐵皮的生成過程也就是鋼與氧化性氣體發生反應的過程。氧氣與鐵的反應在任何溫度和氧含量下均是不可逆的，氧氣與鐵生成的氧化物在所有氧化劑中所占的比例最大，所以控制爐氣中的氧含量能減少鋼坯的氧化燒損。

（2）提高爐溫均勻性

由于燃料在低氧氣氛中燃燒，火焰體積成倍擴大，使得燃料燃燒的釋熱速率及釋熱強度有所延緩和減弱，火焰中不再存在傳統燃燒的局部高溫高氧區，火焰峰值溫度降低，溫度場的分布也相對均勻。

（3）減少氮氧化物排放

由于高溫低氧燃燒火焰峰值溫度及燃燒區含氧體積濃度降低，氮氧化物的生成大大減少。另外，由于低氧燃燒火焰體積成倍擴大，使得單位體積火焰釋放的能量降低，而氧原子與氮氣反應的活化能要遠高于氧原子與燃氣反應的活化能，氧原子與燃氣反應更易進行，從而抑制了氧原子與氮氣的反應，減少了氮氧化物的生成。

3、低氧燃燒對鍋爐的要求

由于采用了低氧燃燒技術，會造成煤燃料的燃燒不充分，降低鍋爐效率，甚至造成二次污染。所以為了更好利用燃料，提高利用率，對鍋爐提出了更高的要求：

（1）鍋爐設備及其輔助設備應有比較大的調節能力，能夠快速適應各種溫度下的快速調整，保證溫度的穩定；

（2） 應盡量注意鍋爐漏風，尤其減小爐膛漏風，一般來說在采用微正壓燃燒的燃油爐、燃氣爐才有可能實現；

（3） 要求有相應的測量和自動控制設備，能夠及時準確的分析實時的燃燒狀態，特別是能可靠地測量和控制燃料量與空氣量，保證合理的比例，保證燃燒的正常進行；

（4） 根據煤質水平，科學合理的配風等運行因素，調整合適的進粉速度，以便能在較小的富裕氧的情況下達到最穩定和最經濟的燃燒效果。

三、案例分析

某發電廠5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層一次風和7層二次風噴嘴，一、二次風間隔布置。

在5號爐進行逐步降低氧量試驗，隨著氧量的降低、送風量的減少，逐步關小中、上部二次風門的開度，維持二次風箱與爐膛壓差在600～800Pa，并將一次風溫從240℃逐步提高至245℃，將一次風壓從3700Pa降至3600Pa。5號爐300MW負荷時氧量調整試驗結果見表1。

從表1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3.0%～3.3%降至2.7%～3. 0%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，而且水冷壁有結焦現象。因此，綜合考慮鍋爐安全、經濟、環保的各方面要求后，確定5號爐300MW負荷時最佳氧量為3.0%～3.3%。

四、低氧燃燒的缺點與應對措施

對于低氧燃燒來說，面臨的最大的問題就是燃料的燃燒不夠充分。對于這個問題，我們提出了幾點應對措施：首先，我們應嚴格控制進入煤爐的煤粉質量，保證煤粉的顆粒滿足標準水平甚至更優；其次我們可以煤爐內的燃燒情況，實時的調整煤粉的氣流速度，保證爐膛內的燃燒溫度，使煤粉能夠穩定燃燒；最后，根據爐膛內的燃燒情況，我們還可以靈活合理的改變給粉機的轉速，燃燒不完全發生時，降低風速甚至停止送粉氣流。

電廠鍋爐的工作人員應該以身作則，認真觀察鍋爐的燃燒情況。在運行過程中，保證氧量在合理的范圍內供應，保證煤粉的充分燃燒，加強對鍋爐溫度的穩定性控制。并且在不斷的實踐與運行中，發掘和總結出更合理的氧量與煤粉的比例。探索出維持溫度穩定的手段，提高鍋爐的利用率，降低電廠的運行成本，并且把控制污染作為長期堅持的主要目標。

五、結論

通過對比和實際運行結果，我們可以看出，低氧燃燒的確能在鍋爐的燃燒過程中減少氮氧化物等污染物的排放。通過相應的措施，我們能夠彌補低氧燃燒帶來的燃燒不充分的問題。電廠鍋爐的工作人員在保證低氧燃燒的正常進行下，應努力探索更高效的燃燒策略，從而不斷提高電廠的整體效益，大力保護環境。

參考文獻：

[1]李輝.淺析低氧燃燒技術在鍋爐運行中的應用[J].電力科學與工程，2012，（5）：12-13.

[2]王朝.低氧燃燒技術在電站鍋爐上的應用[J].電力設備，2011，（8）：：3-35.