燃煤鍋爐低氮燃燒優(yōu)化策略分析

來鈺

摘 要：鍋爐作為我國工業(yè)生產(chǎn)中的重要能量轉(zhuǎn)換設(shè)備，其在運(yùn)行的過程中需要消耗大量的燃料，而隨著燃料的加熱燃燒會釋放大量的氮氧化物，如果不經(jīng)過處理直接排放到外界，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。在節(jié)能環(huán)保的政策號召下，燃煤鍋爐逐漸向低氮燃燒技術(shù)發(fā)展，采用各種先進(jìn)的技術(shù)降低氮氧化物的生成或者排放，不僅能夠提高鍋爐的燃燒效率，同時(shí)還能夠降低對環(huán)境的污染。文章對燃煤鍋爐低氮燃燒優(yōu)化策略進(jìn)行了分析，為推進(jìn)我國燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐；低氮燃燒；氮氧化物；優(yōu)化策略

氮氧化物是燃煤在鍋爐運(yùn)行燃燒過程中生成的必然產(chǎn)物，如果不進(jìn)行優(yōu)化改造，我國氮氧化物的排放量在國際排名將會居首，對人們的生存環(huán)境以及身體健康產(chǎn)生巨大的影響。所以在燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)方面進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從技術(shù)方面來講，控制氮氧化物的生成和排放主要有兩種，一種是進(jìn)行爐內(nèi)脫氮，降低氮氧化物的生產(chǎn)，另一種是尾部脫氮，通過還原或者吸附氮氧化物，降低對環(huán)境的污染。從目前的效果來看，爐內(nèi)脫氮技術(shù)由于結(jié)構(gòu)簡單，清潔有效，所以應(yīng)用范圍較廣。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會研發(fā)設(shè)計(jì)出更加高效經(jīng)濟(jì)的低氮燃燒技術(shù)，為促進(jìn)工業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。

1 煤燃燒過程中氮氧化物形成機(jī)理及控制現(xiàn)狀

一般情況下，在燃煤燃燒的過程中，生成的氮氧化物主要有一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮，其中的一氧化氮和二氧化氮含量較多，所以低氮燃燒主要是控制這兩種物質(zhì)的生成。氮氧化物的生成主要有三種方式，第一，空氣中氮?dú)庠诟邷厍闆r下氧化生成氮氧化物。第二，燃料中氮化合物在燃燒過程中熱分解，氧化后生成氮氧化物。第三，空氣中氮與燃料中碳?xì)潆x子團(tuán)反應(yīng)生成氮氧化物。氮氧化物的生成與爐內(nèi)溫度、燃料停留時(shí)間、燃料中氮的含量等各項(xiàng)因素都有很大的關(guān)系，所以通過對氮氧化物生成機(jī)理以及現(xiàn)有脫氮技術(shù)的分析，對于燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)優(yōu)化策略的制定和調(diào)整具有一定的意義。

現(xiàn)階段，對于燃煤鍋爐的低氮燃燒技術(shù)，主要有三種處理方式，燃燒前、燃燒中和燃燒后。燃燒前主要是對燃料進(jìn)行脫氮處理，但是成本較高、難度大、工藝比較復(fù)雜，所以目前應(yīng)用的較少。燃燒中脫氮主要是通過降低反應(yīng)區(qū)氧濃度、縮短燃料在高溫區(qū)停留時(shí)間以及控制燃燒區(qū)溫度等方式來降低氮氧化物的生成量，加之各種技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，燃燒中脫氮目前使用的范圍較廣。燃燒后脫氮主要是將生成的氮氧化物通過還原或者吸附的方式降低排放量，其運(yùn)行技術(shù)相對比較成熟。

2 低氮燃燒技術(shù)改造技術(shù)方案的選擇

2.1 空氣分級燃燒技術(shù)

空氣分級燃燒技術(shù)主要是通過控制氧氣的供給量來降低氮氧化物的生成，所以在燃煤燃燒的過程中分級向爐內(nèi)送風(fēng)，保證燃煤的分級分段燃燒，能夠有效控制氮氧化物的生成量。通過送風(fēng)量的控制可將爐內(nèi)分為三個燃燒區(qū)域，熱解區(qū)、貧氧區(qū)和富氧區(qū)，氧氣的濃度是產(chǎn)生NOx的重要因素，如果能夠?qū)⑦^量空氣系數(shù)控制在1以下，使燃燒區(qū)達(dá)到貧氧狀態(tài)，就能夠有效抑制氮氧化物的生成，同時(shí)還會推遲燃燒過程。為了保證燃煤燃燒，在燃燒器的上方燃盡風(fēng)噴口處會送入一定的風(fēng)量，與煙氣混合后完成燃燒過程。爐內(nèi)空氣分級燃燒主要包括軸向空氣分級燃燒和徑向空氣分級燃燒，都是通過調(diào)整送風(fēng)量和送風(fēng)方式來控制氧氣供給量。但是空氣分級燃燒技術(shù)還存在一個問題，在二段空氣量過大的情況下，會增加燃煤不完全燃燒的幾率，從而造成熱能損失，所以這種燃燒技術(shù)只有在對鍋爐的運(yùn)行產(chǎn)能要求不高時(shí)才可使用。

2.2 優(yōu)化調(diào)整擺角與燃盡風(fēng)

通過對擺角和燃盡風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整，也能夠加強(qiáng)對低氮燃燒的控制。對燃盡風(fēng)的擺角進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳蟽A調(diào)整，可以避免爐膛兩側(cè)的汽溫差。在鍋爐的總風(fēng)量比較穩(wěn)定的情況下，結(jié)合具體運(yùn)行狀態(tài)，在負(fù)荷有所提升時(shí)，可以適當(dāng)?shù)脑龃笕急M風(fēng)的擋板，可有效降低氮氧化物的排放，同時(shí)還可減少飛灰。在對燃盡風(fēng)進(jìn)行控制，降低含氧量，就能夠確保鍋爐爐膛處于低氧燃燒狀態(tài)，就會加強(qiáng)上部燃燒，火焰中心上移，氮氧化物生成量顯著下降，從而提高鍋爐低氮燃燒效率。

2.3 燃燒器型式選擇

燃燒器的型式對低氮燃燒具有一定的影響，所以型式的選擇也是關(guān)鍵問題，主要有水平濃淡燃燒器和垂直濃淡燃燒器兩種，其應(yīng)用范圍較廣。水平濃淡燃燒器能夠在水平方向?qū)γ悍鄣臐獾M(jìn)行分離，其射流可更加接近于爐膛中心，能夠形成較強(qiáng)的徑向卷吸；垂直燃燒器在燃燒組的布置方面可形成濃淡濃的形式，從而在燃燒區(qū)中可達(dá)到濃淡分離的目的。在對燃燒器進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整改造中，主要以濃淡分離為主要目的，并且可以合理控制分離的比例以及各項(xiàng)參數(shù)，從而確保低氮燃燒的效率。

2.4 OFA噴口選擇及SOFA風(fēng)設(shè)計(jì)

原有鍋爐燃燒系統(tǒng)中常常設(shè)OFA噴口，能否利舊使用，也是低氮燃燒技術(shù)改造過程中要重點(diǎn)考慮的一個問題。主燃燒器上層OFA噴口常常反切，以削弱爐膛氣流旋轉(zhuǎn)，減小爐膛出口煙溫偏差，效果較為明顯。如果原OFA噴口尺寸、以及風(fēng)速風(fēng)量設(shè)置與低氮燃燒技術(shù)改造方案有沖突的情況，也可將其封堵或改造利用。將較大比例的二次風(fēng)（SOFA）布置在燃燒器的上部，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒的空氣分級燃燒技術(shù)，不僅能夠控制氮氧化物的生成，同時(shí)能夠保證爐膛燃盡區(qū)進(jìn)一步完全燃燒從而降低飛灰可燃物的含量，維持鍋爐燃燒效率。SOFA風(fēng)的存在，在于形成燃盡區(qū)。燃盡區(qū)的位置與大小是SOFA風(fēng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，SOFA噴口標(biāo)高、SOFA噴口組數(shù)與層數(shù)、SOFA風(fēng)風(fēng)速與風(fēng)量比例等參數(shù)應(yīng)該被設(shè)計(jì)者重點(diǎn)考慮。

2.5 優(yōu)化調(diào)整煤粉細(xì)度

煤粉細(xì)度對低氮燃燒效率會產(chǎn)生一定的影響，尤其是在空氣分級燃燒的情況下更為明顯。在一次風(fēng)噴口安裝鈍體穩(wěn)燃器時(shí)，當(dāng)分級程度較高時(shí)，細(xì)煤粉的NO排放濃度要高于粗煤粉。煤粉細(xì)度越大，其中的揮發(fā)分也更容易釋出，煤粉顆粒與空氣接觸的表面積增加，從而提前著火且溫度升高，燃盡率也較高。在煤粉顆粒表面積增加的情況下，焦炭對NO的還原能力增強(qiáng)，從而細(xì)煤粉可以有效降低氮氧化物的排放濃度，所以可結(jié)合空氣分級燃燒狀況，加強(qiáng)對煤粉細(xì)度的調(diào)整控制。

3 結(jié)束語

燃煤鍋爐低氮燃燒技術(shù)是適應(yīng)我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢，低氮燃燒有利于控制鍋爐運(yùn)行燃燒過程中氮氧化物的生成量，減少對環(huán)境的污染。在低氮燃燒技術(shù)中，目前主要以爐內(nèi)脫氮技術(shù)為主，通過與尾部脫氮技術(shù)的結(jié)合，能夠提高脫氮效果。低氮燃燒技術(shù)的設(shè)計(jì)研發(fā)，需要從可靠性、穩(wěn)定性以及經(jīng)濟(jì)性等方面綜合考慮，確保各項(xiàng)要素都能夠得到有效保證。

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