火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化分析

唐利興

（山西漳山發電有限責任公司，山西長治046021）

引言

近年來，我國針對火電廠大氣污染物排放量的防治方面制定了多項法律法規以及防治政策，尤其在國內大范圍出現霧霾天氣后，大氣污染物排放防治問題逐漸引起國家環保部以及其他相關部門的關注和重視。如何有效控制大氣污染物排放量是現如今火力發電行業亟待解決的問題，而作為火電廠運行的主要設備，鍋爐的改造與優化運行成為首要任務，從源頭入手，從根本上減少鍋爐燃燒產生的氮氧化物（NOx），從而實現對空氣污染物有效控制的目的，切合國家環境保護戰略思想。

1 低氮燃燒技術內容概述

目前，我國火電廠關于控制大氣污染物排放的主要方法為降NOx，工作原理主要是鍋爐燃燒中脫氮的低氮燃燒技術與燃燒后脫氮的煙氣脫硝技術相結合，燃燒中脫氮主要是根據NOx的生成機理而研制的低氮燃燒技術[1]，是由低氧燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環等構成的，通過將燃燒器布置在縱向位置，在鍋爐內構成氧化還原、主還原、燃盡區三個板塊，還可根據不同鍋爐的形態調整燃燒器的擺放位置，從而使有機燃料與配風在鍋爐內分區、分級、低溫、低氧燃燒，降低燃燒中產生的NOx排放量，進而實現清潔燃燒。

2 NOx治理現狀

根據國內外相關研發人員對NOx的危害、有機燃料燃燒中NOx的生成機理以及降NOx技術的分析與研究結果顯示，大致可將NOx分成熱力型NOx、燃料型NOx和快速性NOx三種，而我國火電廠鍋爐燃燒中產生的氮氧化物主要為燃料型NOx，低氮燃燒技術也主要針對燃料型NOx。其中熱力型NOx是鍋爐內局部高溫生成的，生成量對空氣污染基本不構成威脅。降NOx方法可分為三個階段，即燃燒前、燃燒中以及燃燒后的處理，其中燃燒前脫氮是通過在燃料燃燒前將燃料轉化成低氮燃料，但這種技術相對復雜，難度較大且成本較高，在我國也僅處于研究階段，暫未投入使用。燃燒中脫氮主要通過抑制NOx的生成，再將已生成的NOx進行還原。燃燒后脫氮即煙氣脫硝，主要通過選擇性催化還原法、非催化還原法、液體吸收法等技術來實現降低NOx生成量。

3 低氮燃燒器改造方案分析

3.1 燃燒器的選擇

在低氮燃燒器改造方案中，選擇適合的燃燒器是其中的關鍵[2]。目前來看，國內應用較為廣泛的燃燒器主要有兩種，一種是水平濃淡燃燒器，另一種是垂直濃淡燃燒器。水平濃淡燃燒器主要是對水平方向的煤粉進行濃淡分離，主要以其射流偏向爐內中心位置、徑直卷吸能力較強、“風包煤”效果顯著等特點集中應用于爐內脫氮技術。垂直濃淡燃燒器主要是對垂直方向的煤粉進行濃淡分離，通過將其布置在燃燒組的垂直方向，可以達到燃燒區內煤粉宏觀濃淡分離的效果。在選擇燃燒器類型時，應充分考慮爐內煤粉濃淡分離的效果，控制好分離比例以及相關參數，保證爐內低氮燃燒徹底。

3.2 主燃燒器的改造

在主燃燒器改造過程中，首先應規定主燃燒器的標準高度以及固定四角風箱風道和擋板風箱的位置[3]，將所有的24支一次風燃燒器即噴口、噴嘴體、彎頭更換至符合實際要求的構件，最下層一次風改造成等離子發生器軸向插入式的等離子燃燒器，以及剩下的20支一次風燃燒器更改為上濃下淡或下濃上淡的濃淡燃燒器。其次，利用耐熱性較高的鋼板封閉處于四層中間的二次風噴口，全部更換剩余二次風噴口[4]，將有貼壁風噴口布置在三層中的二次風以及中間第二層的二次風噴口處，隨時供給水冷壁表面足夠的氧氣，避免出現結渣和因爐內溫度過高而出現腐蝕狀況。最后，通過改變除下層二次風以外的其他二次風噴口的射流方向以及將一次風射流方向與其他二次風噴口的角度控制在10°，確保前期缺氧燃料與后期供給氧的充分混合。

3.3 OFA噴口及二次風的設計

OFA是鍋爐燃燒系統中的一種噴口，因其結構簡單而被廣泛應用。在低氮燃燒技術改造過程中，應尤其注意在原有的鍋爐燃燒系統對于OFA噴口的二次使用問題。在主燃燒器上層的OFA噴口結合反切作用，用以控制爐內的氣流，減少爐內出煙口的溫度偏差。若原OFA噴口的尺寸、設置風速及風量不符合低氮燃燒技術的改造方案，可利用耐熱板進行封堵或重新改造。在燃燒器上端布置比例較大的二次風，可將爐內燃燒的空氣進行分級燃燒，有效控制氮氧化物的生成，保證鍋爐燃燒效率。另外，還應將燃盡區的位置與大小考慮到二次風設計中。

4 火電廠低氮燃燒運行優化方案分析

4.1 一次風、二次風以及周界風的優化調整

在鍋爐燃燒過程中，氮氧化物的濃度會隨著燃盡風風量的變化而變化，即風量越大，爐內的氧氣含量就越低，氮氧化物的濃度也就越低。通過調節機組不同功率的運行狀況以及正寶塔、倒寶塔等配風方式的對比分析得出，倒寶塔配風運行中所產生的氮氧化物成量較低，可在一定程度上減少氮氧化物對大氣的污染，但在實際運行中，應結合氮氧化物和鍋爐燃燒效率等因素，將各層的二次風開度嚴格控制在70%以下，上層二次風開度小于35%，并且各層周界風的開度控制在大于15%小于20%。具體的優化調整方案要根據實際情況作出適當改變[5]。

4.2 燃燒器擺角與燃盡風的優化調整

根據低氮燃燒過程中氮氧化物生成量的分析可知，燃燒器擺角與燃盡風的優化調整對氮氧化物生成具有至關重要的作用。將燃盡風的擺角調整至向上傾斜，可大大減少鍋爐兩側氣溫的偏差，有效提升擺角運行中的工作效率。此外，在改造過程中，優化調整燃盡風的目的在于在保證鍋爐內總分量穩定的基礎上，結合實際運行情況，增大燃盡風擋板，從而降低氮氧化物的排放量以及飛灰的參數。

4.3 爐內含氧量的優化調整

為降低爐內氧氣的增加而增加氮氧化物的排放量，可以通過控制爐內含氧量來降低氮氧化物的生成量，正常情況下，爐內含氧量越低，氮氧化物排放量也就越少，但經試驗后發現，爐內含氧量過低會造成飛灰可燃物增高，燃盡廢物中的含碳量過高等狀況的發生，所以經過長時間的實踐總結出，最好將爐內氧量控制在低于3.5%高于2.5%，在降低火電廠氮氧化物排放量的同時確保鍋爐燃燒的工作效率[6]。

5 結語

對鍋爐低氮燃燒技術的優化與調整可以有效提高鍋爐燃燒的工作效率，降低氮氧化物排放量，對火電廠的長久發展具有重要意義。在生態環境質量日益惡化的今天，火力發電行業必須做出適時的調整，以適應社會發展需求。

[1]劉朝倫.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化研究[J].科學與財富，2015，7（Z2）：742.

[2]王琳，楊宏君.低NOx所致鍋爐運行問題的解決方案[C]//全國火電600MW級機組能效對標及競賽第十九屆年會論文集，2015：809-815.

[3]霍新華，宋立斌，田占軍，等.DG1025t/h“W”鍋爐低氮燃燒改造技術探討[C]//第五屆發電廠鍋爐優化改造與配煤摻燒技術經驗交流研討會論文集，2015：732-742；769.

[4]敖光輝，曾紅林，李軍保，等.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化調整[J].江西電力，2014，38（2）：77-80.

[5]公立新.旋流燃燒器低氮改造及運行調整[J].華北電力技術，2014（5）：58-63.

[6]鄧均慈.600 MW亞臨界鍋爐低氮改造后燃燒優化試驗分析[J].廣西電力，2014，37（3）：82-85.