火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化研究

于宗波 于俊霞

摘? ? 要：近來年，隨著霧霾現象的日益嚴重，我國越來越重視大氣污染的治理。習近平總書記多次發表講話，指出：“持全民共治、源頭防治，持續實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛戰”。火電廠屬于大氣污染的源頭之一，在“藍天保衛戰”中，對火電廠鍋爐低氮燃燒技術進行改造，使其運行更加科學，減少氮氧化合物的排放，從而實現對空氣污染物排放有效控制的目的。

關鍵詞：火電廠鍋爐;低氮燃燒技術改造;運行;優化策略

1? 前言

近年來，隨著我國社會經濟的發展，對電的需求量越來越多，火電廠建設越來越多，同時，汽車的保有量越來越多，這些都是空氣污染的主要源頭，由此導致我國的霧霾天氣頻發。針對這種現象，習近平總書記多次發表講話，提出了“藍天保衛戰”行動，指出要從源頭防治，持續實施大氣污染防治行動。火電廠燃燒發電排放的煙氣中含有大量的氮氧化合物，是大氣污染的主要成分。針對火電廠燃煤鍋爐的煙氣排放問題，國家制定了一系列政策和控制性指標，如何落實這些政策和指標，就成為火電廠面臨的重要課題。目前，火電廠低氮燃燒技術改造項目成為解決該問題的關鍵。接下來，本文就對此進行詳細的闡述。

2? 低氮燃燒技術的概述

根據分析我國火電廠燃煤鍋爐排放的煙氣，其排放的大氣污染物主要是氮氧化合物，而我國政府制定的控制型指標也是針對氮氧化合物的，因此，火電廠必須降低其排放煙氣中的氮氧化合物NO[x]，而低氮燃燒技術就是先對煤炭進行脫氮，然后在鍋爐中進行低氧燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒，并針對燃燒過程中排放的煙氣使用脫硝技術，從而有效降低火電廠氮氧化合物的排放。其中鍋爐中的燃燒器分為氧化還原、主還原以及燃盡區三個部分，根據不同型號鍋爐的不同形態，我們可以隨意調整其中燃燒器擺放的位置，盡量使脫氮的燃料在配風支持下進行分區、分級、低氧以及低溫燃燒，從而有效降低脫氮燃料在燃燒中氮氧化合物的排放，實現燃料的清潔燃燒。

3? 氮氧化合物治理的現狀

根據國內外相關研究人員對氮氧化合物成分、生成機理、危害以及降氮氧化合物技術的研究，我們大致上將氮氧化合物分為熱力型、燃料型以及快速型三種，這三種類型中，熱力型NO[x]是在鍋爐內因局部高溫才生成的，其生成量對大氣污染構不成威脅，而且我國相關的研究者經過研究分析，也確定了我國火電廠燃煤鍋爐燃燒過程中產生的氮氧化合物主要是燃料型NO[x]因此，我國火電廠使用的低氮燃燒技術也主要是針對該類型的氮氧化合物，其方法分為三個階段：燃燒前、燃燒中和燃燒后對排放氣體的處理。其中，燃燒前技術主要是脫氮技術，在燃料投放進鍋爐前，將其轉化為低氮性質的有機燃料，但這種脫氮技術相對而言較為復雜，難度較高且成本很高，我國目前正在研究，暫未將該技術投入到使用中。燃燒中的脫氮技術主要是抑制氮氧化合物的生成，并通過一定的技術再將燃燒中生成的氮氧化合物進行還原反應。燃燒后的脫氮技術即是煙氣脫硝技術，當前，我國火電廠對于排放的煙氣進行脫氮處理，主要是采用選擇性催化還原方法、非催化還原方法和液體吸收方法等來實現的。

4? 火電廠鍋爐低氮燃燒的改造方案

4.1? 選擇合適的燃燒器

在火電廠鍋爐低氮燃燒技術改造中，選擇適合的燃燒器是改造的關鍵所在。就目前我國火電廠使用的鍋爐燃燒器來看，主要有兩種類型：其一是水平型濃淡燃燒器，其二是垂直型濃淡燃燒器。其中水平型的濃淡燃燒器，主要是針對水平方向投放的煤粉作濃淡分離處理，使其射流能夠偏向鍋爐的中心位置，而且這種型號的燃燒器具有較強的徑直卷吸能力，在燃燒時具有顯著的“風包煤”效果，爐內脫氮效果很好，在我國的火電廠中具有廣泛的應用;而垂直型濃淡燃燒器則是針對從垂直方向投放的煤粉，對其作濃淡分離處理，在實際的使用中，我們通過調整燃燒組垂直的方向，也可以實現燃燒區內有機煤粉的宏觀濃淡分離效果。在選擇時，應根據該廠的地理位置、實際情況以及使用煤粉的情況進行選擇，以保證燃燒后產生的氮氧化合物排放量達到國家規定的標準。

4.2? 對現有燃燒器的改造

首先應按照國家規定的燃燒器標準高度，以及固定四角風箱、風道和擋板風箱的位置進行調整，然后將全部的一次風燃燒器即噴口、噴嘴體和彎頭更換為符合要求的部件，然后因地制宜、因煤制宜、因爐制宜，對燃燒器進行改造，使其被改造成濃淡型燃燒器，使投放的燃料燃燒得更為徹底。

其次，改造處于四層位置上的二次風口，并用貼壁風噴口更換在三層和二層的二次風噴口，使供給水冷壁的表面具有充足的氧氣，以此避免燃燒器內部因高溫而出現腐蝕現象或產生結渣現象。

最后，在改造剩余的二次風噴口射流方向，以及一次風噴口的射流方向，使其保持10°這一固定角度，以此確保前期投放的缺氧燃料能與后期供給的氧氣充分混合，實現清潔燃燒。

4.3? OFA噴口的設計改造

OFA是鍋爐燃燒系統中一種結構簡單而有廣泛使用的噴口。在火電廠進行鍋爐低氮燃燒改造的過程中，技術改造人員應注意對原鍋爐燃燒器OFA噴口的設計改造問題，避免該噴口無法很好地控制鍋爐內的氣流，無法降低鍋爐出煙口溫度的偏差。因此，技術改造人員應根據改造后鍋爐燃燒器的技術參數，利用耐熱板對其進行封堵，或者進行設計改造，從而保證鍋爐燃燒器內的空氣可以充分進行分級燃燒，有效地降低燃燒過程中生成的氮氧化物，保證燃料燃燒的效率。

5? 火電廠鍋爐低氮燃燒運行的優化方案

5.1? 對一次風、二次風和周界風進行優化調整

在火電廠鍋爐燃燒的過程中，生成的氮氧化合物濃度會隨著燃盡區的風量變化而產生變化，通俗來講，燃盡區的風量越大，鍋爐內氧氣的含量就會越低，產生氮氧化物的濃度也就會越低。而通過對不同功率機組的運行進行調節，以及對正寶塔或倒寶塔的配風方式進行對比分析，我們發現：使用倒寶塔進行配風，鍋爐燃燒器在運行中氮氧化合物產生的量較低，這樣可以在很大程度上降低火電廠排放煙氣中的氮氧化合物，降低大氣的污染狀況。因此，在鍋爐低氮燃燒的過程中，我們應設置各層二次風的開度保持在0.7以下，而上層的二次風開度則應小于0.35，此外，各層的周界風開度應控制在0.15到0.2之間。具體優化調整的方案，各火電廠應根據自身的實際情況合理進行調整。

5.2? 燃燒器的擺角和燃盡區風量的優化調整

根據分析低氮燃燒過程中生成氮氧化合物的數量，我們發現，燃燒器的擺角和燃盡區風量的大小對生成氮氧化合物具有極大的影響，對其進行優化調整十分重要。通過向上傾斜調整燃盡風的角度，有效降低了鍋爐兩側溫度的差別，提升了擺角在運行中工作的效率。此外，通過增大燃盡區的風擋板，能有效降低氮氧化合物的排放量，并降低飛灰的數量。

5.3? 爐內含氧量的優化調整

為保證鍋爐內燃料的充分燃燒，實現清潔低氮燃燒，我們在低氮燃燒的運行中，還要控制鍋爐內的含氧量，因為含氧量越少，產生的氮氧化合物就越少，其排放量就越低。但同時，隨著氧氣的降低，飛灰可燃物卻不斷增加，經過實驗研究，鍋爐內的含氧量保持2.5%到3.5%之間為最佳，既能降低氮氧化合物的產生量，又能確保燃燒的效率和質量。

6? 結束語

對火電廠鍋爐低氮燃燒進行改造，使其運行更加科學合理，對于降低氮氧化合物的產生量與排放量十分重要，對于打贏藍天保衛戰具有重要的價值和意義。本文就分析了火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優化的策略，希望能給相關人士的研究提供參考。

參考文獻：

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