火電廠鍋爐低氮燃燒改造與運行優化調整探究

張強，何陸燦，方亞雄

（國能南京電力試驗研究有限公司，江蘇 南京 210000）

雖然我國社會經濟水平和科學技術水平在不斷提高，但我國電力生產仍然是以鍋爐設備燃燒煤炭為主要電力供應形式，從而造成了我國生態環境的污染情況加重。傳統火電廠在電力生產時，由于對產能和經濟效益的過度重視，而忽視了生態環境保護意識，將粉塵、氮氧化合物、一氧化碳等危害社會環境和生態安全的物質和氣體排放至大氣中，造成嚴重的環境污染。現階段，國家環保政策的提出和人們環保意識的提高，要求傳統火電廠對煤炭燃燒進行改造與優化，采用低氮燃燒技術，嚴格控制危害物質和氣體的排放量，減少煤炭燃燒對環境的污染，為建造綠色、健康、環保的國家，做出一份貢獻。

1 火電廠鍋爐燃燒時產生的氮氧化物種類及其危害性

1.1 一氧化二氮

一氧化二氮無色有甜味，具有嚴重毒性，如不慎吸入，從呼吸道進入血液中會導致人體缺氧，嚴重的會引起窒息，對人們的生命安全具有威脅。若長期待在含有一氧化二氮的環境中生活或工作，人們可能會出現高血壓、暈眩、貧血等癥狀，間接誘發心臟病，導致人死亡。

1.2 一氧化氮

一氧化氮無色無味，具有一定毒性，輕則引起咽喉不適、干咳等癥狀，重則導致呼吸道慢性疾病的發生。若長期處于一氧化氮環境中，會造成呼吸困難、肺水腫、氣胸等疾病，嚴重的甚至會影響神經系統，造成神經系統損傷。

1.3 二氧化氮

二氧化氮顏色為紅棕色，有刺激性氣味并帶有一定毒性，靠近易燃物會出現燃燒現象，較容易出現火災情況。二氧化氮與水會產生化學反應，是酸雨形成的主要原因之一，酸雨對樹木、花草、房屋建筑等都會出現嚴重損壞。二氧化氮對水資源的污染也不可忽視，被二氧化氮污染后的水，如果人們飲用或食用后，會導致食物中毒，輕則使人出現缺氧，重則因其窒息，危害生命安全。

2 低氮燃燒技術概述

現階段，我國火電廠降低污染排放量的主要方式就是降低氮氧化合物的生成。低氮燃燒技術的主要原理是將低氮燃燒技術與煙氣脫硝技術相結合，運用低氮燃燒技術脫氮，是由低氧燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環等環節構成，根據鍋爐的形狀不同進行燃燒器的位置擺放，在鍋爐內部形成氧化還原、主還原和燃盡區3個部分，讓有機燃料與配風在鍋爐內部分區、分級、低溫、低氧燃燒，進而減少因鍋爐燃燒產生的氮氧化合物排放量，實現低氮燃燒，順應社會綠色、環保的發展理念，推動傳統火電廠鍋爐燃燒方式的改造。

3 氮氧化合物治理現狀

氮氧化合物分為燃料型氮氧化合物、熱力型氮氧化合物和快速型氮氧化合物3種，其中，燃料型氮氧化合物是我國火電廠鍋爐燃燒所產生的重要氮氧化合物類型，低氮燃燒技術也是對其進行控制和改造。降低氮氧化合物的排放量可以從燃燒前、燃燒中和燃燒后3個階段進行嚴格控制與技術處理。

4 火電廠鍋爐低氮燃燒改造原則

4.1 掌握現存問題

根據目前火電廠鍋爐燃料燃燒出現的問題和情況，包含環境污染問題、設備問題、系統問題、結構問題等相關方面，進行實地考察與詳細了解，只有針對其現存問題，才能夠制定符合現階段火電廠發展狀況的方案，并按照方案進行針對性的改造。

4.2 制定具體改造方案

改造方案的制定通常需要制造廠家通過對火電廠鍋爐的具體參數、運行環境、運行狀態等各方面數據進行歸納和整理，并進行分析與研究，從各個方位進行考量，并要具有整體意識，確保改造方案的科學性與合理性。例如，在對管材進行方案設計時，如出現管材損壞嚴重需要進行升級或更換時，常常不改變其受熱面規格，但如果因涉及方案出現問題，需要對管材進行改造時，應當注意其受熱面管材放置、管材規格、重量改變等方面，還要提前預測其對火電廠鍋爐產生的影響。改造方案也應當提前進入現場進行嚴格比對和檢查，避免因天氣因素、環境因素等意外情況的發生，影響其改造質量。

5 火電廠鍋爐低氮燃燒改造方案

5.1 合理選擇燃燒器

根據鍋爐實際情況和低氮燃燒的要求，將鍋爐改造方案進行科學化制定，再根據其詳細的改造方案進行燃燒器的合理化選擇。

目前，我國常用的鍋爐燃燒器為濃淡燃燒器，其包含水平型和垂直型兩種類型。在對火電廠鍋爐低氮燃燒進行改造時，在選擇燃燒器時，應當重點關注其對煤粉的濃淡劃分效果，控制其劃分比例，對其參數進行嚴格掌握，避免鍋爐內部低氮燃燒不夠徹底，影響整體的氮氧化合物控制效果。

5.2 改造主燃燒器

在對火電廠鍋爐低氮燃燒改造時，改造主燃燒器應當確定其高度的標準，并將其四角風向風道和擋板風箱的位置進行固定，更換所有彎頭、噴口等部件，確保各個部件都可以達到其規定的使用標準；將處于最下層的一次風改造為插入式等離子燃燒器，其余一次風燃燒器改造為垂直型濃淡燃燒器或水平型濃淡燃燒器，具體燃燒器的選擇也要根據現場實際情況進行合理選擇；對以往改造方案進行借鑒，如當前鋼板高耐熱性較高，則可以封閉其四層中間的二次風噴口，并更換其余二次風噴口，將其射流方向進行更改，把控其噴口角度，保證其前期缺氧燃料與后期供給氧之間的完美融合；保證水冷壁表面上含有充足的氧氣，避免出現鍋爐內部溫度較高導致腐蝕情況的發生。

5.3 改造OFA噴口

在復雜的燃燒系統中，由于OFA噴口結構相對較為簡單，所以，OFA噴口是較為廣泛應用的一種噴口。在進行火電廠鍋爐低氮燃燒改造時，也要對OFA噴口進行適當改造。位于主燃燒器上層的OFA噴口，與反切作用相結合，以科學控制鍋爐內部的氣流的方式，降低出煙口溫度的偏差。如出現原本OFA噴口的風速、風量和尺寸等相關因素與實際改造方案不吻合，可以用耐熱板將其原本OFA噴口進行密封或是將原本OFA噴口以符合改造方案的方式進行重新改造。

6 火電廠鍋爐低氮燃燒優化原理與要求

火電廠鍋爐低氮燃燒的優化與調整，應當保障鍋爐在安全運行的前提下，進行優化方案的設計，對鍋爐運行的安全性、經濟性、合理性和科學性進行保證。例如，在對一次風、二次風、外圍風進行調整時，應依據實際情況調整二次風門的開度，確保鍋爐內部的低氧燃燒。從理論上講，燃盡風力越大，氧含量相對越少，氮氧化合物產生量就越少。減少氮氧化合物的生成可以降低對生態環境的消極影響。在鍋爐實際運行中，二次風開度不宜過大。將氮氧化合物的排放量、火力發電廠的鍋爐運行效率以及調整與優化整體難度等相結合，進行全方面分析。各個火電廠鍋爐燃燒技術指標各不相同，低氮燃燒系統的優化要與當地實際情況符合。為提高鍋爐內部的燃燒速率，必須對鍋爐的內部結構、鍋爐燃燒效率等詳細數據進行深入研究，并對其燃燒設備進行針對性改造，才能讓目標得以實現。火電廠鍋爐低氮燃燒優化部門對優化方案進行合理化制定，是保障鍋爐內部燃燒的平穩性的基礎。

7 火電廠鍋爐低氮燃燒優化措施

7.1 一次風、二次風以及周界風的優化

在主燃區的調節中，要特別注意低氧燃燒的實際需要，掌控好二次風的實際開度，控制燃盡風量與控氧量二者的關系，根據鍋爐機組內部的實際運行條件，對鍋爐的優化參數進行調節，對比各種配風方案，采用多樣化的鍋爐運行方式，盡量減少氮氧化合物的實際排放量，嚴格管理鍋爐生產造成的環境污染情況，增強火電廠生產時產生的環境效益。對于二次風開度控制，最上層二次風開度應當控制在35%以內，各層周界風開度應在15%～20%的范圍內，最下層二次風開度不應小于70%，若最下層二次風開度小于70%，會導致在煤粉燃燒過程中，產生缺氧現象，煙氣生成量迅速提高。考慮到二次風組合方式、氮氧化合物排放量和鍋爐內部溫度之間的互相影響，所以，在優化的過程中，要依據已知信息參數進行綜合調節。尤其要重點注意鍋爐負荷狀況、制粉系統的工作模式和鍋爐實際運行情況，全方位判斷鍋爐低氮燃燒的實際效益，找出存在的問題，調整存在問題的參數數據。

7.2 燃盡風系統與擺角的優化

通過借鑒以前的工作經驗，可以了解到，當主燃燒器的擺角在30%以內時，燃燒器上的傾斜角度就會越大，相應會擴大鍋爐內壁兩側氣體溫度和煙氣溫度之間的差距，所以，為了維持氣體高溫度且穩定的環境，燃燒器的擺角應適當減小。當OFA導通時，加熱器兩側氣體溫差會擴大，應當減小OFA的開度，讓氮氧化合物的生產量相對較小。如果將燃盡風的擺角擴大，必然會影響鍋爐內部氣體溫度等各種參數數據，但總體上影響不大；如果擺角向下傾斜，就會極大程度上增加氮氧化合物的生成量和排放量。相關部門通過對低氧燃燒過程的詳細分析和綜合考慮，綜合氮氧化合物的排放量和鍋爐燃燒速率，應對擺角裝置進行細致的優化和調整，讓燃盡風的擺角可以適當向上傾斜調節，降低鍋爐兩側氣體溫度的差異，確保擺角的運行效果。

7.3 鍋爐內部含氧量的調節

在優化低氮燃燒系統前，火電廠工作人員應當提前對影響氮氧化合物等有害氣體排放量的原因進行細致分析，確定關鍵原因后，制定針對性的解決方案并進行實際應用，確保控制住鍋爐污染氣體的排放。鍋爐內部氧含量與氮氧化合物排放量之間存在必要的關聯，即鍋爐內部氧含量越高，氮氧化合物生產量也會越高。在確定控制氮氧化合物排放量的任務后，可以調節鍋爐內部的氧含量，降低鍋爐內部氧含量，對氧含量的最優動態范圍進行判斷。

雖然理論上降低鍋爐內部氧含量就會降低氮氧化合物的生產量和排放量，但是，如果鍋爐內部氧含量太低，將會對鍋爐其他部位的正常工作產生影響。由此得出，含氧量的調節一定要在合理的范圍內進行，其最好控制在 2.5%～ 3.5%。

7.4 鍋爐煤粉粗細程度調節

通過煤粉細度調節也是減少氮氧化合物的生成量的有效措施。一些鍋爐更換低氮燃燒器后，由于鍋爐內部低氧燃燒和運行參數的不準確，導致飛灰含碳量會快速提高。改造的鍋爐低氮燃燒效率與氮氧化合物的排放量的控制之間出現了相互矛盾的現象，通過調節煤粉粗細程度，使煤粉平均細度降低40%～50%，然后，借助工況對燃燒值進行調整和優化，能夠降低火焰中心，把控飛灰值含碳量，減少氮氧化合物的生成。這是因為降低煤粉的細度可以強化燃燒程度，提高焦炭中氮的釋放速度與效率，強化氮氧化合物的還原能力。根據調查結果表明，煤粉細度的降低會致使煤粉系統電耗增加約2‰，但煤粉燃燒效率的提高，會推動鍋爐的整體運行效率，二者相比之下，多數火電廠仍會選擇降低碳粉細度來提高鍋爐的運行效率。

8 結語

綜上所述，鍋爐是保證火電廠得以平穩運行的重要設備，在整體火電廠燃燒系統中都起到了較為關鍵的作用。為順應現階段綠色、環保的理念，相關部門應當通過燃燒器的科學選擇、主燃燒器和OFA噴口的改造等良性措施對鍋爐低氮燃燒技術進行改造，也應通過對一次風、二次風以及周界風的優化、燃盡風系統與擺角的優化、鍋爐內部含氧量的調節和鍋爐煤粉粗細程度調節，減少氮氧化合物的生成量和排放量，實現火電廠綠色發展新要求。