淺析低氮燃燒技術在云浮發電廠B廠的應用

張青松

（廣東粵電云浮發電廠有限公司，廣東 云浮527328）

0 設備簡介

云浮發電廠B 廠#3、4 爐是東方鍋爐廠DG420/13.72-Ⅱ2 型135MW的燃煤汽包鍋爐。采用兩套中間儲倉式制粉系統，燃燒器為直流式，四角切圓燃燒，在下層一次風噴口中間設有點火小油槍，上、中層一次風中間的二次風噴口設有點火大油槍。

1 氮氧化物的危害

在燃料的燃燒過程中， 氮氧化物的生成是燃燒反應的一部份：燃燒生成的氮氧化物主要是NO 和NO2，統稱為NOx。 大氣中的NOx 溶于水后會生成為硝酸雨，酸雨會對環境帶來廣泛的危害，造成巨大的經濟損失，如:腐蝕建筑物和工業設備；破壞露天的文物古跡；損壞植物葉面，導致森林死亡；使湖泊中魚蝦死亡；破壞土壤成分，使農作物減產甚至死亡；飲用酸化物造成的地下水，對人體有害。NOx 還對人的身體健康有直接損害，NOx 濃度越大其毒性越強， 因為它易于動物血液中的血色素結合，造成血液缺氧而引起中樞神經麻痹。

排放量：2010 年，全國氮氧化物排放量為1852.4 萬噸，比上年增加9.4%。 其中， 工業氮氧化物排放量為1465.6 萬噸， 比上年增加14.1%， 占全國氮氧化物排放量的79.1%； 生活氮氧化物排放量為386.8 萬噸，比上年減少5.2%，占全國氮氧化物排放量的20.9%；其中交通源氮氧化物排放量為290.6 萬噸， 占全國氮氧化物排放量的15.7%。

2 治理應對方法比較

為了實現清潔燃燒，降低燃燒中NOx、排放污染的技術措施可分為兩大類：一類是爐內脫氮，另一類是尾部脫氮。

2.1 爐內脫氮爐內脫氮就是采用各種燃燒技術手段來控制燃燒過程中NOx 的生成，又稱低NOx 燃燒技術。

2.2 尾部脫氮

尾部脫氮又稱煙氣凈化技術，即把尾部煙氣中已經生成的氮氧化物還原或吸附，從而降低NOx 排放。 煙氣脫氮的處理方法可分為：催化還原法、液體吸收法和吸附法三大類。

2.3 技術比較

爐內脫氮與尾部脫氮相比，具有應用廣泛、結構簡單、經濟有效等優點。 各種低NOx 燃燒技術是降低燃煤鍋爐NOx 排放最主要也是比較成熟的技術措施。一般情況下，這些措施最多能達到50%的脫除率。當要進一步提高脫除率時， 就要考慮采用尾部煙氣脫氮的技術措施，SCR 和SNCR 法能大幅度地把NOx 排放量降低到200mg/m3， 但它的設備昂貴、運行費用較高。 即使采用煙氣凈化技術，同時采用低NOx燃煤技術來控制燃燒過程NOx 的產生， 以盡可能降低化設備的運行和維護費用。 治理大氣污染成為十分迫切的任務。 隨著環保要求的不斷提高， 研究適應我國國情的低成本的低NOx 燃燒技術具有良好的前景。

3 抑制NOx 的生成可采取的措施

3.1 降低鍋爐峰值溫度。

3.2 降低氧濃度（即降低過量空氣系數）。

3.3 在爐膛中設立還原區， 利用在燃燒區中燃燒生成的烴根CHi 和未完全燃燒產物CO、H2、C 和CnHm 等，將NO 的還原成N2。 在OFA層與SOFA1、SOFA2 燃盡風之間設有一個5 米高的還原區。

將燃料送入燃燒區，燃料在燃燒區燃燒生成NOx ，還原區過量空氣系數小于1.0(α＜1.0)，具有很強的還原性氣氛，在燃燒區生成的NOx被還原；在燃盡區供給一定量的空氣（稱為燃盡風），保證從還原區出來的未完全燃燒產物燃盡。 將整個爐膛燃燒區劃分為主燃區、還原區和燃盡區。 各區域出口過量空氣系數目標值為： 主燃區出口α=0.9～1.0，還原區出口α=0.8～0.9，燃盡區出口α=1.167。

4 低NOx 燃燒技術特點

4.1 煤粉高效燃盡

煤粉較高效燃盡、防結渣及高溫腐蝕的特性。 首先通過在爐膛的不同高度布置底部二次風、上部OFA 和空間分離的SOFA，將爐膛分成三個相對獨立的部分：燃燒區，NOx 還原區和燃盡區。在每個區域合理的控制各自的過量空氣系數，這種改進的空氣分級方法通過優化每個區域的過量空氣系數， 在有效降低NOx 排放的同時能最大限度地提高燃燒效率；其次運行當中三層一次風采用正寶塔方式調整，即下層給粉機出力最大、中層次之、上層最小，相當于提高了煤粉燃盡高度及NOx 還原高度，有利于提高鍋爐燃燒效率及降低NOx 的排放水平。

4.2 低NOx 燃燒

低的NOx 燃燒排放特性，通過設立主燃區、還原區和燃盡區，通過采用上下可調燃盡風噴口技術，實現爐內按需供風和降低爐膛出口煙溫偏差，實現了鍋爐低NOx 的燃燒排放。

4.3 分離燃盡風SOFA

分離燃盡風SOFA 還具有較好的降低爐膛出口煙溫偏差特性，采用對SOFA 的水平擺動調整，有助于降低爐膛出口兩側煙溫偏差而導致的過熱器及再熱器壁溫偏差的作用。

低NOx 燃燒技術無任何運行成本， 它不僅實現鍋爐的超低NOx排放，同時實現了鍋爐高效穩燃、防結渣、防高溫腐蝕、在工業化應用中取得了的效果。

5 燃燒調整

我廠#3、4 機組的容量為135MW，在采用低氮燃燒技術前的氮氧化物大概650mg/m3左右，為保證NOx 的達標排放，必須根據上述方法原理進行在不同的負荷下進行調整。

5.1 當#3、4 爐帶80MW 及以下負荷時， 要求保持SOFA1、SOFA2 風門開度在30%，40%，二次風分風門開度為25%，周界風分風門開度為60%，二次風箱風壓50PA 以上。

5.2 當#3、4 爐帶90～110MW 負荷時，要求保持SOFA1、SOFA2 風門開度在40%，50%，二次風分風門開度為40%以上，周界風分風門開度為80%，二次風箱風壓100PA 以上。

5.3 當#3、4 爐帶110MW 負荷以上時，要求保持SOFA1、SOFA2 風門開度在60%，70%，二次風分風門開度為50%以上，周界風分風門開度為90%，二次風箱風壓150PA 以上。

鍋爐燃燒調整在保證安全的前提下盡量降低氧量運行，增、減負荷時要保持氧量的穩定，同時啟、停制粉系統時要特別注意冷風門的開度，防止大量的空氣進入爐膛。 當機組負荷帶80MW 及以下時，根據燃燒情況，可適當停運部分給粉機運行，并關閉相應的一次風。另外運行當中巡檢人員加強對各臺爐的爐底水封檢查，除塵水封擋板要關閉嚴密，防止冷空氣進入爐膛。

數據整理：

各負荷工況對應的NOX 情況：

機組的負荷 80MW 以下90～110MW 110MW 以上

SOFA2 開度（%）（上層） 40 50 70

SOFA1 開度（%）（下層） 30 40 60

#3 爐氧量（A/B） 2.3/2.6 2.1/2.3 1.8/2.0

#4 爐氧量（A/B） 2.9/2.7 2.3/2.6 2.0/2.2

脫硫凈煙氣氧量（平均值）6.67 5.1 4.9

NOx 平均值 368mg/m3303mg/m3309mg/m3

通過改變的燃燒器頂部兩層SOFA 風風量來改變NOx 生成值， 隨著SOFA 風開度增大和氧量的減小，NOx 呈減小的趨勢。

另外，鍋爐產生的NOx 主要為燃料型，占70%左右，也就是說，燃料中的氮元素含量對鍋爐產生NOx 影響很大，氮元素含量越高，生成的NOx 濃度越高。 燃燒調整期間入爐部分煤工業分析如下：

單煤：

煙煤30（粵電56）：揮發分29.75%、硫1.40%、低熱5102 Kcal/kg

煙煤28（毓騏海）：揮發分28.27%、硫0.95%、低熱4989 Kcal/kg

煙煤28（新達江）：揮發分28.00%、硫0.92%、低熱4757 Kcal/kg

混合后（三種煤1：1：1）：

混合后：揮發分28.67%、硫1.09%、低位熱值4949 Kcal/kg

6 結語

采用上述措施后云浮B 廠#3、4 爐由未調整前的NOx 排放量約650mg/m3降至400mg/m3左右，雖然Nox 排放量有一定程度的下降，但仍未達到最新的Nox 排放量200mg/m3以下的環保要求， 我廠還將采用尾部脫氮SCR 技術進一步降低氮氧化物， 但采用了低氮燃燒技術后可以降低化設備的運行和維護費用。另外#3 爐飛灰在3.2 至4.5 之間波動，#4 爐飛灰在2.17 至4.12 之間波動， 飛灰排放量未見明顯提高。 鍋爐效率能保持在91.5%-92%左右。

［1］王林榮.云浮發電廠#3、4 爐降低氮氧化物調整方案[Z].2014.

［2］陳卓衛.云浮發電廠鍋爐運行規程（修訂）[Z].2012.