電站鍋爐低氮燃燒器改造要求

李昊

（秦皇島發電有限責任公司,河北 秦皇島 066000）

電站鍋爐低氮燃燒器改造要求

李昊

（秦皇島發電有限責任公司,河北 秦皇島 066000）

對于電站鍋爐來講，燃燒過程中通常會排放濃度較高的氮氧化物，這種物質表現出較高的污染性。因此，有必要改造電站鍋爐現有的燃燒方式，增設低氮燃燒器。改造的要求為在燃燒器的后側視情加入必要的噴口，用這種方式來改造原有的一次風噴口以及套筒擋板。在優化改造后，可以發現電站鍋爐在整體上降低了氮氧化物的排放總量。與此同時，增加低氮燃燒器的鍋爐改造方式也避免了燃燒時的掉渣和結渣。對于電站鍋爐，有必要結合具體的燃燒情況，優先選擇低氮燃燒器的鍋爐改造方式，以此來實現電站節能和環保的目的。

電站鍋爐；低氮燃燒器；改造

從現狀來看，電站配備的旋流燃燒鍋爐，通常選擇分級燃燒器或者控制著火點的方法來控制生成的氮氧化物。在燃燒區域內，應當注意過量空氣造成的還原反應。在技術改造中，可以選擇不同的改造方式。對于電站鍋爐如果可以增加低氮燃燒器，那么就能夠在更大范圍內避免排出過多的氮氧化物，在這種基礎上也確保了鍋爐燃燒的實效性以及節能性。經過改造測試可以得知，選用低氮燃燒器的新型改造方案能夠獲得優良的實效性。在減排和節能方面，電站鍋爐的整體改造也獲得了明顯的節能效果。

1 鍋爐改造的重要意義

1.1 改造的基本原理

鍋爐在燃燒中通常會排出各類的氮氧化物。對此為了加以控制，就有必要設置低氮燃燒器。低氮燃燒的根本原理為：針對鍋爐的一次風，具體劃分為濃風和淡風的兩種類型。在這之中，濃風很接近鍋爐的正中心，而淡風接近鍋爐內側的水冷壁。這是因為，中心火焰具備很高的溫度，然而中心卻具備較低的氧氣濃度，因此就可以生成較小比例的氮氧化物。在較遠的水冷壁處，受到較低溫度的影響，也可以控制氮氧化物的總量。具體在運行控制時，低氮燃燒器的基本目標包含了如下：通過燃燒控制的具體方式，降低鍋爐內部通入氧氣的濃度，并且減少通入的過量空氣；控制于更低的燃燒溫度，杜絕較高的局部溫度；在高溫區域內，盡量防止過多煙氣的停留。具體技術方式包含：分級燃燒的技術、對于燃料的分級控制、再循環的技術、增加低氮燃燒器的方式。從總體上看，低氮燃燒可以獲得35%或更高的脫硝效率。這樣做，就能夠在根本上防控過多氮氧化物的產生，符合減排的指標。

1.2 改造的必要性

從現狀來看，可燃能源中的煤炭仍占有主導的位置。電站鍋爐在日常運行時也較多選用了煤作為必備的燃燒原料。這樣做雖然很便捷，但也排放了較多的鍋爐污染。最近幾年，經濟發展的總體速度正在加快，然而與之相應的污染難題也逐漸突顯。面對新的形勢，電站有必要強化針對鍋爐燃燒的控制，要從根本上限制并且防控污染。在新的標準下，電站鍋爐也應當符合特定的燃燒指標和排放指標，用這種方式來杜絕氮氧化物帶來的污染，確保燃燒過程的潔凈性以及安全性。

在電站改造中，低氮燃燒器屬于一種必要的裝置。低氮燃燒器的基本性能就是限制過量排放的氮氧化物，阻止生成反應。在綜合控制的基礎上，就可以把氮氧化物限制于特定的排放范圍內。然而截至目前，電站鍋爐在初期設計時并沒能真正考慮到氮氧化物帶來的燃燒影響，因而也缺乏了詳盡的論證。由此可見，在后期改造中應當因地制宜，適當加裝不同規格的低氮燃燒器。借助這種方式，就可以把整體污染限制于可以接受的范圍內，達到清潔燃燒的根本目標。

1.3 總體的改造要求

鍋爐燃燒時，濃縮裝置送入充足的煤粉，經過濃縮后再次穿過回流區的中心燃燒區域。在這個階段內，一次風就會通過鍋爐內側的回流區，因此導致煤粉濃度的提高。混合一二次風的過程中，濃度偏高的一氧化碳表現出很高的還原性。在這種氣氛下，煤粉充分燃燒，因此也延長了停留在還原階段內的煤粉總量。通過這種改造，就能夠在總體上控制氮氧化物，從而達到節能以及環保的根本目標。從鍋爐內部來看，二次風具體可以分為外部和內部，這種情況下的燃燒是分級別的。在爐膛中心的位置，排放的一氧化氮就可以確保最低的總量。在后墻的部位，燃燒器可以實現配風，這部分燃燒器包含了旋流和直流的二次風。直流二次風可以穿過燃燒中心，減慢衰減和擴散的速度，同時也能夠確保足夠的氣流剛度。旋流風在外層，這一層氣流通常呈現較快的衰減，剛性很弱同時擴散角也相對較大。這種情況下，二次風能夠均勻混合于水冷壁上升的煙氣，爐膛的側壁也不會受到缺氧的影響。

具體改造過程中，相關人員先要調整旋流和直流各自占有的比例。經過調節之后，就能夠在更大范圍內抑制后續的一氧化氮生成。與此同時，爐膛內的煤粉也可以充分燃盡。在設計風噴口時，設計人員最好選擇向下擺動的垂直噴口形狀。這樣做，可以調節中心部位的爐膛火焰，防止超高的爐膛溫度。針對出口的位置，也可以控制實時性的煙氣溫度。

2 具體改造的方式

改造電站鍋爐選用了低氮燃燒器的具體改造方式。針對低氮燃燒器，需要妥善調控貼壁風，加裝縱向和橫向兩類的控制區域。針對一次風以及二次風，都需要加裝額外的射流控制。加入了射流控制之后，就能夠在最大限度內防控側壁結焦的發生。運行的過程中，相關人員尤其應當重點防控燃燒器噴口和水冷壁這兩個位置的結焦。制粉系統在啟動過程中，就會逐漸增強負壓的影響，這種現象可以反映出較差的燃燒工況。對于主要的燃燒區，也應當避免缺氧的狀態。在燃燒器附近，水冷壁通常出現較強的結焦現象，情況嚴重時甚至還會掉焦。因此，針對鍋爐內部的主燃燒區，也有必要實時調控它的燃燒狀況。詳細來看，低氮燃燒器的電站鍋爐改造包含了如下要點。

2.1 確保熱穩定性

確保熱穩定性的具體思路為：合并原有的三層燃燒器，主燃燒區更加集中。低氮燃燒器通常設有集中式的一次風噴口，在這種基礎上選用了熱回流環的燃燒技術。鍋爐自身具備的動力與熱力并不是對稱存在的，因此可以利用這種不對稱的性質，構建環環相扣的熱穩定性。通過這種方式就能夠在鍋爐內部積累充足的熱能，同時也可以延長環渦內部的內回流時間。經過全方位的改造后，需要在根本上確保燃燒流程中的穩定性，保證熱穩定性。

在燃燒碳的全過程中，環渦表現出更高的穩定性，因此能夠在總體上確保充分燃盡所有的原料。低氮燃燒器可以依照各階段的具體燃燒情況，適當減小各個噴口的間隔距離，以此來確保更集中的原料燃燒。在傳統方式中，由于各階段的爐內燃燒缺乏穩定性，通常還需要在燃燒的全過程中投入適量的油來促進燃燒。但是在改進后，鍋爐燃燒會變得更加穩定，因此也杜絕了頻繁滅火的現象，在整體上確保了更安全的鍋爐燃燒。

2.2 妥善調節再熱氣溫

加裝燃燒器進行改造后，低氮燃燒器布置了較低的噴口。從整體上看，噴口大約降低了一米。同時，相關人員也改造了三層的燃燒器結構，集中于最下層的低氮燃燒器。下移標高之后，火焰中心也會相應降低，因而導致出口氣溫的顯著降低。這樣做，就會影響到鍋爐內部的再熱氣溫。在改造的前后，也會相應影響到過熱氣溫。從機組自身來看，鍋爐機組各階段的調整速度都是相對較慢的，因此亟待加快實時性的調整速度。

為確保最適當的出口溫度，針對負荷較低的燃燒階段，需要設置上層的制粉系統。對此，可以適當加裝向上擺動的燃盡風噴口，這樣就可以確保更靈活的溫度調節。向下擺動的過程中，噴口如果不超出10°的擺動角度，那么蒸汽溫度就不會升高超出15℃。與此同時，如果能夠妥善控制擺動角度，那么還可以實時調節再熱蒸汽的整體供給量。通常情況下，最好限制于每小時30立方米的氣流供給總量。等到鍋爐燃燒基本穩定之后，再去進行后續的調節。若效果并不明顯，那么就選擇其他的調節方式。

2.3 控制氧量與飛灰量

改造鍋爐時，需要加入低氮燃燒器的特定裝置。依照生成化合物的基本原理，適當調節鍋爐的飛灰總量。這是由于，鍋爐效率會受到飛灰的影響。從基本的生成原理來看，氮氧化物通常表現出不夠穩定的生成量。若要在根本上降低鍋爐燃燒合成的氮氧化物，則有必要防控局部過熱的出現。同時，還需要適當控制各個燃燒階段的氧濃度和空氣系數。在缺氧狀態下，也要確保正常的鍋爐燃燒。經過低氮的改造，合并了原有的燃燒器，這種情況下就需要選擇低氧燃燒的鍋爐燃燒方式。過剩空氣總量較少的情況下，頂層的燃盡風就會變得很大。

具體在控制低氮燃燒器的氧量時，應當依照如下原理：如果飛灰含有較高的碳，那么應該增大二次風門的角度。這樣做，煤粉就可以充分混入氧氣內部，飛灰的總量也會因此變得更低。如果鍋爐內部的送風量發生了改變，那么應當確保適量的燃燒氧氣總量。燃盡風門需要打開特定的角度，避免威脅到送風時的燃燒安全。內部的調風器可以設置某一固定的角度，葉片設置為70°的最大調節角度。在具體改造時相關人員還應當謹慎考慮全面的要素。經過綜合的考慮才能夠選擇合適的燃燒器類型，這種基礎上進行適當的噴口設計。如果要妥善控制飛灰量與氧氣通入的總量，那么在煙氣出口的位置應當適當調整原先的飛灰總量。通過改造之后，也取消了外側調節風量的鍋爐套筒，針對各層的燃燒器都能夠調節配風量。

3 結論

截至目前，某些電站鍋爐在具體燃燒過程中仍主要選擇含水較高的褐煤作為原料。對于各個煤種，在燃燒時經常缺乏穩定的煤質，因此鍋爐就會排放較多的氮氧化物。改造的目標為：妥善控制電站鍋爐的整體燃燒過程，增設低氮燃燒器來限制氮氧化物的排出量。在具體改造時，應當謹慎考慮全面的要素。經過綜合的考慮，選擇最合適的燃燒器類型，并且進行適當的噴口設計。此外，也不能忽視后期的改造評估。未來的改造實踐中，相關人員還需要不斷總結經驗，以此來確保低氮燃燒改造的順利進行。

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