燃煤鍋爐低氮燃燒優化策略分析

來鈺

摘 要：鍋爐作為我國工業生產中的重要能量轉換設備，其在運行的過程中需要消耗大量的燃料，而隨著燃料的加熱燃燒會釋放大量的氮氧化物，如果不經過處理直接排放到外界，將會對環境造成嚴重的污染。在節能環保的政策號召下，燃煤鍋爐逐漸向低氮燃燒技術發展，采用各種先進的技術降低氮氧化物的生成或者排放，不僅能夠提高鍋爐的燃燒效率，同時還能夠降低對環境的污染。文章對燃煤鍋爐低氮燃燒優化策略進行了分析，為推進我國燃煤鍋爐低氮燃燒技術提供一定的參考。

關鍵詞：燃煤鍋爐；低氮燃燒；氮氧化物；優化策略

氮氧化物是燃煤在鍋爐運行燃燒過程中生成的必然產物，如果不進行優化改造，我國氮氧化物的排放量在國際排名將會居首，對人們的生存環境以及身體健康產生巨大的影響。所以在燃煤鍋爐低氮燃燒技術方面進行優化調整，從技術方面來講，控制氮氧化物的生成和排放主要有兩種，一種是進行爐內脫氮，降低氮氧化物的生產，另一種是尾部脫氮，通過還原或者吸附氮氧化物，降低對環境的污染。從目前的效果來看，爐內脫氮技術由于結構簡單，清潔有效，所以應用范圍較廣。隨著科學技術的發展，將會研發設計出更加高效經濟的低氮燃燒技術，為促進工業的可持續性發展創造有利的條件。

1 煤燃燒過程中氮氧化物形成機理及控制現狀

一般情況下，在燃煤燃燒的過程中，生成的氮氧化物主要有一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮，其中的一氧化氮和二氧化氮含量較多，所以低氮燃燒主要是控制這兩種物質的生成。氮氧化物的生成主要有三種方式，第一，空氣中氮氣在高溫情況下氧化生成氮氧化物。第二，燃料中氮化合物在燃燒過程中熱分解，氧化后生成氮氧化物。第三，空氣中氮與燃料中碳氫離子團反應生成氮氧化物。氮氧化物的生成與爐內溫度、燃料停留時間、燃料中氮的含量等各項因素都有很大的關系，所以通過對氮氧化物生成機理以及現有脫氮技術的分析，對于燃煤鍋爐低氮燃燒技術優化策略的制定和調整具有一定的意義。

現階段，對于燃煤鍋爐的低氮燃燒技術，主要有三種處理方式，燃燒前、燃燒中和燃燒后。燃燒前主要是對燃料進行脫氮處理，但是成本較高、難度大、工藝比較復雜，所以目前應用的較少。燃燒中脫氮主要是通過降低反應區氧濃度、縮短燃料在高溫區停留時間以及控制燃燒區溫度等方式來降低氮氧化物的生成量，加之各種技術的優化設計，燃燒中脫氮目前使用的范圍較廣。燃燒后脫氮主要是將生成的氮氧化物通過還原或者吸附的方式降低排放量，其運行技術相對比較成熟。

2 低氮燃燒技術改造技術方案的選擇

2.1 空氣分級燃燒技術

空氣分級燃燒技術主要是通過控制氧氣的供給量來降低氮氧化物的生成，所以在燃煤燃燒的過程中分級向爐內送風，保證燃煤的分級分段燃燒，能夠有效控制氮氧化物的生成量。通過送風量的控制可將爐內分為三個燃燒區域，熱解區、貧氧區和富氧區，氧氣的濃度是產生NOx的重要因素，如果能夠將過量空氣系數控制在1以下，使燃燒區達到貧氧狀態，就能夠有效抑制氮氧化物的生成，同時還會推遲燃燒過程。為了保證燃煤燃燒，在燃燒器的上方燃盡風噴口處會送入一定的風量，與煙氣混合后完成燃燒過程。爐內空氣分級燃燒主要包括軸向空氣分級燃燒和徑向空氣分級燃燒，都是通過調整送風量和送風方式來控制氧氣供給量。但是空氣分級燃燒技術還存在一個問題，在二段空氣量過大的情況下，會增加燃煤不完全燃燒的幾率，從而造成熱能損失，所以這種燃燒技術只有在對鍋爐的運行產能要求不高時才可使用。

2.2 優化調整擺角與燃盡風

通過對擺角和燃盡風的優化調整，也能夠加強對低氮燃燒的控制。對燃盡風的擺角進行適當的上傾調整，可以避免爐膛兩側的汽溫差。在鍋爐的總風量比較穩定的情況下，結合具體運行狀態，在負荷有所提升時，可以適當的增大燃盡風的擋板，可有效降低氮氧化物的排放，同時還可減少飛灰。在對燃盡風進行控制，降低含氧量，就能夠確保鍋爐爐膛處于低氧燃燒狀態，就會加強上部燃燒，火焰中心上移，氮氧化物生成量顯著下降，從而提高鍋爐低氮燃燒效率。

2.3 燃燒器型式選擇

燃燒器的型式對低氮燃燒具有一定的影響，所以型式的選擇也是關鍵問題，主要有水平濃淡燃燒器和垂直濃淡燃燒器兩種，其應用范圍較廣。水平濃淡燃燒器能夠在水平方向對煤粉的濃淡進行分離，其射流可更加接近于爐膛中心，能夠形成較強的徑向卷吸；垂直燃燒器在燃燒組的布置方面可形成濃淡濃的形式，從而在燃燒區中可達到濃淡分離的目的。在對燃燒器進行優化調整改造中，主要以濃淡分離為主要目的，并且可以合理控制分離的比例以及各項參數，從而確保低氮燃燒的效率。

2.4 OFA噴口選擇及SOFA風設計

原有鍋爐燃燒系統中常常設OFA噴口，能否利舊使用，也是低氮燃燒技術改造過程中要重點考慮的一個問題。主燃燒器上層OFA噴口常常反切，以削弱爐膛氣流旋轉，減小爐膛出口煙溫偏差，效果較為明顯。如果原OFA噴口尺寸、以及風速風量設置與低氮燃燒技術改造方案有沖突的情況，也可將其封堵或改造利用。將較大比例的二次風（SOFA）布置在燃燒器的上部，實現鍋爐燃燒的空氣分級燃燒技術，不僅能夠控制氮氧化物的生成，同時能夠保證爐膛燃盡區進一步完全燃燒從而降低飛灰可燃物的含量，維持鍋爐燃燒效率。SOFA風的存在，在于形成燃盡區。燃盡區的位置與大小是SOFA風設計的關鍵，SOFA噴口標高、SOFA噴口組數與層數、SOFA風風速與風量比例等參數應該被設計者重點考慮。

2.5 優化調整煤粉細度

煤粉細度對低氮燃燒效率會產生一定的影響，尤其是在空氣分級燃燒的情況下更為明顯。在一次風噴口安裝鈍體穩燃器時，當分級程度較高時，細煤粉的NO排放濃度要高于粗煤粉。煤粉細度越大，其中的揮發分也更容易釋出，煤粉顆粒與空氣接觸的表面積增加，從而提前著火且溫度升高，燃盡率也較高。在煤粉顆粒表面積增加的情況下，焦炭對NO的還原能力增強，從而細煤粉可以有效降低氮氧化物的排放濃度，所以可結合空氣分級燃燒狀況，加強對煤粉細度的調整控制。

3 結束語

燃煤鍋爐低氮燃燒技術是適應我國工業生產發展的必然趨勢，低氮燃燒有利于控制鍋爐運行燃燒過程中氮氧化物的生成量，減少對環境的污染。在低氮燃燒技術中，目前主要以爐內脫氮技術為主，通過與尾部脫氮技術的結合，能夠提高脫氮效果。低氮燃燒技術的設計研發，需要從可靠性、穩定性以及經濟性等方面綜合考慮，確保各項要素都能夠得到有效保證。

參考文獻

[1]王承亮，譚厚章.燃煤鍋爐低氮燃燒穩定性試驗研究[J].潔凈煤技術，2016.

[2]黃敏，吳曉烽，王楚玉.淺析低氮燃燒技術在燃煤鍋爐中的應用[J].能源與環境，2014.

[3]郝振.雙尺度低氮燃燒技術在600MW燃煤鍋爐上的應用[J].中國電業（技術版），2014.