300MW機組鍋爐的低氮燃燒技術改造與性能分析

郎艷偉

摘 要：氮氧化物是燃煤電站排放的主要污染物之一，在國家頒布的全新的火電廠大氣污染排放標準中，對火電廠機組的氮氧化物排放標準作出了全新規(guī)定，并對新舊機組的氮氧化物最高允許排放濃度都作出了詳細的規(guī)定。為了切實保護環(huán)境，降低火電廠運行成本，就需要我們對機組鍋爐的低氮燃燒技術做出有效改造，以提高鍋爐的運行性能。本文主要結合實際情況，分析了300MW機組鍋爐低氮燃燒技術改造方案，然后評價了改造之后的性能，希望通過本次研究對同行有所幫助。

關鍵詞：300MW機組鍋爐 低氮燃燒技術 改造方案 性能測定

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-01

進入新世紀以來，隨著我們對燃料燃燒熱能的研究不斷深入，并發(fā)明了一些燃燒設備，使得依靠燃料產生的巨大能量能夠轉化成多種能量來源。但現(xiàn)階段燃料熱能利用效率依然較低，燃煤燃燒過程中會產生大量有毒有害氣體，對大氣環(huán)境造成一定污染，為了解決這個問題，燃煤在燃燒之后，就需要經過必要的脫硫脫硝處理，有效降低污染物。隨著我國化工水平不斷提升，社會大眾環(huán)保意識不斷增強，國家環(huán)境保護部門連續(xù)出臺了多項政策，對發(fā)電廠的燃燒技術提出了更高要求，所以，改善低氮燃燒技術不僅可以最大限度的發(fā)揮燃料的燃燒效率和燃燒能量，而且還能夠起到明顯的環(huán)保作用。在300MW機組鍋爐運行過程中，加強低氮燃燒技術改造勢在必行。

一、鍋爐機組氮氧化物生成過程

在火力電廠發(fā)電過程中，鍋爐機組中氮氧化物生成量與燃料的燃燒方式，特別是燃料的燃燒溫度以及過量空氣系數(shù)等燃燒條件有著密切聯(lián)系。連續(xù)多年研究結果證明，燃料在燃燒過程中，氮氧化物的生成途徑主要分為三種，分別為熱力型、燃料型和快速型。首先，熱力型氮氧化物是在高溫高壓環(huán)境下，空氣中的氧氣和氮氣發(fā)生化學反應，生成一氧化氮和二氧化氮，并隨著鍋爐內溫度的升高，氮氧化物的生成速度按照指數(shù)規(guī)律增加。當鍋爐內的溫度低于1000℃，是氮氧化物的生成量最少，而超過1400℃氮氧化物的生成量加速增加，當溫度超過1600℃后，熱力型氮氧化物生成量占總氮氧化物生成量的30%左右；其次，燃料型氮氧化物是燃料中所含有的氮化合物，在燃燒過程中進一步發(fā)生分解，產生一氧化氮和其它產物，在此過程中氮氧化物發(fā)生還原反應，生成氮氣。在煤粉鍋爐中，燃料型氮氧化物占到總氮氧化物量的75%以上。這部分氮氧化物的含量和還原與整個反應過程中、氧氣濃度、燃燒溫度和煤炭質量有著密切聯(lián)系；最后，快速型氮氧化物主要是通過燃料燃燒產生的碳氫原子和氮氣分子相互撞擊，生成了碳氫氮類化合物，這類化合物在經過進一步氧化反應所生成氮氧化合物，整個反應過程十分迅速。該種氮氧化物的生成量與鍋爐爐膛內壓力0.5次方成正比，與溫度聯(lián)系不大。

二、300MW機組鍋爐改造前運行現(xiàn)狀

1.300MW機組鍋爐改造前運行現(xiàn)狀

本次研究所選擇的300MW機組鍋爐，為東方鍋爐股份有限公司生產的亞臨界中間再熱燃煤自然循環(huán)汽包鍋爐，燃燒設備為四角布置，切向燃燒，百葉窗式水平濃淡直流擺動式燃燒器，空氣風粉氣流，從爐膛四角噴射入爐膛內，噴口中心線與爐膛中心兩個假想切圓相切，假想切圓直徑分別為φ772和φ681。燃燒器上一次風噴口，中心距離屏底為17.36m，下一次風噴口中心到冷灰斗拐點距離為4.306m，每個燃燒器共存在15層噴口，包含了六層，一次噴口，一層頂二次風噴口，八層二次風噴口。燃燒器蜂箱被阻隔成了15層的風室，各個風室的方向分別對應了一次風噴口、二次風噴口和頂二次風噴口的位置，各個風室的通風量主要通過風門擋板的開張程度來實現(xiàn)有效調控。在鍋爐機組運行過程中，通風量要堅持均等分配原則。

2.300MW機組鍋爐燃煤和氮氧化物排放情況

該機組運行燃燒過程中所選擇的燃煤為太原西山培灰份29%，揮發(fā)份33%，發(fā)熱量為1.2MJ/kg，該燃煤灰分較高，揮發(fā)份和發(fā)熱量較低。在現(xiàn)有煤質不能得到改善的情況下，脫硝裝置入口處氮氧化物濃度約為680～890mg/m3，通過脫硝裝置進行脫硝處理后，鍋爐所排放出來的煙氣氮氧化物濃度能夠控制在130mg/m3，脫硝率維持在85%。

3.300MW機組鍋爐低氮燃燒技術改造方案

本次低氮燃燒技術改造方案主要選擇了立體分級低氮燃燒技術，它是利用先進的技術，通過改造之后，實現(xiàn)燃煤濃淡燃燒，鍋爐內部燃燒和空氣分級燃燒的有效融合，燃煤在整個燃燒過程中，能夠顯著降低氮氧化物的生成和排放量，與此同時，在鍋爐內燃料的燃燒性能更加穩(wěn)定，能夠有效避免水冷壁出現(xiàn)腐蝕以及在高溫高壓條件下鍋爐底部出現(xiàn)結焦現(xiàn)象。該項技術改造方案，能夠提高鍋爐對燃煤的適用性，能夠更好的適應低質量燃煤的燃燒要求。通過進一步更換相應燃燒器，選擇特殊的燃燒器設備，能夠進一步提高燃燒效果。該項改造方案在能夠得到較好的燃燒效果的同時，對節(jié)能減排有著很大幫助。整個低氮燃燒技術改造方案分為以下幾個方面：

首先，技術改造方案中選用了分級送入的高位分離燃盡送風系統(tǒng)，在距離主燃燒器上排一次風約6.3m的位置安裝了三層共12只的頂二次風噴口，技術改造中所布置的頂二次風噴口全部基于層角布置原則，需要保障新布置的頂二次風噴口，送入風通風量不能低于總二次風通風量的1/4；其次，還要確保該噴口能夠在水平方向和垂直方向自由擺動，有效調整鍋爐內的氣溫偏差；再次，在技術改造過程中，還對燃盡風系統(tǒng)進行了改造，鍋爐四周的燃盡風系統(tǒng)選擇了各自獨立的風箱進行風量輸送，低氮燃盡風直接由二次封箱提供。整個燃燒器四個燃燒角的進風噴口組件的供風風道均由其相對應的兩側墻二次風箱入口熱二次風道分別引出。配置兩個垂直的風道，分別向四個燃盡風水平風道內送風；第四，在改造過程中，還需要配置主燃燒進風調節(jié)擋板，利用該擋板對各個風道進行風量分配和流量控制。要維持主燃燒器原有位置不變，不能更換噴頭管屏；最后，要重新對1、2、3次風燃燒器進行重新設計和布置。將一層風燃燒器下層油然噴口與二層風噴口組合成二次風噴口，從而對整個機組的送風方式作出優(yōu)化調整，保證鍋爐內部燃料還原時間，充足通風量，實現(xiàn)燃煤充分燃燒，降低氮氧化物濃度，降低排放數(shù)量。在改造過程中，還應該確保1、2、3次風呈現(xiàn)原有的垂直擺動形式，有效調節(jié)再熱氣溫。

4.低氮燃燒技術改造方案優(yōu)勢