火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化

程鈺 付春杰

【摘 ?要】目前，我國(guó)的主要發(fā)電類型是火力發(fā)電，其它的發(fā)電方式或是產(chǎn)出效率較為低下，還不足以滿足我國(guó)如此龐大的人口用電所需，或是因?yàn)榭萍歼€不夠完善，不能廣泛應(yīng)用。因此，火力發(fā)電仍然是我國(guó)現(xiàn)階段的主要供電來(lái)源，但是其火力發(fā)電的污染較為嚴(yán)重，必須要引入相應(yīng)的新技術(shù)來(lái)控制污染物的排放，在這種情況下，低氮燃燒改造技術(shù)應(yīng)勢(shì)而生，將低氮燃燒技術(shù)良好的應(yīng)用于火電廠鍋爐發(fā)電進(jìn)程中，加強(qiáng)煙氣凈化系統(tǒng)，可以有效的減少鍋爐的煙氣排放量，降低鍋爐的煙氣污染物的產(chǎn)生量，極大的解決煙氣排放所導(dǎo)致的一系列環(huán)境污染問(wèn)題。為順應(yīng)當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展觀念，同時(shí)還要滿足我國(guó)十幾億人口的用電所需，就要對(duì)低氮燃燒改造技術(shù)的應(yīng)用重視起來(lái)，并相應(yīng)的加大對(duì)該技術(shù)的研究力度。

【關(guān)鍵詞】火電廠;鍋爐;低氮燃燒;改造

火電廠鍋爐低氮燃燒改造工作技術(shù)性強(qiáng)，工藝標(biāo)準(zhǔn)高，專業(yè)要求嚴(yán)格，實(shí)施過(guò)程復(fù)雜。這項(xiàng)工作能夠使鍋爐燃燒工作效率得到明顯提高，并對(duì)氮氧化物排放量進(jìn)行有效控制，提高火電廠日常工作及服務(wù)質(zhì)量。隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，相關(guān)從業(yè)人員要對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量加以保護(hù)，依據(jù)外部情況，升級(jí)改造鍋爐低氮燃燒，使其滿足工藝生產(chǎn)及社會(huì)發(fā)展要求，增強(qiáng)設(shè)備性能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益和環(huán)境效益。

一、低氮燃燒技術(shù)情況

降低NOx排放，能夠?qū)Υ髿馕廴具M(jìn)行有效控制。該過(guò)程中，以低氮燃燒技術(shù)為主，煙氣脫硝技術(shù)為輔。其中，低氮燃燒技術(shù)與NOx生成機(jī)理存在關(guān)聯(lián)性，主要構(gòu)成元素有低氧燃燒、煙氣再循環(huán)等。通過(guò)在縱向位置設(shè)置燃燒器，促進(jìn)氧化還原、主還原、燃盡區(qū)三個(gè)板塊的形成。該過(guò)程中，還能夠依據(jù)各鍋爐情況，在合適的位置歸放燃燒器，便于鍋爐內(nèi)部有機(jī)燃料和配風(fēng)低溫、低氧燃燒，并實(shí)現(xiàn)分區(qū)和分級(jí)，從而對(duì)NOx排放量進(jìn)行有效控制，達(dá)到良好的清潔燃燒效果。

二、NOx治理現(xiàn)狀

根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研發(fā)人員對(duì)NOx的危害、有機(jī)燃料燃燒中NOx的生成機(jī)理以及降NOx技術(shù)的分析與研究結(jié)果顯示，大致可將NOx分成熱力型NOx、燃料型NOx和快速性NOx三種，而我國(guó)火電廠鍋爐燃燒中產(chǎn)生的氮氧化物主要為燃料型NOx，低氮燃燒技術(shù)也主要針對(duì)燃料型NOx。其中熱力型NOx是鍋爐內(nèi)局部高溫生成的，生成量對(duì)空氣污染基本不構(gòu)成威脅。降NOx方法可分為三個(gè)階段，即燃燒前、燃燒中以及燃燒后的處理，其中燃燒前脫氮是通過(guò)在燃料燃燒前將燃料轉(zhuǎn)化成低氮燃料，但這種技術(shù)相對(duì)復(fù)雜，難度較大且成本較高，在我國(guó)也僅處于研究階段，暫未投入使用。燃燒中脫氮主要通過(guò)抑制NOx的生成，再將已生成的NOx進(jìn)行還原。燃燒后脫氮即煙氣脫硝，主要通過(guò)選擇性催化還原法、非催化還原法、液體吸收法等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)降低NOx生成量。

三、火電廠鍋爐低氮燃燒改造和運(yùn)行優(yōu)化

（一）火電廠鍋爐燃燒改造

因?yàn)槟壳暗闹袊?guó)科技技術(shù)還達(dá)不到全面實(shí)現(xiàn)核能產(chǎn)電，因此，其主要發(fā)電方式仍為火電廠發(fā)電，為解決其環(huán)境污染問(wèn)題，就要相應(yīng)的應(yīng)用低氮化燃燒改造技術(shù)，使得我國(guó)的火電廠發(fā)電走向可持續(xù)發(fā)展道路。其低氮化燃燒改造的核心就是使用垂直煤粉超濃縮分離技術(shù)，將傳統(tǒng)的燃燒方式升級(jí)為立體分級(jí)燃燒方式。在實(shí)際的改造過(guò)程當(dāng)中，需要將原鍋爐中的燃燒器進(jìn)行重新改進(jìn)和布局，全面更換為低氮燃燒器、其煤粉噴嘴換為上下擺動(dòng)結(jié)構(gòu)并且垂直濃淡分離，以達(dá)到提升低氮燃燒器的燒熱效率和降低NOx排放量的目的。

（二）改造主燃燒器

改造主燃燒器時(shí)，不僅要對(duì)主燃燒器標(biāo)準(zhǔn)高度進(jìn)行確定，還要對(duì)四角風(fēng)箱風(fēng)道、擋板風(fēng)箱位置等進(jìn)行科學(xué)固定，更換全部噴口、彎頭等，確保各構(gòu)件均達(dá)標(biāo)。最末層以軸向插入式等離子燃燒器形式存在，還要對(duì)余下一次風(fēng)燃燒器進(jìn)行更改，使其轉(zhuǎn)換為濃淡燃燒器，上濃下淡或者下濃上淡。該背景下，高耐熱性鋼板應(yīng)用效果好，使四層中間二次風(fēng)噴口保持封閉狀態(tài)，同時(shí)更換余下的二次風(fēng)噴口，還要兼顧貼壁風(fēng)噴口布置，確保水冷壁表層有足夠的氧氣，避免因氧氣量不達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)圍爐內(nèi)溫度過(guò)高、結(jié)渣，發(fā)生腐蝕。除此之外，還需要更改其余二次風(fēng)噴口，使射流方向發(fā)生改變，對(duì)一次風(fēng)射流方向和其他二次風(fēng)噴口角度進(jìn)行重點(diǎn)控制，使前期缺氧燃料和后期供給氧得到充分混合。

（三）OFA噴口及二次風(fēng)的設(shè)計(jì)

OFA是鍋爐燃燒系統(tǒng)中的一種噴口，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用。在低氮燃燒技術(shù)改造過(guò)程中，應(yīng)尤其注意在原有的鍋爐燃燒系統(tǒng)對(duì)于OFA噴口的二次使用問(wèn)題。在主燃燒器上層的OFA噴口結(jié)合反切作用，用以控制爐內(nèi)的氣流，減少爐內(nèi)出煙口的溫度偏差。若原OFA噴口的尺寸、設(shè)置風(fēng)速及風(fēng)量不符合低氮燃燒技術(shù)的改造方案，可利用耐熱板進(jìn)行封堵或重新改造。在燃燒器上端布置比例較大的二次風(fēng)，可將爐內(nèi)燃燒的空氣進(jìn)行分級(jí)燃燒，有效控制氮氧化物的生成，保證鍋爐燃燒效率。另外，還應(yīng)將燃盡區(qū)的位置與大小考慮到二次風(fēng)設(shè)計(jì)中。

（四）火電廠低氮燃燒運(yùn)行優(yōu)化

將傳統(tǒng)燃燒器全面更換為低氮燃燒器后，需要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化工作，以達(dá)到全面保證鍋爐的正常運(yùn)作的同時(shí)提高其電能產(chǎn)出率，擴(kuò)大火電廠經(jīng)濟(jì)效益，減小汽溫和兩側(cè)煙溫的差距。目前我國(guó)所常用到的火電廠低氮燃燒運(yùn)行優(yōu)化措施大致分為調(diào)整擺角和燃盡風(fēng);調(diào)整一次風(fēng)、二次風(fēng)、周界風(fēng);調(diào)整爐膛氧量;調(diào)整煤粉細(xì)度等幾個(gè)措施。

調(diào)整擺角和燃盡風(fēng)指在汽溫較高的情況下，適當(dāng)?shù)慕档腿紵鲾[角并且優(yōu)化燃盡風(fēng)，可以有效降低含氧量，使得燃燒率升高，明顯提高其低氮燃燒效率。

調(diào)整一次風(fēng)、二次風(fēng)、周界風(fēng)指通過(guò)實(shí)現(xiàn)二次風(fēng)組合適當(dāng)將主燃燒區(qū)實(shí)現(xiàn)低氧燃燒，結(jié)合相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行實(shí)際調(diào)整，通過(guò)實(shí)際的低氮燃燒情況進(jìn)行更加適合的調(diào)整二次風(fēng)工作。

調(diào)整爐膛氧量指將爐膛中的含氧量控制在2.5%-3.5%之間，可以明顯達(dá)到降低NOx排放量的作用，還可以保證鍋爐長(zhǎng)期維持一個(gè)良好的工作效率狀況。

調(diào)整煤粉細(xì)度則是對(duì)分離器轉(zhuǎn)速或擋板間隙進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，通過(guò)提高轉(zhuǎn)速或減小間隙來(lái)降低煤粉細(xì)度，最終使得進(jìn)入爐膛的煤粉燃燒更加充分，有效的防止了因低氧環(huán)境而導(dǎo)致溫度超標(biāo)或受熱面超溫的情況發(fā)生，從而提高其鍋爐運(yùn)作的安全穩(wěn)定性。

（五）爐內(nèi)含氧量的優(yōu)化調(diào)整

為降低爐內(nèi)氧氣的增加而增加氮氧化物的排放量，可以通過(guò)控制爐內(nèi)含氧量來(lái)降低氮氧化物的生成量，正常情況下，爐內(nèi)含氧量越低，氮氧化物排放量也就越少，但經(jīng)試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)含氧量過(guò)低會(huì)造成飛灰可燃物增高，燃盡廢物中的含碳量過(guò)高等狀況的發(fā)生，所以經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐總結(jié)出，最好將爐內(nèi)氧量控制在低于3.5%高于2.5%，在降低火電廠氮氧化物排放量的同時(shí)確保鍋爐燃燒的工作效率。

四、結(jié)論

綜上所述，為了提高火電廠鍋爐廠的鍋爐運(yùn)行效率，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低氮燃燒，有必要對(duì)火電廠鍋爐低氮燃燒改造進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)火電廠鍋爐的燃燒系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，找出有效的運(yùn)行方式，降低NOx的排放量，使排放量達(dá)標(biāo)是實(shí)現(xiàn)火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整的重中之重?；痣姀S鍋爐的燃燒調(diào)整、優(yōu)化運(yùn)行也是節(jié)能降耗、提高能源利用率的有效措施，同時(shí)降低發(fā)電成本，對(duì)電力企業(yè)參與電力市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)具有十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡朝日，潘宇.火電低氮燃燒器的改造與應(yīng)用思考[J].低碳世界，2015，26（2）：36-37.

[2]斯琴高娃，蔡文龍.火電廠低氮燃燒改造技術(shù)的應(yīng)用[J].環(huán)境與發(fā)展，2014，17（12）：81-83.

[3]唐利興.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化分析[J].機(jī)械管理開發(fā)，2018，5（1）：63-64.

[4]王春橋，盧宏源，王懷欣.火電廠貧煤鍋爐低氮燃燒器改造淺談[J].低碳世界，2017，22（2）：79-80.

（作者單位：華能海南發(fā)電股份有限公司東方電廠）