淺析低氮燃燒器改造對鍋爐運行影響

朱明磊

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

近年來，隨著社會的發展環境污染問題也越來越嚴重，惡劣的環境給我們的生活和健康都帶來了一定程度的影響，在環保政策的要求下，工業如今也非常重視節能減排措施，低氮燃燒技術在環保上具有一定優勢，但同時對鍋爐的運行也存在著一定的影響，所以要在新環保技術產生問題的處理措施上，進一步加強，為工業可持續發展爭取最大的環保機制。本文對有關內容展開了論述，具有一定的現實意義。

1 低氮燃燒技術

低氮燃燒技術是指利用改變燃燒條件降低氮的排放量，在降低氮排放的各種技術中，低氮燃燒技術應用比較廣泛并且有效，低氮燃燒技術根據不同的條件可分為三類。

1．1 空氣分級燃燒

它是指將空氣在燃燒時分不同階段送入，分別達到缺氧和富氧狀態。缺氧燃燒階段由于氧氣的濃度比較低，降低了燃燒的速度和燃燒的溫度，因為不能進行完全燃燒，所以部分中間產物NH3會將已經生成的產物NOX還原成N2，隨后加大空氣的投入量進行富氧燃燒，此階段的燃燒溫度已經降低生成的NOX量有限，即使空氣量較多仍不能進行完全反應，從而降低氮的排放量。

1．2 燃料分級燃燒

它是指將燃料分成幾股燃料流，然后讓這幾股燃料流在燃燒區進行燃燒反應，把75%～80%的燃料流放入到主要燃燒區加富氧進行富氧燃燒，將剩下的20%～25%送到再燃燒區進行缺氧燃燒，這樣在主燃燒區的產物NOX被還原，從而減少氮的排放量。

1．3 煙氣再循環燃燒

它是指在鍋爐空氣預熱器里抽出一小部分低溫煙氣，將其直接送到爐膛內，或者是將其滲入二次風當中，由于低溫煙氣直接進入爐內或者與空氣一起送入爐內，使得煙氣吸收了熱量降低燃燒溫度，稀釋了氧氣降低氧氣濃度，從而使得NOX的生成受到了條件的抑制，降低了氮的排放量。

2 低氮燃燒器

燃燒器作為燃油鍋爐和燃氣鍋爐等工業鍋爐的重要設備設施，是保證燃料能夠穩定燃燒和持續燃燒的必備條件，根據降低氮排放的不同方式主要分為以下幾類：

2．1 濃淡型燃燒器

將一部分燃料給予過高濃度氧氣進行燃燒，另外一部分燃料給予過淡濃度氧氣進行燃燒，但總的來說，氧氣的總量是不變的，由于兩部分燃料在燃燒時反應條件都不是最合適的所以產物NOX的產出量都很低，也叫非化學當量燃燒。

2．2 分割火焰型燃燒器

將一個火焰劃分成幾個小火焰，小火焰散熱快、溫度較低，使反應條件“熱”降低，并且小火焰可以縮短氧氣和氮氣在火焰中的反應時間，對生成NOX過程起到了抑制作用，從而降低氮排放。

2．3 低NOX預燃室燃燒器

預燃室作為一種新開發的低NOX燃燒技術具有很高的效率，預燃室由一次風或者是二次風與燃料噴射系統共同組成的，燃料和風速混合在預燃室的第一次燃燒區進行富燃料缺氧燃燒，只有部分燃料進行了反應，其余燃料在缺氧及低溫中導致析出揮發，降低了NOX的產出量。

2．4 自身再循環燃燒器

利用助燃空氣壓頭，將一部分燃燒后的煙氣吸回，然后再重新進入燃燒器中和空氣混合進行燃燒，也可以讓煙氣直接在燃燒器里進行再循環不斷的燃燒，由于煙氣的再循環過程降低了燃燒溫度，從而抑制了NOX的生成。

3 低氮燃燒器改造對鍋爐運行的影響

3．1 對鍋爐燃燒時穩定性的影響

鍋爐的穩定性體現在很多方面，其最主要的體現是在溫度的穩定性以及運行過程中的穩定性上。低氮燃燒器在一次噴風口安裝了濃淡組合，而且利用熱回流接力燃燒等技術，在燃燒過程中根據熱力與動力不對稱原理進行設計，使噴口處的煤粉熱解后與鍋爐中心的復合射流大渦進行連接，熱回流碳粉的較高回流率使停留時間變長，提高了環渦內燃燒產生的熱量，使溫度升高影響著鍋爐的運行；低氮燃燒器的改造又在氧氣的數量上進行了控制，在燃燒過程中氧氣需要滿足燃燒條件產生熱量，由于氧氣數受到了控制熱量的產生也就受到了抑制，從而影響著鍋爐的運行。兩種運行方式的存在影響著鍋爐的穩定運行。

3．2 對鍋爐內部環境的影響

低氮燃燒器中的噴口比傳統的燃燒器噴口低，因此，在鍋爐的運行中燃料產生的火焰也發生了移動，燃燒面積降低會使得鍋爐對溫度的接收程度變低，而在鍋爐的內部產生的壓力狀況也發生了變化，會有一些不協調的現象產生。低氮燃燒器設備的改造使鍋爐的部件也發生了改變，在運行上會發生不同狀況。低氮燃燒器改造使鍋爐內部的氧氣量受到了一定的影響，通常會有一個最大運行氧量和一個最小運行氧量，機組的調節跟不上氧量調節而出現負氧情況，氧氣量的變化與燃燒程度的變化使鍋爐內外部壓力發生變化，改變了內部環境，并且使相關人員需要對氧氣量進行調整控制，直接造成送風工作不能及時進行調節，鍋爐不能持續穩定的運行。

3．3 對鍋爐再熱氣溫的影響

低氮燃燒器在改造后將原來的燃燒器標高下移，對再熱氣溫有很大的影響，低氮燃燒器改造后由于機組協調緩慢的問題使得鍋爐壓力的跟蹤調整跟不上，容易造成超調現象，使得氣溫的變化幅度變大。改造后的低氮燃燒器有一組擺動火嘴，當噴口向上擺動蒸汽的溫度會上升，噴口向下擺動時溫度會下降，但因為只有一組搖動火嘴所以溫度調整速度受限，調整的時間過長加上風次配比受到低氧條件的控制，影響著機器的效率。為了保證鍋爐出口溫度在規定范圍內低負荷，需要使用制粉系統，這樣又會導致受熱面溫度過高，很難再不超溫的情況下還能保持出口溫度保持在規定范圍內，影響著鍋爐的運行。

3．4 對爐膛結焦的影響

低氮燃燒器改造時雖然采用了橫向雙區、縱向分級、加貼壁風和逆風向射流等措施用，來控制受熱面結焦情況，但在運行中，仍能發現燃燒器噴口處有結焦情況，特別是當啟動下層制粉系統時，會明顯影響著負壓，說明燃燒區狀況不好，而由于主燃燒區進行缺氧燃燒，所以燃燒器附近會出現冷壁結焦現象，并且比較嚴重，而且在降負荷中還會經常出現掉焦現象，惡化主燃燒區影響鍋爐的運行。

3．5 對爐渣可燃物的影響

改造后的低氮燃燒器，雖然NO的產量得到了降低，但是同時也增加了爐渣可燃物。低氮燃燒技術采用的是低溫低氧條件燃燒，燃燒區溫度下降越多煤粉著火受到的影響就越大，燃燒區的氧氣量降低煤粉燃盡能力就下降，燃燒的過程也就被加長了使得爐渣可燃物變多，而且有些燃燒器的噴口面積改變使得混合風推遲不利于鍋爐內煤粉的氣流流動使燃燒不完全增加爐渣可燃物，爐渣可燃物的不斷增加會使鍋爐的尾部磨損增加，從而減少鍋爐的使用壽命。

3．6 對鍋爐運行效率的影響

根據氮氧化合物反應生成原理，主要影響氮氧化合物生成數量的因素，有燃燒火焰溫度、氧濃度、燃燒時間，而降低氮氧化合物生成數量的有效途徑是降低燃燒火焰溫度和降低氧濃度。低氮燃燒器改造后燃燒器下移采用低氧燃燒，只靠最頂層的燃盡風燃燒，燃盡效果不明顯影響效率。而降低火焰燃燒溫度使得不完全燃燒程度增加，也影響鍋爐運行效率。

4 低氮燃燒器改造要求

4．1 低氮燃燒器改造燃燒優化工作

燃燒器運行方式方面：燃燒器改造應該增加爐膛的額定溫度，加強煤粉燃燒時的穩定性，減小燃燒器突然動力不足導致停運狀況發生的可能性；鍋爐分配風方式方面：鍋爐分配二次風應該滿足基本需求，在合理的范圍內達到富燃狀態，在鍋爐的運行過程中還要保證風壓正常穩定；鍋爐運行氧量方面：在運行過程中，將氧氣量控制在合理范圍內，根據實際情況確定最佳含氧量；煤粉精細程度方面：根據不同燃燒分級技術，需要格外注意煤粉的精細程度，嚴格按照規定要求進行，以達到最大優化。

4．2 低氮燃燒器改造后煤爐摻配管理

加強煤爐摻配管理是將煤熔點作為考核的目標，禁止將不同種煤進行混合，根據提供煤的供應商所提供的的煤常數進行管理，如出現異常問題，要及時地上報進行分析，并制定措施，燃煤摻配管理要時刻關注產生煤灰、燃盡時間等時間點。

4．3 燃燒器改造后安裝工作

改造后的低氮燃燒器，在安裝方面，要注意嚴格按照要求進行角度校準，對偏轉角進行校對核驗，對燃燒器擺動角進行測量，確保噴口尺寸、燃燒器直徑等符合設計要求。

5 結語

綜上所述，鍋爐在運行時，其性能優劣會受到很多因素的影響，雖然低氮燃燒器改造對鍋爐的運行有著一定的影響，但為使能源清潔，并且減少對環境的危害，還是需要結合實際優化對低氮燃燒器的改造，也可以通過規范低氮燃燒器改造過程，提高鍋爐運行可靠性，從整體上提高低氮燃燒器改造技術。