煤粉鍋爐低NOx燃燒調(diào)整

【摘要】環(huán)境是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，當(dāng)今工業(yè)快速發(fā)展的同時工業(yè)的排放物給環(huán)境造成了很大的壓力，國家越來越重視對環(huán)境的治理，發(fā)電廠也在積極的參與到治理環(huán)境污染的大軍當(dāng)中。發(fā)電廠主要能耗就是燃燒煤，在燃料的燃燒過程中，氮氧化物的生成是燃燒反應(yīng)的一部份，燃燒生成的氮氧化物主要是NO和NO2，統(tǒng)稱為NOx。大氣中的NOx溶于水后會生成為硝酸雨，酸雨會對環(huán)境帶來很大的危害，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此低氮燃燒技術(shù)是在電廠應(yīng)用最廣泛、經(jīng)濟實用的措施。

【關(guān)鍵詞】低NOx；分段燃燒；缺氧燃燒；調(diào)整

一、氮氧化物的生成類型

NOx的生成類型可分為燃料型、溫度型和快速型三種。

1、燃料型的氮氧化物主要受溫度，過氧量和燃料含氧量的影響，一般在10%-45%范圍內(nèi)，隨著氮的轉(zhuǎn)化率不斷提高，但這主要發(fā)生在700—800℃溫度區(qū)間的。因為燃料NOx既可通過均相反應(yīng)又可通過多相反應(yīng)生成，燃燒溫度很高時，70%-90%N以揮發(fā)分的形式析出，，浙江大學(xué)研究表明，850℃時，70%的NOx來自焦炭燃燒，1150℃時，這一比例降至50%，由于多相反應(yīng)的限速機理，在高溫時可能向擴散控制方向轉(zhuǎn)變，故溫度高于900℃后，燃料N只有少量升高，揮發(fā)分N向NOx化物轉(zhuǎn)化對當(dāng)?shù)匮鯘舛群苊舾?，通過造成區(qū)域性還原性氣體可以有效地抑制NOx得生成量。

2、溫度型NOx化物在鍋爐燃燒水平下，NOx生成反應(yīng)還沒達到化學(xué)平衡，因而NO的生成量將隨煙氣在高溫區(qū)域內(nèi)的停留時間增長而增大，另外氧的濃度直接影響NOx的生成量，氧濃度水平越高，NOx生成量就越多。當(dāng)溫度高于1500℃時，NOx生成變得十分明顯，隨溫度的升高反應(yīng)速度按阿羅尼烏斯定律按指數(shù)規(guī)律迅速增加?？梢姕囟染哂校▽Ox的生成）決定性的影響。因此也就是把這種在高溫下空氣中的NOx稱之為溫度型NOx。

3、快速型NOx化物是煤通常的燃燒溫度下產(chǎn)生燃料型和熱力型NOx為主，對不含N的碳燃料，只在較低溫度燃燒時，才需要重點考慮快速型的NOx。

二、NOx燃燒目前采用的方法

低NOx燃燒是通過改變?nèi)紵O(shè)備的燃燒條件來降低NOx的形成，具體來說，是通過調(diào)節(jié)燃燒溫度、煙氣中的氧的濃度、煙氣在高溫區(qū)的停留時間等方法來抑制NOx的生成或破壞已生成的NOx。通過采取以下方法可以降低NOx的生成。

1、排煙再循環(huán)法：利用一部分溫度較低的煙氣返回燃燒區(qū)，含氧量較低，從而降低燃燒區(qū)的溫度和氧濃度，從而抑制氮氧化物的生成，此法對溫度型NOx比較有效，對燃燒型NOx基本上沒有效果。

2、二段燃燒法：該法是目前應(yīng)用最廣泛的分段燃燒技術(shù)，將燃料的燃燒過程分階段來完成。第一階段燃燒中，只將總?cè)紵諝饬康?0%—75%（理論空氣量的80%）供入爐膛，使燃料在先在缺氧的富燃料條件下燃燒，由于富燃料缺，該區(qū)的燃料只能部分燃燒（含氧量不足），降低了燃燒區(qū)內(nèi)的烘烘速度和溫度水平，能抑制NOx的生成；第二階段通過足量的空氣，使剩余燃料燃盡，此段中氧氣過量，但溫度低，生成的NOx也較少。這種方法可使煙氣中的NOx減少25%—50%。

三、運行中鍋爐燃燒的調(diào)整改變

我以我廠300MW機組，鍋爐采用正壓直吹式制粉系統(tǒng)，配5臺ZGM95G型中速磨煤機（由下層到上層磨煤機分別以A，B，C，D，E來編名稱），燃燒器四角布置，切圓燃燒方式，采用上下濃淡分離一次風(fēng)噴嘴和同心反切燃燒技術(shù)為例，采用二段燃燒法談?wù)勎业倪\行經(jīng)驗。

采用低NOx燃燒技術(shù)現(xiàn)階段主要通過分段燃燒法，即合理的分配爐膛二次風(fēng)及鍋爐的過氧量，要實現(xiàn)以上的方法，磨煤機出口一次粉管均勻性直接影響著鍋爐運行的安全性和經(jīng)濟性。一次風(fēng)速過低會造成噴口結(jié)渣，甚至燒壞火嘴，一次風(fēng)速過高會引起火焰中心上移，破壞四角燃燒，嚴(yán)重時會沖擊到對面水冷壁上，造成受熱面結(jié)渣，不利于低NOx燃燒調(diào)整。所以需要對磨煤機出口進行一次風(fēng)速的調(diào)平試驗，建議由熱工院來完成。我廠一般一次粉管中一次風(fēng)速在30～40m/s左右。如果磨煤機出口粉量偏差較大，建議電廠加裝煤粉分配器。

經(jīng)過以上的試驗調(diào)試可以保證較好的鍋爐燃燒動力場，在高低負(fù)荷調(diào)整二次風(fēng)分配時才能保證鍋爐的安全燃燒?，F(xiàn)在我以我廠鍋爐在不同負(fù)荷下通過分段燃燒（我廠煤種以煙煤為主）調(diào)整NOx做一闡述：

在150—160MW負(fù)荷下，A，B，C三套磨煤機運行，鍋爐配風(fēng)采用“束腰型”配風(fēng)方式，讓住燃燒區(qū)缺氧燃燒，拉長煤粉的燃燒區(qū)間，維持合適的主燃燒區(qū)域溫度降低溫度型NOx的生成，具體配風(fēng)如圖1：

隨著負(fù)荷的不斷增加，控制鍋爐總過風(fēng)量不宜過大，過氧系數(shù)控制在3.0%-4.0%區(qū)間內(nèi)。鍋爐運行氧量不僅影響著干煙氣帶走的熱損失，而且也影響著未燃碳引起的熱損失和一氧化碳引起的熱損失。在一定限度內(nèi)減少運行氧量，將使干煙氣帶走的熱損失降低，但未燃碳引起的熱損失和一氧化碳引起的熱損失會增大。

當(dāng)負(fù)荷在170MW—190MW負(fù)荷時，A，B，C，D四套磨煤機運行，依然采用“束腰型”的配風(fēng)方式，綜合考慮實測省煤器出口煙氣中NOX濃度及飛灰、大渣含碳量，有如配風(fēng)圖2。

在170MW-190MW的負(fù)荷下，NOx比較難控制，可以增加DE或EE層二次風(fēng)的開度來降低NOx的生成，一般情況下調(diào)整過氧量不超過3.5%，控制總風(fēng)量在550—650t/h，可以保證省煤器出口NOx在350mg/Nm3。

當(dāng)負(fù)荷在200MW—250MW時，鍋爐配風(fēng)方式以“均等配風(fēng)”為宜，四套磨煤機運行，配風(fēng)如圖3：

在以上所述負(fù)荷下，隨負(fù)荷的增加逐漸開大HOFA和LOFA的開度，使在主燃燒區(qū)域未完全燃燒的煤粉在爐膛出口處充分燃燒，即可減小飛灰含碳量還可以有效抑制溫度型的NOx的生成。

在250MW以上負(fù)荷的配風(fēng)方式和250MW時基本是一樣的。此時有A，B，C，D，E五套磨煤機運行，隨負(fù)荷的增加逐漸開大周界風(fēng)和二次風(fēng)的開度，最終（負(fù)荷300MW時）保持所有層周界風(fēng)開度在30%左右，所有層二次風(fēng)開度30%≤K≤40%，保持過氧量在2.5%--3.5%之間，總風(fēng)量小于額定風(fēng)量100—150t/h。這樣省煤器出口的NOx濃度可以控制在300mg/Nm3以下。

通過以上的配風(fēng)可以看出爐膛是一種長期缺氧燃燒狀態(tài)， 應(yīng)定期進行爐膛吹灰工作來保證水冷壁的清潔，遇見大小修時應(yīng)及時檢查水冷壁的結(jié)焦情況，必要時及時清理。在大于80%負(fù)荷時應(yīng)注意爐膛不宜過分缺氧燃燒造成水冷壁大量結(jié)焦或滅火、甚至發(fā)生鍋爐爆燃等惡性事故。

鍋爐要低NOx燃燒的目的是減少NOx排放，為達到這一目的，火電廠還應(yīng)加裝脫硝設(shè)備，脫硝設(shè)備最終將鍋爐排放的NOx濃度能維持在國家規(guī)定的小于100mg/Nm3以下。

四、結(jié)束語

采用低NOx燃燒必須保證鍋爐安全燃燒為基礎(chǔ)進行控制主燃燒區(qū)域的氧濃度和溫度來控制NOx的生成及排放，對于不同的鍋爐對調(diào)節(jié)量如磨煤機的出力，一次風(fēng)壓力，送風(fēng)量，二次風(fēng)擋板開度等特性不盡相同，故應(yīng)先進行對以上參數(shù)的熱工調(diào)整后采用針對性的調(diào)整。NOx的實際排放受燃燒調(diào)整的影響，也受鍋爐其他一些參數(shù)的限制。因此低NOx燃燒必須綜合考慮鍋爐燃燒參數(shù)。