低氮燃燒器改造對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

（大唐國(guó)際張家口發(fā)電廠，河北 張家口 075133）

摘 要：低氮燃燒器改造是我廠適應(yīng)國(guó)家環(huán)保要求為改善自然環(huán)境對(duì)鍋爐進(jìn)行的一次重大改造，對(duì)環(huán)境保護(hù)有著重要意義，但改造后對(duì)鍋爐的運(yùn)行產(chǎn)生了一定的影響。本文通過(guò)對(duì)低氮燃燒器的介紹分析了其對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響并根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況提出了控制手段。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒器;鍋爐運(yùn)行;改造

1 概述

煤做為我國(guó)生產(chǎn)生活中最主要的一次能源在給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)發(fā)展、人民生活帶去方便的同時(shí)也給環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的污染?；鹆Πl(fā)電廠做為燃煤消耗最大行業(yè)在為社會(huì)帶來(lái)清潔能源的同時(shí)其排放出的主要污染物粉塵、SO2、NOx等對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的危害。近年來(lái)，隨著我國(guó)逐步與世界上先進(jìn)國(guó)家接軌和國(guó)民環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)使得環(huán)境保護(hù)成為當(dāng)前首要任務(wù)。國(guó)家有關(guān)部門(mén)不斷出臺(tái)了有關(guān)環(huán)境保護(hù)的政策、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)，用來(lái)約束、規(guī)范工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以改善日益惡化的自然環(huán)境。2011年7月18日環(huán)境保護(hù)部批準(zhǔn)并發(fā)布了《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》，新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有和新建火電項(xiàng)目的污染物排放限值進(jìn)行了嚴(yán)格的限制。為適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求各火力發(fā)電廠在原有安裝除塵裝置的基礎(chǔ)上紛紛上馬了脫硫脫硝裝置控制SO2、NOx的排放。采用低氮燃燒器可以在燃燒過(guò)程中抑制NOx的生成反應(yīng)，從而降低NOx的最終排放量。但對(duì)于原有電站鍋爐由于未考慮對(duì)NOx的控制在設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程中忽略了這方面對(duì)鍋爐的影響，而在改造過(guò)程中由于缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)使改造后的鍋爐在運(yùn)行中出現(xiàn)了一系列的問(wèn)題。本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況對(duì)所出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)與分析。

2 低NOx燃燒技術(shù)介紹

為了控制燃燒過(guò)程中NOx的生成量需采取低氮燃燒器。其原理是：一般把一次風(fēng)分成濃淡兩股，濃相在內(nèi)，更靠近火焰中心;淡相在外，貼近水冷壁。濃相在內(nèi)著火時(shí)，火焰溫度相對(duì)較高，但是氧氣比相對(duì)較少，故生成的氮氧化物的幾率相對(duì)減少;淡相在外，氧氣比相對(duì)較大，但由于距火焰高溫區(qū)域較遠(yuǎn)，溫度相對(duì)較低，故氮氧化物的生成也不會(huì)很多。

運(yùn)行控制原則為：（1）降低過(guò)量空氣系數(shù)和氧氣濃度，使煤粉在缺氧條件下燃燒;（2）降低燃燒溫度，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū);（3）縮短煙氣在高溫區(qū)的停留時(shí)間等。低NOx燃燒技術(shù)主要包括：低過(guò)量空氣系數(shù)、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)、低NOx燃燒器。

低氮燃燒技術(shù)的脫硝效率可達(dá)25～40%，能夠從源頭上有效控制NOx的生成，再加上煙氣脫硝從而使最終NOx的排放達(dá)標(biāo)。

3 低氮燃燒器改造后對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響

3.1 低氮燃燒器改造后對(duì)鍋爐燃燒穩(wěn)定性的影響

由圖1可見(jiàn)改造后將原三層燃燒器合并為集中的主燃燒區(qū)。由于低氮燃燒器一次風(fēng)噴口集中且濃淡組合并且采用了接力熱回流環(huán)渦穩(wěn)燃等技術(shù)手段，在燃燒過(guò)程尺度上利用熱力與動(dòng)力不對(duì)稱(chēng)性原理使三種動(dòng)渦連續(xù)相扣，特別是噴口處煤粉熱解著火后碳的著火燃燒區(qū)段的三場(chǎng)特性利于與爐中心復(fù)合射流大渦的復(fù)合連接。環(huán)渦內(nèi)碳粒有較高的內(nèi)回流率延長(zhǎng)了在環(huán)渦內(nèi)停留時(shí)間，顯著提高了環(huán)渦內(nèi)碳燃燒發(fā)熱量，這是熱量積累主要來(lái)源。環(huán)渦穩(wěn)燃、著火、碳燃燒、碳燃盡全過(guò)程鏈環(huán)穩(wěn)固，這是優(yōu)于單純噴口穩(wěn)燃的原因所在。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況看采用低氮燃燒器后由于燃燒器噴口間距離減小使燃燒區(qū)更集中，在低負(fù)荷燒劣質(zhì)煤時(shí)燃燒的穩(wěn)定性增強(qiáng)，出現(xiàn)火檢大幅擺動(dòng)的次數(shù)明顯減少。減少了因燃燒不穩(wěn)投油助燃的次數(shù)，與同期相比鍋爐因煤質(zhì)、燃燒造成的滅火次數(shù)大大減少，提高了鍋爐燃燒的安全性。

3.2 低氮燃燒器改造后對(duì)過(guò)、再熱汽溫的影響

根據(jù)圖1可見(jiàn)改造后的燃燒器燃燒器噴口整體下降了1米左右，將原來(lái)的3層燃燒器以最下層燃燒器為標(biāo)準(zhǔn)，其余燃燒器標(biāo)高向下移，造成火焰中心下降各受熱面吸熱量減少出口汽溫降低，對(duì)再熱汽溫的影響尤為明顯。低氮改造后機(jī)前壓力對(duì)過(guò)、再熱汽溫影響也較大。由于機(jī)組協(xié)調(diào)本身存在調(diào)整緩慢的問(wèn)題，壓力跟蹤與調(diào)整跟不上，容易造成超調(diào)，連帶著汽溫變化幅度大。加上主燃燒器只有一組擺動(dòng)火嘴，一、二次風(fēng)配比上受低氧燃燒要求的限制，所以汽溫調(diào)整手段受限，調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)，也影響機(jī)組效率。為保證出口溫度在規(guī)定范圍內(nèi)在低負(fù)荷時(shí)需使用上層制粉系統(tǒng)并將火咀擺至較高位置，這又會(huì)導(dǎo)致受熱面超溫。因此如何保證在受熱面不超溫的情況下保持出口溫度在規(guī)定范圍內(nèi)成為低氮燃燒器改造后的另一課題。通過(guò)調(diào)整試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)燃盡風(fēng)的噴口向上擺動(dòng)式，再熱蒸汽的溫度會(huì)有所上升，向下擺動(dòng)時(shí)，溫度會(huì)有所下降。在正常負(fù)荷下，當(dāng)噴口向上擺動(dòng)0°～10°時(shí)，蒸汽溫度會(huì)提升10℃～20℃范圍內(nèi)。擺角超過(guò)10°時(shí)，對(duì)蒸汽溫度溫度的提升效果就不再明顯。因此擺動(dòng)角度范圍控制在±15°之間，以防止擺動(dòng)范圍過(guò)大擺動(dòng)火咀銷(xiāo)子受力過(guò)大而拉折。另外還可在保持安全供氧余度的前提下，采用在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)氧氣供給量來(lái)對(duì)再熱蒸汽的溫度進(jìn)行調(diào)整。在低氮燃燒工況下，一般規(guī)律是減少氧量會(huì)引起氣溫上升，否則就會(huì)有所下降。在調(diào)節(jié)時(shí)，應(yīng)視負(fù)荷大小每次增減空氣供給量在20～50Nm3/h之間（負(fù)荷低時(shí)調(diào)節(jié)量就應(yīng)小些，反之亦然），每次調(diào)節(jié)應(yīng)等待鍋爐狀態(tài)穩(wěn)定后，視氣溫變化幅度和效果再行決定是否繼續(xù)調(diào)節(jié)，如果效果不明顯則可停止繼續(xù)調(diào)節(jié)。

3.3 低氮燃燒器改造后對(duì)飛灰與鍋爐效率的影響

根據(jù)氮氧化合物生成機(jī)理，影響氮氧化合物生成量的因素主要有火焰溫度、燃燒器區(qū)段氧濃度、燃燒產(chǎn)物在高溫區(qū)停留時(shí)間和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途徑主要有兩個(gè)方面：一是降低火焰溫度，防止局部高溫;二是降低過(guò)量空氣系數(shù)和氧濃度，使煤粉在缺氧的條件下燃燒。低氮改造后燃燒器下移合并為主燃燒區(qū)要求采用低氧燃燒，過(guò)剩空氣系數(shù)低，完全依靠頂層燃盡風(fēng)燃燒，煤粉燃盡效果不明顯，在線飛灰采集顯示飛灰偏大。同時(shí)為維持再熱汽溫，現(xiàn)經(jīng)常采用上層制粉系統(tǒng)，且一次風(fēng)壓大，二次風(fēng)輔助風(fēng)開(kāi)度不足，加劇了飛灰的產(chǎn)生。鍋爐飛灰增加使煤粉不完全燃燒程度增加，降低了鍋爐效率。另外于由飛灰量及飛灰顆粒的增加還會(huì)增加尾部受熱面的磨損減少其使用壽命。因此合理控制飛灰并保證煙氣出口含氮量是低氮改造后我們運(yùn)行調(diào)整的另一要?jiǎng)?wù)。當(dāng)飛灰含碳量大時(shí)，可開(kāi)大主燃燒器區(qū)域二次風(fēng)門(mén)，關(guān)小燃盡風(fēng)門(mén)，使煤粉在第一燃燒區(qū)與氧氣充分混合燃燒提高煤粉的燃燼度從而降低鍋爐的飛灰含量。

3.4 低氮燃燒器改造后對(duì)鍋爐氧量的影響

合理的二次風(fēng)供給是保證鍋爐燃燒穩(wěn)定的必要條件，在運(yùn)行調(diào)整上主要以控制氧量為調(diào)整依據(jù)。通常，一個(gè)負(fù)荷下對(duì)應(yīng)會(huì)有一個(gè)最佳的運(yùn)行氧量使排煙損失和氣體、固體未燃盡損失之和最低，鍋爐效率最高。機(jī)組投入BLR運(yùn)行方式下由于負(fù)荷波動(dòng)頻繁送風(fēng)調(diào)節(jié)跟不上負(fù)荷的變化尤其在快速升負(fù)荷時(shí)鍋爐氧量經(jīng)常處于較小范圍甚至出現(xiàn)負(fù)氧量情況，不僅對(duì)鍋爐燃燒產(chǎn)生不利的影響而且會(huì)降低脫硫的效率。因此在負(fù)荷變動(dòng)時(shí)要加強(qiáng)對(duì)送風(fēng)量的調(diào)節(jié)尤其在調(diào)整燃盡風(fēng)開(kāi)度的同時(shí)要配合調(diào)整各層二次風(fēng)門(mén)的開(kāi)度保證合理的送風(fēng)量維持合適的鍋爐氧量，避免因二次風(fēng)門(mén)及燃盡風(fēng)門(mén)開(kāi)度過(guò)小使送風(fēng)機(jī)出力減小對(duì)送風(fēng)機(jī)及鍋爐的安全運(yùn)行帶來(lái)威脅。

3.5 低氮燃燒器改造后對(duì)爐膛結(jié)焦的影響

雖然低氮燃燒器改造時(shí)采用了橫向雙區(qū)布置、加裝貼壁風(fēng)、縱向空氣分級(jí)以及一二次風(fēng)逆向射流等手段控制受熱面結(jié)焦的問(wèn)題。但運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)水冷壁及燃燒器噴口處仍有較大程度的結(jié)焦情況。尤其啟動(dòng)下層制粉系統(tǒng)時(shí)對(duì)負(fù)壓影響明顯變大，說(shuō)明主燃燒區(qū)燃燒工況不好。由于主燃燒區(qū)缺氧燃燒，所以燃燒器附近與水冷壁結(jié)焦嚴(yán)重，在降負(fù)荷中經(jīng)常出掉焦現(xiàn)象，更加惡化了主燃燒區(qū)的工況。

4 結(jié)論

盡管低氮燃燒器對(duì)鍋爐運(yùn)行會(huì)有多方面的不利影響并且僅依靠其控制NOx并不能達(dá)到當(dāng)前環(huán)保要求，但配合煙氣脫硝技術(shù)后將會(huì)使發(fā)電廠的NOx排放降至一個(gè)更低的水平，使發(fā)電企業(yè)在為社會(huì)提供清潔能源的同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的危害。總之低氮燃燒器改造是老發(fā)電企業(yè)適應(yīng)當(dāng)前發(fā)展要求的一項(xiàng)重要舉措，對(duì)保護(hù)環(huán)境有著重要意義，我們應(yīng)該大力提倡。

參考文獻(xiàn)：

[1]張家口發(fā)電廠6號(hào)爐-低氮燃燒器技術(shù)培訓(xùn)[S].

[2]張家口發(fā)電廠脫硝項(xiàng)目培訓(xùn)材料[S].

作者簡(jiǎn)介：郭?。?980-），男，河北宣化人，大學(xué)，助理工程師。