電站鍋爐低氮燃燒器改造要求

李昊

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司,河北 秦皇島 066000）

電站鍋爐低氮燃燒器改造要求

李昊

（秦皇島發(fā)電有限責(zé)任公司,河北 秦皇島 066000）

對(duì)于電站鍋爐來講，燃燒過程中通常會(huì)排放濃度較高的氮氧化物，這種物質(zhì)表現(xiàn)出較高的污染性。因此，有必要改造電站鍋爐現(xiàn)有的燃燒方式，增設(shè)低氮燃燒器。改造的要求為在燃燒器的后側(cè)視情加入必要的噴口，用這種方式來改造原有的一次風(fēng)噴口以及套筒擋板。在優(yōu)化改造后，可以發(fā)現(xiàn)電站鍋爐在整體上降低了氮氧化物的排放總量。與此同時(shí)，增加低氮燃燒器的鍋爐改造方式也避免了燃燒時(shí)的掉渣和結(jié)渣。對(duì)于電站鍋爐，有必要結(jié)合具體的燃燒情況，優(yōu)先選擇低氮燃燒器的鍋爐改造方式，以此來實(shí)現(xiàn)電站節(jié)能和環(huán)保的目的。

電站鍋爐；低氮燃燒器；改造

從現(xiàn)狀來看，電站配備的旋流燃燒鍋爐，通常選擇分級(jí)燃燒器或者控制著火點(diǎn)的方法來控制生成的氮氧化物。在燃燒區(qū)域內(nèi)，應(yīng)當(dāng)注意過量空氣造成的還原反應(yīng)。在技術(shù)改造中，可以選擇不同的改造方式。對(duì)于電站鍋爐如果可以增加低氮燃燒器，那么就能夠在更大范圍內(nèi)避免排出過多的氮氧化物，在這種基礎(chǔ)上也確保了鍋爐燃燒的實(shí)效性以及節(jié)能性。經(jīng)過改造測(cè)試可以得知，選用低氮燃燒器的新型改造方案能夠獲得優(yōu)良的實(shí)效性。在減排和節(jié)能方面，電站鍋爐的整體改造也獲得了明顯的節(jié)能效果。

1 鍋爐改造的重要意義

1.1 改造的基本原理

鍋爐在燃燒中通常會(huì)排出各類的氮氧化物。對(duì)此為了加以控制，就有必要設(shè)置低氮燃燒器。低氮燃燒的根本原理為：針對(duì)鍋爐的一次風(fēng)，具體劃分為濃風(fēng)和淡風(fēng)的兩種類型。在這之中，濃風(fēng)很接近鍋爐的正中心，而淡風(fēng)接近鍋爐內(nèi)側(cè)的水冷壁。這是因?yàn)?，中心火焰具備很高的溫度，然而中心卻具備較低的氧氣濃度，因此就可以生成較小比例的氮氧化物。在較遠(yuǎn)的水冷壁處，受到較低溫度的影響，也可以控制氮氧化物的總量。具體在運(yùn)行控制時(shí)，低氮燃燒器的基本目標(biāo)包含了如下：通過燃燒控制的具體方式，降低鍋爐內(nèi)部通入氧氣的濃度，并且減少通入的過量空氣；控制于更低的燃燒溫度，杜絕較高的局部溫度；在高溫區(qū)域內(nèi)，盡量防止過多煙氣的停留。具體技術(shù)方式包含：分級(jí)燃燒的技術(shù)、對(duì)于燃料的分級(jí)控制、再循環(huán)的技術(shù)、增加低氮燃燒器的方式。從總體上看，低氮燃燒可以獲得35%或更高的脫硝效率。這樣做，就能夠在根本上防控過多氮氧化物的產(chǎn)生，符合減排的指標(biāo)。

1.2 改造的必要性

從現(xiàn)狀來看，可燃能源中的煤炭仍占有主導(dǎo)的位置。電站鍋爐在日常運(yùn)行時(shí)也較多選用了煤作為必備的燃燒原料。這樣做雖然很便捷，但也排放了較多的鍋爐污染。最近幾年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的總體速度正在加快，然而與之相應(yīng)的污染難題也逐漸突顯。面對(duì)新的形勢(shì)，電站有必要強(qiáng)化針對(duì)鍋爐燃燒的控制，要從根本上限制并且防控污染。在新的標(biāo)準(zhǔn)下，電站鍋爐也應(yīng)當(dāng)符合特定的燃燒指標(biāo)和排放指標(biāo)，用這種方式來杜絕氮氧化物帶來的污染，確保燃燒過程的潔凈性以及安全性。

在電站改造中，低氮燃燒器屬于一種必要的裝置。低氮燃燒器的基本性能就是限制過量排放的氮氧化物，阻止生成反應(yīng)。在綜合控制的基礎(chǔ)上，就可以把氮氧化物限制于特定的排放范圍內(nèi)。然而截至目前，電站鍋爐在初期設(shè)計(jì)時(shí)并沒能真正考慮到氮氧化物帶來的燃燒影響，因而也缺乏了詳盡的論證。由此可見，在后期改造中應(yīng)當(dāng)因地制宜，適當(dāng)加裝不同規(guī)格的低氮燃燒器。借助這種方式，就可以把整體污染限制于可以接受的范圍內(nèi)，達(dá)到清潔燃燒的根本目標(biāo)。

1.3 總體的改造要求

鍋爐燃燒時(shí)，濃縮裝置送入充足的煤粉，經(jīng)過濃縮后再次穿過回流區(qū)的中心燃燒區(qū)域。在這個(gè)階段內(nèi)，一次風(fēng)就會(huì)通過鍋爐內(nèi)側(cè)的回流區(qū)，因此導(dǎo)致煤粉濃度的提高?；旌弦欢物L(fēng)的過程中，濃度偏高的一氧化碳表現(xiàn)出很高的還原性。在這種氣氛下，煤粉充分燃燒，因此也延長(zhǎng)了停留在還原階段內(nèi)的煤粉總量。通過這種改造，就能夠在總體上控制氮氧化物，從而達(dá)到節(jié)能以及環(huán)保的根本目標(biāo)。從鍋爐內(nèi)部來看，二次風(fēng)具體可以分為外部和內(nèi)部，這種情況下的燃燒是分級(jí)別的。在爐膛中心的位置，排放的一氧化氮就可以確保最低的總量。在后墻的部位，燃燒器可以實(shí)現(xiàn)配風(fēng)，這部分燃燒器包含了旋流和直流的二次風(fēng)。直流二次風(fēng)可以穿過燃燒中心，減慢衰減和擴(kuò)散的速度，同時(shí)也能夠確保足夠的氣流剛度。旋流風(fēng)在外層，這一層氣流通常呈現(xiàn)較快的衰減，剛性很弱同時(shí)擴(kuò)散角也相對(duì)較大。這種情況下，二次風(fēng)能夠均勻混合于水冷壁上升的煙氣，爐膛的側(cè)壁也不會(huì)受到缺氧的影響。

具體改造過程中，相關(guān)人員先要調(diào)整旋流和直流各自占有的比例。經(jīng)過調(diào)節(jié)之后，就能夠在更大范圍內(nèi)抑制后續(xù)的一氧化氮生成。與此同時(shí)，爐膛內(nèi)的煤粉也可以充分燃盡。在設(shè)計(jì)風(fēng)噴口時(shí)，設(shè)計(jì)人員最好選擇向下擺動(dòng)的垂直噴口形狀。這樣做，可以調(diào)節(jié)中心部位的爐膛火焰，防止超高的爐膛溫度。針對(duì)出口的位置，也可以控制實(shí)時(shí)性的煙氣溫度。

2 具體改造的方式

改造電站鍋爐選用了低氮燃燒器的具體改造方式。針對(duì)低氮燃燒器，需要妥善調(diào)控貼壁風(fēng)，加裝縱向和橫向兩類的控制區(qū)域。針對(duì)一次風(fēng)以及二次風(fēng)，都需要加裝額外的射流控制。加入了射流控制之后，就能夠在最大限度內(nèi)防控側(cè)壁結(jié)焦的發(fā)生。運(yùn)行的過程中，相關(guān)人員尤其應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)防控燃燒器噴口和水冷壁這兩個(gè)位置的結(jié)焦。制粉系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中，就會(huì)逐漸增強(qiáng)負(fù)壓的影響，這種現(xiàn)象可以反映出較差的燃燒工況。對(duì)于主要的燃燒區(qū)，也應(yīng)當(dāng)避免缺氧的狀態(tài)。在燃燒器附近，水冷壁通常出現(xiàn)較強(qiáng)的結(jié)焦現(xiàn)象，情況嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)掉焦。因此，針對(duì)鍋爐內(nèi)部的主燃燒區(qū)，也有必要實(shí)時(shí)調(diào)控它的燃燒狀況。詳細(xì)來看，低氮燃燒器的電站鍋爐改造包含了如下要點(diǎn)。

2.1 確保熱穩(wěn)定性

確保熱穩(wěn)定性的具體思路為：合并原有的三層燃燒器，主燃燒區(qū)更加集中。低氮燃燒器通常設(shè)有集中式的一次風(fēng)噴口，在這種基礎(chǔ)上選用了熱回流環(huán)的燃燒技術(shù)。鍋爐自身具備的動(dòng)力與熱力并不是對(duì)稱存在的，因此可以利用這種不對(duì)稱的性質(zhì)，構(gòu)建環(huán)環(huán)相扣的熱穩(wěn)定性。通過這種方式就能夠在鍋爐內(nèi)部積累充足的熱能，同時(shí)也可以延長(zhǎng)環(huán)渦內(nèi)部的內(nèi)回流時(shí)間。經(jīng)過全方位的改造后，需要在根本上確保燃燒流程中的穩(wěn)定性，保證熱穩(wěn)定性。

在燃燒碳的全過程中，環(huán)渦表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性，因此能夠在總體上確保充分燃盡所有的原料。低氮燃燒器可以依照各階段的具體燃燒情況，適當(dāng)減小各個(gè)噴口的間隔距離，以此來確保更集中的原料燃燒。在傳統(tǒng)方式中，由于各階段的爐內(nèi)燃燒缺乏穩(wěn)定性，通常還需要在燃燒的全過程中投入適量的油來促進(jìn)燃燒。但是在改進(jìn)后，鍋爐燃燒會(huì)變得更加穩(wěn)定，因此也杜絕了頻繁滅火的現(xiàn)象，在整體上確保了更安全的鍋爐燃燒。

2.2 妥善調(diào)節(jié)再熱氣溫

加裝燃燒器進(jìn)行改造后，低氮燃燒器布置了較低的噴口。從整體上看，噴口大約降低了一米。同時(shí)，相關(guān)人員也改造了三層的燃燒器結(jié)構(gòu)，集中于最下層的低氮燃燒器。下移標(biāo)高之后，火焰中心也會(huì)相應(yīng)降低，因而導(dǎo)致出口氣溫的顯著降低。這樣做，就會(huì)影響到鍋爐內(nèi)部的再熱氣溫。在改造的前后，也會(huì)相應(yīng)影響到過熱氣溫。從機(jī)組自身來看，鍋爐機(jī)組各階段的調(diào)整速度都是相對(duì)較慢的，因此亟待加快實(shí)時(shí)性的調(diào)整速度。

為確保最適當(dāng)?shù)某隹跍囟龋槍?duì)負(fù)荷較低的燃燒階段，需要設(shè)置上層的制粉系統(tǒng)。對(duì)此，可以適當(dāng)加裝向上擺動(dòng)的燃盡風(fēng)噴口，這樣就可以確保更靈活的溫度調(diào)節(jié)。向下擺動(dòng)的過程中，噴口如果不超出10°的擺動(dòng)角度，那么蒸汽溫度就不會(huì)升高超出15℃。與此同時(shí)，如果能夠妥善控制擺動(dòng)角度，那么還可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)再熱蒸汽的整體供給量。通常情況下，最好限制于每小時(shí)30立方米的氣流供給總量。等到鍋爐燃燒基本穩(wěn)定之后，再去進(jìn)行后續(xù)的調(diào)節(jié)。若效果并不明顯，那么就選擇其他的調(diào)節(jié)方式。

2.3 控制氧量與飛灰量

改造鍋爐時(shí)，需要加入低氮燃燒器的特定裝置。依照生成化合物的基本原理，適當(dāng)調(diào)節(jié)鍋爐的飛灰總量。這是由于，鍋爐效率會(huì)受到飛灰的影響。從基本的生成原理來看，氮氧化物通常表現(xiàn)出不夠穩(wěn)定的生成量。若要在根本上降低鍋爐燃燒合成的氮氧化物，則有必要防控局部過熱的出現(xiàn)。同時(shí)，還需要適當(dāng)控制各個(gè)燃燒階段的氧濃度和空氣系數(shù)。在缺氧狀態(tài)下，也要確保正常的鍋爐燃燒。經(jīng)過低氮的改造，合并了原有的燃燒器，這種情況下就需要選擇低氧燃燒的鍋爐燃燒方式。過剩空氣總量較少的情況下，頂層的燃盡風(fēng)就會(huì)變得很大。

具體在控制低氮燃燒器的氧量時(shí)，應(yīng)當(dāng)依照如下原理：如果飛灰含有較高的碳，那么應(yīng)該增大二次風(fēng)門的角度。這樣做，煤粉就可以充分混入氧氣內(nèi)部，飛灰的總量也會(huì)因此變得更低。如果鍋爐內(nèi)部的送風(fēng)量發(fā)生了改變，那么應(yīng)當(dāng)確保適量的燃燒氧氣總量。燃盡風(fēng)門需要打開特定的角度，避免威脅到送風(fēng)時(shí)的燃燒安全。內(nèi)部的調(diào)風(fēng)器可以設(shè)置某一固定的角度，葉片設(shè)置為70°的最大調(diào)節(jié)角度。在具體改造時(shí)相關(guān)人員還應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎考慮全面的要素。經(jīng)過綜合的考慮才能夠選擇合適的燃燒器類型，這種基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)?shù)膰娍谠O(shè)計(jì)。如果要妥善控制飛灰量與氧氣通入的總量，那么在煙氣出口的位置應(yīng)當(dāng)適當(dāng)調(diào)整原先的飛灰總量。通過改造之后，也取消了外側(cè)調(diào)節(jié)風(fēng)量的鍋爐套筒，針對(duì)各層的燃燒器都能夠調(diào)節(jié)配風(fēng)量。

3 結(jié)論

截至目前，某些電站鍋爐在具體燃燒過程中仍主要選擇含水較高的褐煤作為原料。對(duì)于各個(gè)煤種，在燃燒時(shí)經(jīng)常缺乏穩(wěn)定的煤質(zhì)，因此鍋爐就會(huì)排放較多的氮氧化物。改造的目標(biāo)為：妥善控制電站鍋爐的整體燃燒過程，增設(shè)低氮燃燒器來限制氮氧化物的排出量。在具體改造時(shí)，應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎考慮全面的要素。經(jīng)過綜合的考慮，選擇最合適的燃燒器類型，并且進(jìn)行適當(dāng)?shù)膰娍谠O(shè)計(jì)。此外，也不能忽視后期的改造評(píng)估。未來的改造實(shí)踐中，相關(guān)人員還需要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以此來確保低氮燃燒改造的順利進(jìn)行。

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