火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化分析

唐利興

（山西漳山發(fā)電有限責(zé)任公司，山西長(zhǎng)治046021）

引言

近年來(lái)，我國(guó)針對(duì)火電廠大氣污染物排放量的防治方面制定了多項(xiàng)法律法規(guī)以及防治政策，尤其在國(guó)內(nèi)大范圍出現(xiàn)霧霾天氣后，大氣污染物排放防治問(wèn)題逐漸引起國(guó)家環(huán)保部以及其他相關(guān)部門(mén)的關(guān)注和重視。如何有效控制大氣污染物排放量是現(xiàn)如今火力發(fā)電行業(yè)亟待解決的問(wèn)題，而作為火電廠運(yùn)行的主要設(shè)備，鍋爐的改造與優(yōu)化運(yùn)行成為首要任務(wù)，從源頭入手，從根本上減少鍋爐燃燒產(chǎn)生的氮氧化物（NOx），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣污染物有效控制的目的，切合國(guó)家環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略思想。

1 低氮燃燒技術(shù)內(nèi)容概述

目前，我國(guó)火電廠關(guān)于控制大氣污染物排放的主要方法為降NOx，工作原理主要是鍋爐燃燒中脫氮的低氮燃燒技術(shù)與燃燒后脫氮的煙氣脫硝技術(shù)相結(jié)合，燃燒中脫氮主要是根據(jù)NOx的生成機(jī)理而研制的低氮燃燒技術(shù)[1]，是由低氧燃燒、空氣分級(jí)燃燒、燃料分級(jí)燃燒、煙氣再循環(huán)等構(gòu)成的，通過(guò)將燃燒器布置在縱向位置，在鍋爐內(nèi)構(gòu)成氧化還原、主還原、燃盡區(qū)三個(gè)板塊，還可根據(jù)不同鍋爐的形態(tài)調(diào)整燃燒器的擺放位置，從而使有機(jī)燃料與配風(fēng)在鍋爐內(nèi)分區(qū)、分級(jí)、低溫、低氧燃燒，降低燃燒中產(chǎn)生的NOx排放量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。

2 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。

3 低氮燃燒器改造方案分析

3.1 燃燒器的選擇

在低氮燃燒器改造方案中，選擇適合的燃燒器是其中的關(guān)鍵[2]。目前來(lái)看，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較為廣泛的燃燒器主要有兩種，一種是水平濃淡燃燒器，另一種是垂直濃淡燃燒器。水平濃淡燃燒器主要是對(duì)水平方向的煤粉進(jìn)行濃淡分離，主要以其射流偏向爐內(nèi)中心位置、徑直卷吸能力較強(qiáng)、“風(fēng)包煤”效果顯著等特點(diǎn)集中應(yīng)用于爐內(nèi)脫氮技術(shù)。垂直濃淡燃燒器主要是對(duì)垂直方向的煤粉進(jìn)行濃淡分離，通過(guò)將其布置在燃燒組的垂直方向，可以達(dá)到燃燒區(qū)內(nèi)煤粉宏觀濃淡分離的效果。在選擇燃燒器類型時(shí)，應(yīng)充分考慮爐內(nèi)煤粉濃淡分離的效果，控制好分離比例以及相關(guān)參數(shù)，保證爐內(nèi)低氮燃燒徹底。

3.2 主燃燒器的改造

在主燃燒器改造過(guò)程中，首先應(yīng)規(guī)定主燃燒器的標(biāo)準(zhǔn)高度以及固定四角風(fēng)箱風(fēng)道和擋板風(fēng)箱的位置[3]，將所有的24支一次風(fēng)燃燒器即噴口、噴嘴體、彎頭更換至符合實(shí)際要求的構(gòu)件，最下層一次風(fēng)改造成等離子發(fā)生器軸向插入式的等離子燃燒器，以及剩下的20支一次風(fēng)燃燒器更改為上濃下淡或下濃上淡的濃淡燃燒器。其次，利用耐熱性較高的鋼板封閉處于四層中間的二次風(fēng)噴口，全部更換剩余二次風(fēng)噴口[4]，將有貼壁風(fēng)噴口布置在三層中的二次風(fēng)以及中間第二層的二次風(fēng)噴口處，隨時(shí)供給水冷壁表面足夠的氧氣，避免出現(xiàn)結(jié)渣和因爐內(nèi)溫度過(guò)高而出現(xiàn)腐蝕狀況。最后，通過(guò)改變除下層二次風(fēng)以外的其他二次風(fēng)噴口的射流方向以及將一次風(fēng)射流方向與其他二次風(fēng)噴口的角度控制在10°，確保前期缺氧燃料與后期供給氧的充分混合。

3.3 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。

4 火電廠低氮燃燒運(yùn)行優(yōu)化方案分析

4.1 一次風(fēng)、二次風(fēng)以及周界風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整

在鍋爐燃燒過(guò)程中，氮氧化物的濃度會(huì)隨著燃盡風(fēng)風(fēng)量的變化而變化，即風(fēng)量越大，爐內(nèi)的氧氣含量就越低，氮氧化物的濃度也就越低。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)組不同功率的運(yùn)行狀況以及正寶塔、倒寶塔等配風(fēng)方式的對(duì)比分析得出，倒寶塔配風(fēng)運(yùn)行中所產(chǎn)生的氮氧化物成量較低，可在一定程度上減少氮氧化物對(duì)大氣的污染，但在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)結(jié)合氮氧化物和鍋爐燃燒效率等因素，將各層的二次風(fēng)開(kāi)度嚴(yán)格控制在70%以下，上層二次風(fēng)開(kāi)度小于35%，并且各層周界風(fēng)的開(kāi)度控制在大于15%小于20%。具體的優(yōu)化調(diào)整方案要根據(jù)實(shí)際情況作出適當(dāng)改變[5]。

4.2 燃燒器擺角與燃盡風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整

根據(jù)低氮燃燒過(guò)程中氮氧化物生成量的分析可知，燃燒器擺角與燃盡風(fēng)的優(yōu)化調(diào)整對(duì)氮氧化物生成具有至關(guān)重要的作用。將燃盡風(fēng)的擺角調(diào)整至向上傾斜，可大大減少鍋爐兩側(cè)氣溫的偏差，有效提升擺角運(yùn)行中的工作效率。此外，在改造過(guò)程中，優(yōu)化調(diào)整燃盡風(fēng)的目的在于在保證鍋爐內(nèi)總分量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，增大燃盡風(fēng)擋板，從而降低氮氧化物的排放量以及飛灰的參數(shù)。

4.3 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[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)鍋爐低氮燃燒技術(shù)的優(yōu)化與調(diào)整可以有效提高鍋爐燃燒的工作效率，降低氮氧化物排放量，對(duì)火電廠的長(zhǎng)久發(fā)展具有重要意義。在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量日益惡化的今天，火力發(fā)電行業(yè)必須做出適時(shí)的調(diào)整，以適應(yīng)社會(huì)發(fā)展需求。

[1]劉朝倫.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化研究[J].科學(xué)與財(cái)富，2015，7（Z2）：742.

[2]王琳，楊宏君.低NOx所致鍋爐運(yùn)行問(wèn)題的解決方案[C]//全國(guó)火電600MW級(jí)機(jī)組能效對(duì)標(biāo)及競(jìng)賽第十九屆年會(huì)論文集，2015：809-815.

[3]霍新華，宋立斌，田占軍，等.DG1025t/h“W”鍋爐低氮燃燒改造技術(shù)探討[C]//第五屆發(fā)電廠鍋爐優(yōu)化改造與配煤摻燒技術(shù)經(jīng)驗(yàn)交流研討會(huì)論文集，2015：732-742；769.

[4]敖光輝，曾紅林，李軍保，等.火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運(yùn)行優(yōu)化調(diào)整[J].江西電力，2014，38（2）：77-80.

[5]公立新.旋流燃燒器低氮改造及運(yùn)行調(diào)整[J].華北電力技術(shù)，2014（5）：58-63.

[6]鄧均慈.600 MW亞臨界鍋爐低氮改造后燃燒優(yōu)化試驗(yàn)分析[J].廣西電力，2014，37（3）：82-85.