低氮燃燒器改造對(duì)鍋爐運(yùn)行的影響研究

李士玉

摘 要：現(xiàn)代火電廠中仍舊需要使用鍋爐來(lái)完成火力發(fā)電以及其他的電力生產(chǎn)任務(wù)，隨著鍋爐設(shè)備改造工作持續(xù)展開(kāi)，鍋爐設(shè)備在電力能源生產(chǎn)過(guò)程中可保持更高的應(yīng)用效率與安全水平?？紤]到環(huán)境保護(hù)與節(jié)省能源方面的全面工作要求，不少火電廠對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行了改造，通過(guò)增加低氮燃燒器裝置來(lái)減少鍋爐排放的有害氣體?，F(xiàn)分析這種鍋爐改造行為給鍋爐的實(shí)際使用與運(yùn)行帶去的影響。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒器；鍋爐改造；運(yùn)行；影響

一次能源系統(tǒng)中的不少能源都不具有可再生的能力，在實(shí)際使用這種能源時(shí)，必須要堅(jiān)持節(jié)約應(yīng)用的工作理念，火電廠這一類(lèi)工業(yè)化的生產(chǎn)單位在運(yùn)行鍋爐設(shè)備時(shí)，往往需要消耗極多的煤炭資源，同時(shí)還會(huì)排放出NOx與SO2等有害氣體，導(dǎo)致火電廠周邊的環(huán)境存在嚴(yán)重的氣體污染問(wèn)題，因此可以嘗試對(duì)鍋爐設(shè)備進(jìn)行環(huán)保方面的改造工作?，F(xiàn)分析通過(guò)增加低氮燃燒器的方式來(lái)改造鍋爐設(shè)備的可行性。

1 低氮燃燒器概述

基于控制鍋爐排放的NOx氣體的工作需求，不少生產(chǎn)單位都給鍋爐使用了新型低氮燃燒裝置，該裝置的實(shí)際運(yùn)行原理如下：該裝置可以對(duì)一次風(fēng)進(jìn)行分割，將其分割成兩股，淡相在外側(cè)，與水冷壁之間的距離比較短，濃相處于內(nèi)側(cè)，與火焰中心部位有比較短的距離。濃相在內(nèi)部位置著火之后，火焰可以保持比較高的溫度，但是并不會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的氧氣，因此不會(huì)過(guò)多地生成氮氧化物；淡相處于外側(cè)，形成的氧氣量相對(duì)比較多，同時(shí)與火焰的高溫區(qū)域保持著相對(duì)比較遠(yuǎn)的距離，實(shí)際溫度也偏低，最終生成的氮氧化物的總量也比較少。

使用低氮燃燒器時(shí)，必須關(guān)注以下的低氮燃燒器，該裝置幫助有效降低了氧氣濃度和過(guò)量空氣系數(shù)，在缺氧的條件之下，煤粉并不會(huì)輕易燃燒；燃燒溫度必備大幅降低之后，鍋爐內(nèi)部并不會(huì)產(chǎn)生局部高溫的情況，煙氣停留在鍋爐的高溫區(qū)域的時(shí)間也被縮短，以低氮燃燒技術(shù)為核心的控制技術(shù)有很多種，除了低氮燃燒器之外，還有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)、空氣分級(jí)燃燒系統(tǒng)以及燃料分級(jí)燃燒系統(tǒng)等。

2 鍋爐運(yùn)行受到的主要影響

2.1 燃燒穩(wěn)定性受到的影響

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。

2.2 鍋爐內(nèi)部氧量受到的影響

鍋爐在運(yùn)行過(guò)程中形成的氧氣量也會(huì)受到低氮燃燒器的影響。為了使鍋爐內(nèi)部可以保持穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)，工作人員需要形成完整的二次風(fēng)供給系統(tǒng)，同時(shí)還要對(duì)實(shí)際的氧量進(jìn)行調(diào)整與控制，在同一的負(fù)荷條件之下，通過(guò)控制最佳運(yùn)行氧量可以幫助減少未燃盡的固體燃料以及氣體損失，排煙損失也可以被控制，鍋爐也因此可以保持比較高的應(yīng)用效率，但是使用低氮燃燒器之后，鍋爐的運(yùn)行方式抽選了變動(dòng)，內(nèi)部負(fù)荷以較快的速度變動(dòng)，送風(fēng)調(diào)節(jié)工作不能及時(shí)展開(kāi)，基于負(fù)荷控制方面的考量，鍋爐工人會(huì)調(diào)節(jié)送風(fēng)量，同時(shí)還要改變各處二次風(fēng)門(mén)的實(shí)際開(kāi)度，以保持合理的送風(fēng)量，不可使燃盡風(fēng)門(mén)或者二次風(fēng)門(mén)的實(shí)際開(kāi)度過(guò)小，導(dǎo)致鍋爐不能維持正常的運(yùn)行狀態(tài)，形成安全隱患。另外燃燒器還會(huì)影響鍋爐內(nèi)部的正常燃料燃燒活動(dòng)，導(dǎo)致實(shí)際脫硫處理效率被降低。

2.3 鍋爐運(yùn)行效率與飛灰受到的影響

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)?？諝庀禂?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(xiàn)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。

2.4 再熱與過(guò)熱氣溫受到的影響

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，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)。

2.5 其他方面的影響

使用低氮燃燒器之后，鍋爐內(nèi)部爐膛結(jié)焦情況也會(huì)和搜到影響，主要是因?yàn)樵诓贾迷撊紵鲿r(shí)，需要采用橫向雙曲布置的方式，同時(shí)還要啟動(dòng)縱向空氣分級(jí)系統(tǒng)，結(jié)合加裝貼壁風(fēng)和逆向射流措施，鍋爐的受熱面存在的結(jié)焦問(wèn)題可被消除，然而在鍋爐的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，燃燒裝置的噴口部位與水冷壁處存在比較嚴(yán)重的結(jié)焦情況，啟用鍋爐下層處的制粉裝置時(shí)，負(fù)壓影響也會(huì)隨之被擴(kuò)大，這種現(xiàn)象證明鍋爐的主要燃燒區(qū)的實(shí)際燃燒工況比較差，主燃燒區(qū)域存在缺氧燃燒的現(xiàn)象，因此導(dǎo)致?tīng)t膛的多處位置都存有嚴(yán)重的結(jié)焦情況，降負(fù)荷之后，結(jié)焦問(wèn)題也沒(méi)有被消除，同時(shí)主燃區(qū)域的運(yùn)行情況并未被改變。

3 結(jié)束語(yǔ)

給鍋爐設(shè)備使用低氮燃燒器之后，鍋爐生產(chǎn)過(guò)程中排放出的NOx氣體量逐漸縮減，提升了鍋爐設(shè)備的環(huán)保性的同時(shí)，也將一些負(fù)面影響帶給鍋爐，鍋爐運(yùn)行會(huì)受到直接影響，對(duì)低氮燃燒器的應(yīng)用情況進(jìn)行考察之后，發(fā)現(xiàn)其雖然可以控制NOx，但是控制效果比較差，并不能達(dá)到現(xiàn)有的環(huán)保指標(biāo)，因此需要進(jìn)一步改造低氮燃燒器裝置，結(jié)合煙氣脫硝技術(shù)手段，來(lái)提升鍋爐在環(huán)保型社會(huì)中的應(yīng)用可行性。

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