火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優(yōu)化研究

于宗波 于俊霞

摘? ? 要：近來年，隨著霧霾現(xiàn)象的日益嚴重，我國越來越重視大氣污染的治理。習(xí)近平總書記多次發(fā)表講話，指出：“持全民共治、源頭防治，持續(xù)實施大氣污染防治行動，打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”?；痣姀S屬于大氣污染的源頭之一，在“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”中，對火電廠鍋爐低氮燃燒技術(shù)進行改造，使其運行更加科學(xué)，減少氮氧化合物的排放，從而實現(xiàn)對空氣污染物排放有效控制的目的。

關(guān)鍵詞：火電廠鍋爐;低氮燃燒技術(shù)改造;運行;優(yōu)化策略

1? 前言

近年來，隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，對電的需求量越來越多，火電廠建設(shè)越來越多，同時，汽車的保有量越來越多，這些都是空氣污染的主要源頭，由此導(dǎo)致我國的霧霾天氣頻發(fā)。針對這種現(xiàn)象，習(xí)近平總書記多次發(fā)表講話，提出了“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”行動，指出要從源頭防治，持續(xù)實施大氣污染防治行動?；痣姀S燃燒發(fā)電排放的煙氣中含有大量的氮氧化合物，是大氣污染的主要成分。針對火電廠燃煤鍋爐的煙氣排放問題，國家制定了一系列政策和控制性指標(biāo)，如何落實這些政策和指標(biāo)，就成為火電廠面臨的重要課題。目前，火電廠低氮燃燒技術(shù)改造項目成為解決該問題的關(guān)鍵。接下來，本文就對此進行詳細的闡述。

2? 低氮燃燒技術(shù)的概述

根據(jù)分析我國火電廠燃煤鍋爐排放的煙氣，其排放的大氣污染物主要是氮氧化合物，而我國政府制定的控制型指標(biāo)也是針對氮氧化合物的，因此，火電廠必須降低其排放煙氣中的氮氧化合物NO[x]，而低氮燃燒技術(shù)就是先對煤炭進行脫氮，然后在鍋爐中進行低氧燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒，并針對燃燒過程中排放的煙氣使用脫硝技術(shù)，從而有效降低火電廠氮氧化合物的排放。其中鍋爐中的燃燒器分為氧化還原、主還原以及燃盡區(qū)三個部分，根據(jù)不同型號鍋爐的不同形態(tài)，我們可以隨意調(diào)整其中燃燒器擺放的位置，盡量使脫氮的燃料在配風(fēng)支持下進行分區(qū)、分級、低氧以及低溫燃燒，從而有效降低脫氮燃料在燃燒中氮氧化合物的排放，實現(xiàn)燃料的清潔燃燒。

3? 氮氧化合物治理的現(xiàn)狀

根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究人員對氮氧化合物成分、生成機理、危害以及降氮氧化合物技術(shù)的研究，我們大致上將氮氧化合物分為熱力型、燃料型以及快速型三種，這三種類型中，熱力型NO[x]是在鍋爐內(nèi)因局部高溫才生成的，其生成量對大氣污染構(gòu)不成威脅，而且我國相關(guān)的研究者經(jīng)過研究分析，也確定了我國火電廠燃煤鍋爐燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化合物主要是燃料型NO[x]因此，我國火電廠使用的低氮燃燒技術(shù)也主要是針對該類型的氮氧化合物，其方法分為三個階段：燃燒前、燃燒中和燃燒后對排放氣體的處理。其中，燃燒前技術(shù)主要是脫氮技術(shù)，在燃料投放進鍋爐前，將其轉(zhuǎn)化為低氮性質(zhì)的有機燃料，但這種脫氮技術(shù)相對而言較為復(fù)雜，難度較高且成本很高，我國目前正在研究，暫未將該技術(shù)投入到使用中。燃燒中的脫氮技術(shù)主要是抑制氮氧化合物的生成，并通過一定的技術(shù)再將燃燒中生成的氮氧化合物進行還原反應(yīng)。燃燒后的脫氮技術(shù)即是煙氣脫硝技術(shù)，當(dāng)前，我國火電廠對于排放的煙氣進行脫氮處理，主要是采用選擇性催化還原方法、非催化還原方法和液體吸收方法等來實現(xiàn)的。

4? 火電廠鍋爐低氮燃燒的改造方案

4.1? 選擇合適的燃燒器

在火電廠鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造中，選擇適合的燃燒器是改造的關(guān)鍵所在。就目前我國火電廠使用的鍋爐燃燒器來看，主要有兩種類型：其一是水平型濃淡燃燒器，其二是垂直型濃淡燃燒器。其中水平型的濃淡燃燒器，主要是針對水平方向投放的煤粉作濃淡分離處理，使其射流能夠偏向鍋爐的中心位置，而且這種型號的燃燒器具有較強的徑直卷吸能力，在燃燒時具有顯著的“風(fēng)包煤”效果，爐內(nèi)脫氮效果很好，在我國的火電廠中具有廣泛的應(yīng)用;而垂直型濃淡燃燒器則是針對從垂直方向投放的煤粉，對其作濃淡分離處理，在實際的使用中，我們通過調(diào)整燃燒組垂直的方向，也可以實現(xiàn)燃燒區(qū)內(nèi)有機煤粉的宏觀濃淡分離效果。在選擇時，應(yīng)根據(jù)該廠的地理位置、實際情況以及使用煤粉的情況進行選擇，以保證燃燒后產(chǎn)生的氮氧化合物排放量達到國家規(guī)定的標(biāo)準。

4.2? 對現(xiàn)有燃燒器的改造

首先應(yīng)按照國家規(guī)定的燃燒器標(biāo)準高度，以及固定四角風(fēng)箱、風(fēng)道和擋板風(fēng)箱的位置進行調(diào)整，然后將全部的一次風(fēng)燃燒器即噴口、噴嘴體和彎頭更換為符合要求的部件，然后因地制宜、因煤制宜、因爐制宜，對燃燒器進行改造，使其被改造成濃淡型燃燒器，使投放的燃料燃燒得更為徹底。

其次，改造處于四層位置上的二次風(fēng)口，并用貼壁風(fēng)噴口更換在三層和二層的二次風(fēng)噴口，使供給水冷壁的表面具有充足的氧氣，以此避免燃燒器內(nèi)部因高溫而出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象或產(chǎn)生結(jié)渣現(xiàn)象。

最后，在改造剩余的二次風(fēng)噴口射流方向，以及一次風(fēng)噴口的射流方向，使其保持10°這一固定角度，以此確保前期投放的缺氧燃料能與后期供給的氧氣充分混合，實現(xiàn)清潔燃燒。

4.3? OFA噴口的設(shè)計改造

OFA是鍋爐燃燒系統(tǒng)中一種結(jié)構(gòu)簡單而有廣泛使用的噴口。在火電廠進行鍋爐低氮燃燒改造的過程中，技術(shù)改造人員應(yīng)注意對原鍋爐燃燒器OFA噴口的設(shè)計改造問題，避免該噴口無法很好地控制鍋爐內(nèi)的氣流，無法降低鍋爐出煙口溫度的偏差。因此，技術(shù)改造人員應(yīng)根據(jù)改造后鍋爐燃燒器的技術(shù)參數(shù)，利用耐熱板對其進行封堵，或者進行設(shè)計改造，從而保證鍋爐燃燒器內(nèi)的空氣可以充分進行分級燃燒，有效地降低燃燒過程中生成的氮氧化物，保證燃料燃燒的效率。

5? 火電廠鍋爐低氮燃燒運行的優(yōu)化方案

5.1? 對一次風(fēng)、二次風(fēng)和周界風(fēng)進行優(yōu)化調(diào)整

在火電廠鍋爐燃燒的過程中，生成的氮氧化合物濃度會隨著燃盡區(qū)的風(fēng)量變化而產(chǎn)生變化，通俗來講，燃盡區(qū)的風(fēng)量越大，鍋爐內(nèi)氧氣的含量就會越低，產(chǎn)生氮氧化物的濃度也就會越低。而通過對不同功率機組的運行進行調(diào)節(jié)，以及對正寶塔或倒寶塔的配風(fēng)方式進行對比分析，我們發(fā)現(xiàn)：使用倒寶塔進行配風(fēng)，鍋爐燃燒器在運行中氮氧化合物產(chǎn)生的量較低，這樣可以在很大程度上降低火電廠排放煙氣中的氮氧化合物，降低大氣的污染狀況。因此，在鍋爐低氮燃燒的過程中，我們應(yīng)設(shè)置各層二次風(fēng)的開度保持在0.7以下，而上層的二次風(fēng)開度則應(yīng)小于0.35，此外，各層的周界風(fēng)開度應(yīng)控制在0.15到0.2之間。具體優(yōu)化調(diào)整的方案，各火電廠應(yīng)根據(jù)自身的實際情況合理進行調(diào)整。

5.2? 燃燒器的擺角和燃盡區(qū)風(fēng)量的優(yōu)化調(diào)整

根據(jù)分析低氮燃燒過程中生成氮氧化合物的數(shù)量，我們發(fā)現(xiàn)，燃燒器的擺角和燃盡區(qū)風(fēng)量的大小對生成氮氧化合物具有極大的影響，對其進行優(yōu)化調(diào)整十分重要。通過向上傾斜調(diào)整燃盡風(fēng)的角度，有效降低了鍋爐兩側(cè)溫度的差別，提升了擺角在運行中工作的效率。此外，通過增大燃盡區(qū)的風(fēng)擋板，能有效降低氮氧化合物的排放量，并降低飛灰的數(shù)量。

5.3? 爐內(nèi)含氧量的優(yōu)化調(diào)整

為保證鍋爐內(nèi)燃料的充分燃燒，實現(xiàn)清潔低氮燃燒，我們在低氮燃燒的運行中，還要控制鍋爐內(nèi)的含氧量，因為含氧量越少，產(chǎn)生的氮氧化合物就越少，其排放量就越低。但同時，隨著氧氣的降低，飛灰可燃物卻不斷增加，經(jīng)過實驗研究，鍋爐內(nèi)的含氧量保持2.5%到3.5%之間為最佳，既能降低氮氧化合物的產(chǎn)生量，又能確保燃燒的效率和質(zhì)量。

6? 結(jié)束語

對火電廠鍋爐低氮燃燒進行改造，使其運行更加科學(xué)合理，對于降低氮氧化合物的產(chǎn)生量與排放量十分重要，對于打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)具有重要的價值和意義。本文就分析了火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優(yōu)化的策略，希望能給相關(guān)人士的研究提供參考。

參考文獻：

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