火電廠鍋爐低氮燃燒改造與運行優(yōu)化調(diào)整分析

許瑞杰(秦皇島發(fā)電有限責任公司，河北 秦皇島 066000)

0 引言

我國電力生產(chǎn)依然以煤炭燃燒形式為主，其中鍋爐設備扮演者極其重要的角色。傳統(tǒng)火電廠生產(chǎn)中過于重視經(jīng)濟效益和產(chǎn)能，忽視了環(huán)境保護的要求，大量的粉塵、NOx、CO排放到大氣中，嚴重影響城市生態(tài)環(huán)境。習近平總書記在十九大會議中提出“金山銀山，不如綠水青山”。因此火電廠不僅僅要注重經(jīng)濟效益，同時也要實現(xiàn)社會效益、環(huán)境效益并重?；痣姀S鍋爐運行生產(chǎn)中，可以通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)來控制廢棄排放指標，積極采用低氮燃燒技術實現(xiàn)鍋爐改造，加強污染氣體排放總量、排放濃度控制，減少對自然環(huán)境的負面影響，提高火電廠鍋爐運行的綜合效益。

1 火電廠鍋爐低氮燃燒改造技術原則

1.1 把握現(xiàn)實存在的問題

根據(jù)鍋爐運行緊密結合受熱面出現(xiàn)的問題與情況，設定解決問題的改造方案，如鍋爐金屬管材老化嚴重，則要進行更換升級；如果是系統(tǒng)結構、設備布置不合理，則要從系統(tǒng)、結構優(yōu)化角度進行處理。

1.2 聯(lián)合制定改造方案

制定方案通常是由制造廠家制定設計方案，根據(jù)火電廠鍋爐運行環(huán)境、運行參數(shù)，對可能存在的影響因素進行論證、分析，確保整個改造方案的科學合理性。全方位考量局部改造對整個生產(chǎn)系統(tǒng)的影響。如在管材設計中，如果管材老化需要進行升級，則通常受熱面規(guī)格不發(fā)生變化；如果因設計問題進行改造，則要綜合考量受熱面管材布置、重量變化、管材規(guī)格等，還要提前明確煙氣系統(tǒng)阻力、汽水側(cè)阻力影響。改造圖紙要到鍋爐運行現(xiàn)場進行校對，充分考慮現(xiàn)場空間環(huán)境的限制，新管排布置要貼合設計圖紙內(nèi)容，做好實地測繪工作[1]。

1.3 科學應用低氮燃燒技術

為了能夠減少鍋爐燃燒中的NOx排放量，要積極采用低氮燃燒技術，并配合煙氣脫硝技術。通過研究發(fā)現(xiàn)，低氮燃燒技術借鑒了NOx生成機理，主要應用了的低氧燃燒、煙氣再循環(huán)。通過在縱向部位增設燃燒器，可以實現(xiàn)氧化還原、主還原、燃盡區(qū)三個模塊形成。在此過程需要結合鍋爐的實際運行情況，在合適位置安裝燃燒器，有助于鍋爐內(nèi)部有機染料、配風的低氧低溫燃燒，同時進行分區(qū)、分級處理，嚴格控制NOx的排放量，起到清潔燃燒效果。

2 鍋爐低氮燃燒改造方案

對于低氮燃燒改造來說，做好燃燒器選擇是前提，必須要符合鍋爐改造標準，之后結合鍋爐NOx、粉塵排放要求，對主燃燒器再次進行改造，做好OFA噴口和二次風設計工作，從而滿足改造要求。其主要表現(xiàn)在：

2.1 優(yōu)選燃燒器

結合鍋爐低氮燃燒的實際要求，制定科學的低氮燃燒改造方案，根據(jù)具體改造方案優(yōu)選燃燒器。在我國主要是應用水平濃淡燃燒器、垂直濃淡燃燒器。水平濃淡燃燒器主要是在水平方向?qū)崿F(xiàn)不同濃度煤粉劃分，可以應用在爐內(nèi)脫硫體系中，射流到爐內(nèi)中心位置，徑直卷吸能力、風包煤效果非常強。垂直濃淡燃燒器的原理與水平式濃淡燃燒器機理類似，但運行過程相反，主要是向垂直的方向進行煤粉分離，應用效果也較為理想。在選擇燃燒器過程中要根據(jù)鍋爐運行實際情況和NOx排放標準合理選擇，切勿盲目，不僅要隔離爐內(nèi)濃淡煤粉，還要控制具體的分離比例、數(shù)據(jù)參數(shù)等，盡可能減少爐內(nèi)的低氮殘留量。

2.2 主燃燒器改造

在主燃燒器改造當中，除了要確定主燃燒器標準高度，還要固定好四角風箱風道、擋板風箱位置，將彎頭、噴口全部更換，保證每個構件均可以達到使用標準。在最最末層使用插入式等離子燃燒器，更改余下一次風燃燒器為濃淡燃燒器，根據(jù)實際改造方案做好濃淡燃燒器類型選擇。結合以往的改造方案，高耐熱性鋼板使用效果較好，可以保持四層中間二次風噴口時刻保持封閉狀態(tài)，之后將余下的二次風噴口更換，兼顧貼壁風噴口布設位置，保持水冷壁表面上含有充足的氧氣，避免氧氣過少無法滿足標準，否則可能在圍爐內(nèi)出現(xiàn)溫度超標、結渣、腐蝕等問題[2]。此外，要將剩余二次風噴口進行整改，重點改變射流方向，重點控制一次、二次風射流方向噴口角度，保證前期缺氧燃料、后期供給氧之間混合足夠充分。

2.3 OFA噴口和二次風設計

雖然鍋爐燃燒系統(tǒng)結構組成較為復雜，因此可以采用結構更加簡單的OFA噴口。在具體應用中，要在原有基礎上應用OFA噴口，這樣不僅可以提高噴口反切性能，還可以有效控制爐內(nèi)氣流量，保持爐內(nèi)出煙口溫度的穩(wěn)定性。如果所用的OFA噴口尺寸、運行風速、運行風量等指標無法滿足低氮燃燒改造標準，可以直接將耐熱板封堵，也可以重新進行改造。在燃燒器上部設置大比例二次風，對爐內(nèi)空氣分級燃燒，降低NOx的生成，提高鍋爐內(nèi)部的燃燒率。此外，在二次風設計當中，要重點考慮風量大小、燃盡區(qū)位置等因素。

3 低氮燃燒運行優(yōu)化原理與要求

低氮燃燒優(yōu)化調(diào)整需要在保證鍋爐運行安全基礎前提下展開設計，考慮各個優(yōu)化方案使用中鍋爐運行經(jīng)濟性，綜合考量含氧量、各個風門、煤粉粗細等參數(shù)，優(yōu)化調(diào)整低氮燃燒運行情況。如在一次風、二次風、周界風調(diào)整當中，要根據(jù)實際情況進行二次風門開度調(diào)整，保持內(nèi)部的低氧燃燒。理論上，燃盡風越強、含氧量越低、NOx生成量越少。而減少NOx生成量可以減少對自然環(huán)境的負面影響。但在實際運行中二次風開度不能過大[3]。要結合NOx具體排放量、火電廠鍋爐運行效率、調(diào)節(jié)優(yōu)化綜合難度等多個方面進行分析。不同火電廠的鍋爐燃燒技術指標不同，低氮燃燒系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整必須要結合實際情況，深入考察鍋爐內(nèi)部結構構造，計算鍋爐燃燒的實際效率信息，對燃燒設備進行優(yōu)化改造，這樣才能夠提高爐內(nèi)的燃燒率?？茖W定制合理的優(yōu)化方案，以保證鍋里燃燒穩(wěn)定性為核心，對爐內(nèi)燃燒情況進行優(yōu)化，全方位考量燃燒料、制粉系統(tǒng)對燃燒率造成的影響。

4 低氮燃燒優(yōu)化調(diào)整措施

為了能夠在保證鍋爐燃燒效率基礎上，降低NOx、粉塵排放量，必須要從多個方面展開調(diào)節(jié)，包括“三風”、燃盡風與擺角、爐膛內(nèi)含氧量、煤粉細度等，綜合考慮各項影響因素，這樣才能夠全面提高低氮燃燒改造效益。

4.1 一次風、二次風、周界風優(yōu)化調(diào)整

在進行主燃燒區(qū)調(diào)整當中，要特別關注低氧燃燒的實際需求，做好二次風門實際開度控制，把控好燃盡風量、控氧量之間的關系，根據(jù)鍋爐機組內(nèi)部的實際運行狀況，對鍋爐優(yōu)化參數(shù)進行調(diào)整，對比采用多種配風方案，采取多元化的鍋爐運行模式，盡可能減少NOx實際排放量，控制鍋爐生產(chǎn)帶來的污染問題，提高火電廠生產(chǎn)的環(huán)境效益。對于二次風開度控制來說，通常最上層二次風開度要控制在35%以內(nèi)，每層周界風開度要在15%～20%范圍內(nèi)，最下層二次風開度不得低于70%，如果最下層二次風開度不足70%，則在煤粉燃燒過程中容易出現(xiàn)缺氧問題，快速增加煙氣的生成量。考慮到二次風組合模式、NOx排放量、鍋爐汽體溫度等存在著相互影響作用，因此在進行優(yōu)化調(diào)整過程中，要根據(jù)這些數(shù)據(jù)參數(shù)綜合進行調(diào)整[4]。特別要關注制粉系統(tǒng)工作模式、鍋爐負載情況、鍋爐工作情況等，綜合分析鍋爐低氮燃燒實際效益，從中找出現(xiàn)存問題，針對性對存在問題的參數(shù)展開調(diào)整。

4.2 燃盡風系統(tǒng)與擺角優(yōu)化調(diào)整

結合以往工作經(jīng)驗可知，在主燃燒器擺角在30%以內(nèi)時，則燃燒器上的傾角就越大，增加了爐膛兩側(cè)面汽體溫度、煙氣溫度的差距，因此想要保持汽體溫度保持較高、較穩(wěn)的環(huán)境中，要適當?shù)恼{(diào)小燃燒器擺角。開啟OFA時，此時加熱器兩側(cè)汽體溫度變差會增大，所以此時要調(diào)小OFA的開度，同時保持NOx生成量相對較低。如果增加燃盡風擺角，勢必會對鍋爐汽體溫度、灰飛值等各項參數(shù)造成影響，但整體影響并不大；如果擺角下傾，則會顯著增加NOx排放量，NOx生成量也會有所增加。通過對低氧燃燒過程進行分析考量，結合NOx排放量、鍋爐燃燒率，要做好擺角裝置的優(yōu)化調(diào)整工作?？梢宰屓急M風擺角適當上傾調(diào)整，減少兩側(cè)汽體溫度之間的偏差，保證擺角運行功效。

4.3 爐膛內(nèi)含氧量調(diào)節(jié)

在正式進行低氮燃燒系統(tǒng)調(diào)節(jié)前，火電廠技術人員要提前分析NOx等有害氣體排放量的影響因素，在確定了主要因素之后，再采取針對性的解決措施，保證鍋爐污染氣體排放控制的效果。爐膛內(nèi)的氧氣含量與NOx排放量有直接關系，也就是爐膛內(nèi)氧氣含量越高，則NOx氣體生成量也就越高。在提出NOx排放量控制的目標后，即可進行爐膛含氧量調(diào)整工作，適當降低爐膛含氧量參數(shù)，確定最佳含氧量動態(tài)范圍。雖然在理論上降低爐膛的含氧量可以減少NOx生成量、排放量，但如果爐膛內(nèi)含氧量過低會直接影響鍋爐其他部位正常運行，如會大大增加飛灰類可燃物(由于氧氣少，導致不完全燃燒)，增加了爐膛內(nèi)含碳量，降低爐膛內(nèi)部系統(tǒng)的運行效率?？梢?，含氧量調(diào)節(jié)必要在科學的范圍下進行，最好維持在2.5%～3.5%之內(nèi)[5]。

4.4 鍋爐煤粉細度調(diào)節(jié)

除了以上方法，還可以通過煤粉細度調(diào)節(jié)降低NOx生成量。部分鍋爐由于在更換了低氮燃燒器之后，由于爐膛低氧燃燒以及運行調(diào)整參數(shù)不精準，會出現(xiàn)飛灰含碳值異常上升。產(chǎn)生低氮燃燒改造鍋爐效率與NOx排放量控制相矛盾的情況，而通過對煤粉細度進行調(diào)節(jié)，將煤粉細度均值下調(diào)40%～50%，之后借助工況優(yōu)化調(diào)整燃燒值，可以下降火焰中心，有效控制飛灰值，同時降低NOx生成量[6]。這是由于降低煤粉細度，能夠加強在分級燃燒度，提升焦炭中氮的釋放速率，加強NOx還原能力。據(jù)調(diào)查顯示，煤粉細度下降會導致煤粉系統(tǒng)電耗增加大約0.02%左右，但考慮到燃燒效率提升，所以鍋爐整體運行效率更高一些。

5 結語

綜上所述，火電廠鍋爐低氮燃燒改造工程具有工藝標準高、技術性強、專業(yè)嚴格、實施過程復雜等特點，因此必須要全方位加強低氮燃燒器改造方案的研究工作。通過科學改造、合理調(diào)整，提高鍋爐燃燒效率，有效控制NOx生成量，提高了火電廠運行的經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益。未來，隨著我國對環(huán)境保護工作愈加重視，火電廠管理人員要將環(huán)境保護作為科學生產(chǎn)前提，根據(jù)政策要求、生產(chǎn)狀況，對鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)進一步升級改造，確保鍋爐運行能夠滿足社會可持續(xù)發(fā)展需求。