淺析低氮燃燒器改造對鍋爐運行影響

朱明磊

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

近年來，隨著社會的發(fā)展環(huán)境污染問題也越來越嚴重，惡劣的環(huán)境給我們的生活和健康都帶來了一定程度的影響，在環(huán)保政策的要求下，工業(yè)如今也非常重視節(jié)能減排措施，低氮燃燒技術(shù)在環(huán)保上具有一定優(yōu)勢，但同時對鍋爐的運行也存在著一定的影響，所以要在新環(huán)保技術(shù)產(chǎn)生問題的處理措施上，進一步加強，為工業(yè)可持續(xù)發(fā)展爭取最大的環(huán)保機制。本文對有關(guān)內(nèi)容展開了論述，具有一定的現(xiàn)實意義。

1 低氮燃燒技術(shù)

低氮燃燒技術(shù)是指利用改變?nèi)紵龡l件降低氮的排放量，在降低氮排放的各種技術(shù)中，低氮燃燒技術(shù)應用比較廣泛并且有效，低氮燃燒技術(shù)根據(jù)不同的條件可分為三類。

1．1 空氣分級燃燒

它是指將空氣在燃燒時分不同階段送入，分別達到缺氧和富氧狀態(tài)。缺氧燃燒階段由于氧氣的濃度比較低，降低了燃燒的速度和燃燒的溫度，因為不能進行完全燃燒，所以部分中間產(chǎn)物NH3會將已經(jīng)生成的產(chǎn)物NOX還原成N2，隨后加大空氣的投入量進行富氧燃燒，此階段的燃燒溫度已經(jīng)降低生成的NOX量有限，即使空氣量較多仍不能進行完全反應，從而降低氮的排放量。

1．2 燃料分級燃燒

它是指將燃料分成幾股燃料流，然后讓這幾股燃料流在燃燒區(qū)進行燃燒反應，把75%～80%的燃料流放入到主要燃燒區(qū)加富氧進行富氧燃燒，將剩下的20%～25%送到再燃燒區(qū)進行缺氧燃燒，這樣在主燃燒區(qū)的產(chǎn)物NOX被還原，從而減少氮的排放量。

1．3 煙氣再循環(huán)燃燒

它是指在鍋爐空氣預熱器里抽出一小部分低溫煙氣，將其直接送到爐膛內(nèi)，或者是將其滲入二次風當中，由于低溫煙氣直接進入爐內(nèi)或者與空氣一起送入爐內(nèi)，使得煙氣吸收了熱量降低燃燒溫度，稀釋了氧氣降低氧氣濃度，從而使得NOX的生成受到了條件的抑制，降低了氮的排放量。

2 低氮燃燒器

燃燒器作為燃油鍋爐和燃氣鍋爐等工業(yè)鍋爐的重要設備設施，是保證燃料能夠穩(wěn)定燃燒和持續(xù)燃燒的必備條件，根據(jù)降低氮排放的不同方式主要分為以下幾類：

2．1 濃淡型燃燒器

將一部分燃料給予過高濃度氧氣進行燃燒，另外一部分燃料給予過淡濃度氧氣進行燃燒，但總的來說，氧氣的總量是不變的，由于兩部分燃料在燃燒時反應條件都不是最合適的所以產(chǎn)物NOX的產(chǎn)出量都很低，也叫非化學當量燃燒。

2．2 分割火焰型燃燒器

將一個火焰劃分成幾個小火焰，小火焰散熱快、溫度較低，使反應條件“熱”降低，并且小火焰可以縮短氧氣和氮氣在火焰中的反應時間，對生成NOX過程起到了抑制作用，從而降低氮排放。

2．3 低NOX預燃室燃燒器

預燃室作為一種新開發(fā)的低NOX燃燒技術(shù)具有很高的效率，預燃室由一次風或者是二次風與燃料噴射系統(tǒng)共同組成的，燃料和風速混合在預燃室的第一次燃燒區(qū)進行富燃料缺氧燃燒，只有部分燃料進行了反應，其余燃料在缺氧及低溫中導致析出揮發(fā)，降低了NOX的產(chǎn)出量。

2．4 自身再循環(huán)燃燒器

利用助燃空氣壓頭，將一部分燃燒后的煙氣吸回，然后再重新進入燃燒器中和空氣混合進行燃燒，也可以讓煙氣直接在燃燒器里進行再循環(huán)不斷的燃燒，由于煙氣的再循環(huán)過程降低了燃燒溫度，從而抑制了NOX的生成。

3 低氮燃燒器改造對鍋爐運行的影響

3．1 對鍋爐燃燒時穩(wěn)定性的影響

鍋爐的穩(wěn)定性體現(xiàn)在很多方面，其最主要的體現(xiàn)是在溫度的穩(wěn)定性以及運行過程中的穩(wěn)定性上。低氮燃燒器在一次噴風口安裝了濃淡組合，而且利用熱回流接力燃燒等技術(shù)，在燃燒過程中根據(jù)熱力與動力不對稱原理進行設計，使噴口處的煤粉熱解后與鍋爐中心的復合射流大渦進行連接，熱回流碳粉的較高回流率使停留時間變長，提高了環(huán)渦內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量，使溫度升高影響著鍋爐的運行；低氮燃燒器的改造又在氧氣的數(shù)量上進行了控制，在燃燒過程中氧氣需要滿足燃燒條件產(chǎn)生熱量，由于氧氣數(shù)受到了控制熱量的產(chǎn)生也就受到了抑制，從而影響著鍋爐的運行。兩種運行方式的存在影響著鍋爐的穩(wěn)定運行。

3．2 對鍋爐內(nèi)部環(huán)境的影響

低氮燃燒器中的噴口比傳統(tǒng)的燃燒器噴口低，因此，在鍋爐的運行中燃料產(chǎn)生的火焰也發(fā)生了移動，燃燒面積降低會使得鍋爐對溫度的接收程度變低，而在鍋爐的內(nèi)部產(chǎn)生的壓力狀況也發(fā)生了變化，會有一些不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象產(chǎn)生。低氮燃燒器設備的改造使鍋爐的部件也發(fā)生了改變，在運行上會發(fā)生不同狀況。低氮燃燒器改造使鍋爐內(nèi)部的氧氣量受到了一定的影響，通常會有一個最大運行氧量和一個最小運行氧量，機組的調(diào)節(jié)跟不上氧量調(diào)節(jié)而出現(xiàn)負氧情況，氧氣量的變化與燃燒程度的變化使鍋爐內(nèi)外部壓力發(fā)生變化，改變了內(nèi)部環(huán)境，并且使相關(guān)人員需要對氧氣量進行調(diào)整控制，直接造成送風工作不能及時進行調(diào)節(jié)，鍋爐不能持續(xù)穩(wěn)定的運行。

3．3 對鍋爐再熱氣溫的影響

低氮燃燒器在改造后將原來的燃燒器標高下移，對再熱氣溫有很大的影響，低氮燃燒器改造后由于機組協(xié)調(diào)緩慢的問題使得鍋爐壓力的跟蹤調(diào)整跟不上，容易造成超調(diào)現(xiàn)象，使得氣溫的變化幅度變大。改造后的低氮燃燒器有一組擺動火嘴，當噴口向上擺動蒸汽的溫度會上升，噴口向下擺動時溫度會下降，但因為只有一組搖動火嘴所以溫度調(diào)整速度受限，調(diào)整的時間過長加上風次配比受到低氧條件的控制，影響著機器的效率。為了保證鍋爐出口溫度在規(guī)定范圍內(nèi)低負荷，需要使用制粉系統(tǒng)，這樣又會導致受熱面溫度過高，很難再不超溫的情況下還能保持出口溫度保持在規(guī)定范圍內(nèi)，影響著鍋爐的運行。

3．4 對爐膛結(jié)焦的影響

低氮燃燒器改造時雖然采用了橫向雙區(qū)、縱向分級、加貼壁風和逆風向射流等措施用，來控制受熱面結(jié)焦情況，但在運行中，仍能發(fā)現(xiàn)燃燒器噴口處有結(jié)焦情況，特別是當啟動下層制粉系統(tǒng)時，會明顯影響著負壓，說明燃燒區(qū)狀況不好，而由于主燃燒區(qū)進行缺氧燃燒，所以燃燒器附近會出現(xiàn)冷壁結(jié)焦現(xiàn)象，并且比較嚴重，而且在降負荷中還會經(jīng)常出現(xiàn)掉焦現(xiàn)象，惡化主燃燒區(qū)影響鍋爐的運行。

3．5 對爐渣可燃物的影響

改造后的低氮燃燒器，雖然NO的產(chǎn)量得到了降低，但是同時也增加了爐渣可燃物。低氮燃燒技術(shù)采用的是低溫低氧條件燃燒，燃燒區(qū)溫度下降越多煤粉著火受到的影響就越大，燃燒區(qū)的氧氣量降低煤粉燃盡能力就下降，燃燒的過程也就被加長了使得爐渣可燃物變多，而且有些燃燒器的噴口面積改變使得混合風推遲不利于鍋爐內(nèi)煤粉的氣流流動使燃燒不完全增加爐渣可燃物，爐渣可燃物的不斷增加會使鍋爐的尾部磨損增加，從而減少鍋爐的使用壽命。

3．6 對鍋爐運行效率的影響

根據(jù)氮氧化合物反應生成原理，主要影響氮氧化合物生成數(shù)量的因素，有燃燒火焰溫度、氧濃度、燃燒時間，而降低氮氧化合物生成數(shù)量的有效途徑是降低燃燒火焰溫度和降低氧濃度。低氮燃燒器改造后燃燒器下移采用低氧燃燒，只靠最頂層的燃盡風燃燒，燃盡效果不明顯影響效率。而降低火焰燃燒溫度使得不完全燃燒程度增加，也影響鍋爐運行效率。

4 低氮燃燒器改造要求

4．1 低氮燃燒器改造燃燒優(yōu)化工作

燃燒器運行方式方面：燃燒器改造應該增加爐膛的額定溫度，加強煤粉燃燒時的穩(wěn)定性，減小燃燒器突然動力不足導致停運狀況發(fā)生的可能性；鍋爐分配風方式方面：鍋爐分配二次風應該滿足基本需求，在合理的范圍內(nèi)達到富燃狀態(tài)，在鍋爐的運行過程中還要保證風壓正常穩(wěn)定；鍋爐運行氧量方面：在運行過程中，將氧氣量控制在合理范圍內(nèi)，根據(jù)實際情況確定最佳含氧量；煤粉精細程度方面：根據(jù)不同燃燒分級技術(shù)，需要格外注意煤粉的精細程度，嚴格按照規(guī)定要求進行，以達到最大優(yōu)化。

4．2 低氮燃燒器改造后煤爐摻配管理

加強煤爐摻配管理是將煤熔點作為考核的目標，禁止將不同種煤進行混合，根據(jù)提供煤的供應商所提供的的煤常數(shù)進行管理，如出現(xiàn)異常問題，要及時地上報進行分析，并制定措施，燃煤摻配管理要時刻關(guān)注產(chǎn)生煤灰、燃盡時間等時間點。

4．3 燃燒器改造后安裝工作

改造后的低氮燃燒器，在安裝方面，要注意嚴格按照要求進行角度校準，對偏轉(zhuǎn)角進行校對核驗，對燃燒器擺動角進行測量，確保噴口尺寸、燃燒器直徑等符合設計要求。

5 結(jié)語

綜上所述，鍋爐在運行時，其性能優(yōu)劣會受到很多因素的影響，雖然低氮燃燒器改造對鍋爐的運行有著一定的影響，但為使能源清潔，并且減少對環(huán)境的危害，還是需要結(jié)合實際優(yōu)化對低氮燃燒器的改造，也可以通過規(guī)范低氮燃燒器改造過程，提高鍋爐運行可靠性，從整體上提高低氮燃燒器改造技術(shù)。