火電廠鍋爐低氮燃燒改造及運行優(yōu)化分析

楊鵬剛

摘要：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(lán)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(jìn)行詳細(xì)的闡述。

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

引言：

目前，我國的主要發(fā)電類型就是火力發(fā)電，其它的發(fā)電方式產(chǎn)出效率較為低下，還不足以滿足我國如此龐大的人口用電所需，而核能發(fā)電則是因為科技還不夠完善，目前還存在些許的問題。因此，火力發(fā)電仍然是我國現(xiàn)階段的主要供電來源。但是其火力發(fā)電的污染較為嚴(yán)重，需要相應(yīng)的引入新技術(shù)，在這種情況下，低氮燃燒改造技術(shù)應(yīng)勢而生，將低氮燃燒技術(shù)良好的應(yīng)用于火電廠鍋爐發(fā)電進(jìn)程中，可以有效的減少鍋爐的煙氣排放量，加強煙氣凈化系統(tǒng)，降低循環(huán)流化床鍋爐的煙氣產(chǎn)生量，極大的解決煙氣排放所導(dǎo)致的一系列環(huán)境污染問題。為順應(yīng)當(dāng)代可持續(xù)發(fā)展觀念，同時還要滿足我國十幾億人口的用電所需，就要對低氮燃燒改造技術(shù)的應(yīng)用重視起來，并相應(yīng)的加大對該技術(shù)的研究力度。

1、火電廠概述

火電廠其實是火力發(fā)電廠的簡稱，火電廠的主要產(chǎn)電方式就是通過一定的可燃物，目前主要是煤炭資源，充當(dāng)燃料，將各類型能源轉(zhuǎn)化數(shù)次過程最終產(chǎn)出電能。其產(chǎn)電的過程，大致是煤炭燃料在經(jīng)過燃燒后，使得鍋爐中的熱水沸騰生成蒸汽，將其中燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽洚a(chǎn)出的蒸汽積攢到一定程度后，其壓力使得汽輪機進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，即汽輪機帶動發(fā)電機高速旋轉(zhuǎn)，最終將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)槿藗兯枰碾娔?，即電力資源。對于火力發(fā)電來說，往往會用到主要的原動機，這類原動機就是指蒸汽機或者說是燃?xì)廨啓C，有些較為落后的發(fā)電站則會使用到內(nèi)燃機，其工作原理都是通過高溫、燃?xì)?、高壓蒸汽使得透平變成低壓空氣和冷凝水的壓降產(chǎn)生電力資源的。目前，我國現(xiàn)階段的火電廠則與建國初期有著明顯差別，其火電廠主要產(chǎn)出的能源就是電能和熱能。大致由5個系統(tǒng)組成，即燃燒系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。根據(jù)系統(tǒng)的組成，實際生產(chǎn)電能環(huán)節(jié)中需要使用到相應(yīng)的設(shè)備，比如說汽輪機、發(fā)電機、鍋爐等。主要安裝于發(fā)電廠內(nèi)的主廠房中，而其他的配電裝置和主變壓器則置放于室外或者是獨立空間。而某些輔助用設(shè)備，比如說供水設(shè)備、給水系統(tǒng)、除塵設(shè)備、水處理設(shè)備、燃料儲運設(shè)備等，有些安裝于主廠房中，有些則置放于輔助建筑物內(nèi)或者是戶外露天地。而我國的火力發(fā)電根據(jù)不同的應(yīng)用和設(shè)備，以及消耗資源不同，可以分為不同類型的火力發(fā)電廠。按照原動機分：燃?xì)廨啓C發(fā)電廠、蒸汽燃?xì)廨啓C發(fā)電廠、凝氣式汽輪機發(fā)電廠;按照燃料分：燃?xì)獍l(fā)電廠、余熱發(fā)電廠、燃煤發(fā)電廠和各類型垃圾和工業(yè)廢料為燃料的發(fā)電廠;按照輸出能源分：熱電廠、凝氣式發(fā)電廠;按照發(fā)電廠裝機容量分：小容量發(fā)電廠、中容量發(fā)電廠、大中容量發(fā)電廠、大容量發(fā)電廠;按照蒸汽壓力和溫度分：低溫低壓發(fā)電廠、中溫中壓發(fā)電廠、高溫高壓發(fā)電廠、超高壓發(fā)電廠、亞臨界壓力發(fā)電廠、超臨界壓力發(fā)電廠、超超臨界壓力發(fā)電廠等。火電廠發(fā)電具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢，比如說裝機容量可自然決定、布局靈活，一次性投資建造周期短，而且產(chǎn)電能量大。但是其火電廠的污染相當(dāng)大，動力設(shè)備繁多、操作不便，且其主要消耗的煤炭資源為不可再生資源。

2、低氮燃燒器改造方案

2.1優(yōu)選燃燒器

依據(jù)實際要求，制定科學(xué)的低氮燃燒器改造方案，以此為參照，對燃燒器進(jìn)行優(yōu)選。水平濃淡燃燒器和垂直濃淡燃燒器在國內(nèi)應(yīng)用普遍。前者主要作用是分離水平方向煤粉，使其濃淡分開，在爐內(nèi)脫硫工作中應(yīng)用普遍，射流偏向爐內(nèi)中心位置，具備很強的徑直卷吸能力和風(fēng)包煤效果。垂直濃淡燃燒器與其原理相同，使用過程恰相反，著重負(fù)責(zé)垂直方向煤粉分離工作，實施效果非常好。燃燒器類型選擇切忌盲目，除了把爐內(nèi)濃淡煤粉隔開之外，還要全面掌握分離比例、各類參數(shù)情況等，嚴(yán)禁爐內(nèi)有低氮殘留。

2.2改造主燃燒器

改造主燃燒器時，不僅要對主燃燒器標(biāo)準(zhǔn)高度進(jìn)行確定，還要對四角風(fēng)箱風(fēng)道、擋板風(fēng)箱位置等進(jìn)行科學(xué)固定，更換全部噴口、彎頭等，確保各構(gòu)件均達(dá)標(biāo)。最末層以軸向插入式等離子燃燒器形式存在，還要對余下一次風(fēng)燃燒器進(jìn)行更改，使其轉(zhuǎn)換為濃淡燃燒器，上濃下淡或者下濃上淡。該背景下，高耐熱性鋼板應(yīng)用效果好，使四層中間二次風(fēng)噴口保持封閉狀態(tài)，同時更換余下的二次風(fēng)噴口，還要兼顧貼壁風(fēng)噴口布置，確保水冷壁表層有足夠的氧氣，避免因氧氣量不達(dá)標(biāo)，出現(xiàn)圍爐內(nèi)溫度過高、結(jié)渣，發(fā)生腐蝕。除此之外，還需要更改其余二次風(fēng)噴口，使射流方向發(fā)生改變，對一次風(fēng)射流方向和其他二次風(fēng)噴口角度進(jìn)行重點控制，使前期缺氧燃料和后期供給氧得到充分混合。

2.3科學(xué)設(shè)計OFA噴口和二次風(fēng)

盡管鍋爐燃燒系統(tǒng)相對比較復(fù)雜，但OFA噴口結(jié)構(gòu)則比較簡單，在業(yè)內(nèi)備受青睞。實踐中，需要在原有系統(tǒng)基礎(chǔ)上再次對OFA噴口進(jìn)行應(yīng)用，發(fā)揮其優(yōu)勢的同時，兼顧反切性能，對爐內(nèi)氣流進(jìn)行有效控制，使?fàn)t內(nèi)出煙口溫度正常。假使原OFA噴口尺寸、風(fēng)速設(shè)置、風(fēng)量等各指標(biāo)等不能夠契合低氮燃燒技術(shù)改造要求，可直接封堵耐熱版，也可以對其進(jìn)行二次改造。將大比例二次風(fēng)布置在燃燒器上端，便于分級燃燒爐內(nèi)空氣，減少氮氧化物，使鍋爐得到充分燃燒。同時，還要在二次風(fēng)設(shè)計中，考慮燃盡區(qū)位置、大小等指標(biāo)。

3、低氮燃燒運行優(yōu)化方案

3.1優(yōu)化調(diào)整一二次風(fēng)和周界風(fēng)

風(fēng)量變化會對氮氧化合物濃度產(chǎn)生影響，如果風(fēng)量過大，爐內(nèi)氧氣含量和氮氧化合物濃度都比較低。依托機組各功率運行情況調(diào)整，對比正倒寶塔等配風(fēng)方法，可知，倒寶塔配風(fēng)運行產(chǎn)生的氮氧化物少，不會影響大氣。綜合考量氮氧化物、鍋爐燃燒效率對等指標(biāo)，將各層二次風(fēng)開度作為重要控制元素，且不得超過70%，上層二次風(fēng)開度和各層周界風(fēng)開度分別在35%和15%-20%之間，給出優(yōu)化調(diào)整方案。

3.2調(diào)整燃燒器擺角和燃盡風(fēng)

分析低氮燃燒時氮氧化物生成量，調(diào)整燃燒器擺角和燃盡風(fēng)非常關(guān)鍵。調(diào)整燃盡風(fēng)擺角，使之向上傾斜，既能夠規(guī)避鍋爐兩側(cè)氣溫偏差，還能夠達(dá)到良好的擺角運行效果，縮短運行時間。燃盡風(fēng)優(yōu)化調(diào)整，穩(wěn)定鍋爐內(nèi)總分量的同時，依據(jù)具體運行情況，使燃盡風(fēng)擋板增大，對氮氧化物排放量和飛灰參數(shù)進(jìn)行有效控制。

3.3調(diào)整爐內(nèi)含氧量

事實上，科學(xué)調(diào)整爐內(nèi)含氧量，也能夠優(yōu)化低氮燃燒運行過程。通過對爐內(nèi)含氧量進(jìn)行控制，避免生成太多氮氧化物。當(dāng)爐內(nèi)含氧量比較低時，會排出少量氮氧化物。但試驗表明，倘若爐內(nèi)含氧量太低，會增加飛灰可燃物。為避免這種情況，要科學(xué)控制爐內(nèi)氧量，以2.5%-3.5%為宜。除了對火電廠氮氧化物排放量進(jìn)行有效控制，還要對鍋爐燃燒效率進(jìn)行兼顧。

4、總結(jié)

火電廠鍋爐低氮燃燒改造工作技術(shù)性強，工藝標(biāo)準(zhǔn)高，專業(yè)要求嚴(yán)格，實施過程復(fù)雜。這項工作能夠使鍋爐燃燒工作效率得到明顯提高，并對氮氧化物排放量進(jìn)行有效控制，提高火電廠日常工作及服務(wù)質(zhì)量。隨著環(huán)保意識的增強，相關(guān)從業(yè)人員要對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量加以保護(hù)，依據(jù)外部情況，升級改造鍋爐低氮燃燒，使其滿足工藝生產(chǎn)及社會發(fā)展要求，增強設(shè)備性能，實現(xiàn)生產(chǎn)效益和環(huán)境效益。

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（作者單位：神華國華孟津發(fā)電有限責(zé)任公司）