燃煤鍋爐低氮燃燒優(yōu)化策略分析

沈忠明 葉飛 錢曉峰

摘? 要：在火電廠中，燃煤鍋爐是將生物能轉(zhuǎn)換為熱度的重要工具，而隨著鍋爐燃燒就會(huì)將燃燒材料中的有毒氣體釋放出來，如氮氧化物等，既影響廠內(nèi)員工的身體健康，又影響周邊的環(huán)境質(zhì)量。那么，這就需要廠商采用一些特殊措施，并且逐漸更新廠內(nèi)傳統(tǒng)的燃煤鍋爐技術(shù)，如空氣燃燒技術(shù)等，從而可以達(dá)到燃煤鍋爐低氮燃燒的效果。該文對(duì)燃煤鍋爐低氮燃燒優(yōu)化策略進(jìn)行分析，以期實(shí)現(xiàn)提高火電廠中燃煤鍋爐生物能轉(zhuǎn)換效率的目的。

關(guān)鍵詞：燃煤鍋爐? 低氮燃燒? 爐膛壓力 優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TK229.6 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）08（a）-0064-03

Analysis of Low Nitrogen Combustion Optimization Strategies for Coal-Fired Boilers

SHEN Zhongming? YE Fei? QIAN Xiaofeng

（Zheneng Jiahua Power Generation Co.， Ltd.， Jiaxing， Zhejiang Province， 314000 China）

Abstract： In thermal power plants， coal-fired boilers are an important tool for converting biomass into heat， and as the boiler burns， toxic gases in the burning materials will be released， such as nitrogen oxides， which affects the employees of the plant. Physical health also affects the surrounding environmental quality. Then， this requires the manufacturer to adopt some special measures and gradually update the coal-fired boiler technology in the plant， such as air combustion technology， so as to achieve the effect of low-nitrogen combustion of the combustion boiler. This paper analyzes the optimization strategy for low-nitrogen combustion of coal-fired boilers in order to achieve the purpose of improving the efficiency of biomass conversion of coal-fired boilers in thermal power plants.

Key Words： Coal fired boiler; Low nitrogen combustion; Furnace pressure; Optimization

當(dāng)前，我國(guó)正處于第三產(chǎn)業(yè)迅速上升地位的時(shí)刻，第三產(chǎn)業(yè)比重迅速上升，占據(jù)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要比重，相應(yīng)的，工業(yè)生產(chǎn)逐漸呈現(xiàn)出下滑的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)和經(jīng)濟(jì)地位。一方面是由于社會(huì)轉(zhuǎn)型的需求，另一方面是由于環(huán)境因素的驅(qū)使，正是由于20世紀(jì)我國(guó)濫采濫用，導(dǎo)致出現(xiàn)生態(tài)資源損失嚴(yán)重的問題，使得如今僅能通過開發(fā)探取新的節(jié)能型資源使用來降低對(duì)環(huán)境的污染程度。而低氮燃燒是能夠解決這一問題的重要方法之一，低氮燃燒可以釋放出極少量的氫氣，所以可以作為節(jié)能型資源，從而在一定程度上起到可以降低發(fā)電污染的目的。

1? 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

1.1 可以影響空氣分級(jí)燃燒技術(shù)正常實(shí)施的因素

第一，如果已經(jīng)在鍋爐燃燒中使用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，那么當(dāng)輸送二次燃料時(shí)，就必須要從鍋爐的上方進(jìn)行輸送燃料。不過，正是由于該項(xiàng)操作，導(dǎo)致二次燃料會(huì)在鍋爐中短時(shí)間內(nèi)引燃其他燃料，這就容易造成資源的浪費(fèi)的問題。那么，從當(dāng)前投入生產(chǎn)使用的二次燃料種類來看，燃料主要包括天然氣、煤、油等材料。而從這些材料的使用效率來看，天然氣是最佳的二次燃料的選擇，因?yàn)樘烊粴獾闹饕煞譃榧淄?，而甲烷?duì)于城市使用能源而言，是效果良好的節(jié)能資源。并且，當(dāng)天然氣被當(dāng)作二次燃料燃燒后，會(huì)生成極少的氮氧化物，從而有效降低對(duì)大氣環(huán)境的污染程度，這種現(xiàn)象是由于該氮氧化物中氮成分的含量較低產(chǎn)生的。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，天然氣中本身僅含有2%左右的氮成分，所以其二次燃燒后生成的氣體既不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成較大空氣污染，又能夠在充分燃燒后不會(huì)出現(xiàn)難燃的殘留物質(zhì)的問題。

1.2 注意再燃燃料的輸送時(shí)間

一般情況下，需要在主燃燒區(qū)剛剛結(jié)束燃燒時(shí)，就應(yīng)該直接將再燃燃料噴入鍋爐中，這樣才能在最高溫度處充分發(fā)揮還原反應(yīng)的作用，使其生成的更多的氮氧化物。并且，在使用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)時(shí)還需要注意在輸送再燃燃料時(shí)，不能將其與一次燃燒區(qū)隔離較近，因?yàn)槿绻偃既剂辖咏淮稳紵齾^(qū)時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致再燃燃料中過多的氧氣直接吸入進(jìn)還原區(qū)，這樣就會(huì)直接提升還原區(qū)中的空氣系數(shù)，從而降低了再燃燃料的燃盡效率。

2? 氮氧化物的形成機(jī)理及控制現(xiàn)狀

在一般情況下，煤炭燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生大量的氣體。例如，一氧化氮、二氧化氮等，而且這幾種氣體的含量非常高。因此，在工業(yè)技術(shù)中低氮技術(shù)對(duì)應(yīng)需要解決的就是煤炭燃燒過程中的氮?dú)怏w排放問題，需要控制一氧化氮、二氧化氮等的排放量以及排放標(biāo)準(zhǔn)。在煤炭燃燒過程中產(chǎn)生氮氧化物的主要方法有3種：首先，空氣中的氮在高溫下被氧化形成氮氧化物。其次，燃料中的氮化合物在燃燒過程中容易遇熱容易被熱分解并被氧化形成氮氧化物。最后，空氣中的氮與燃料中的烴離子基團(tuán)反應(yīng)也會(huì)形成氮氧化物。從這3種情況來看，氮氧化物的形成與多種因素有關(guān)。

3? 對(duì)于鍋爐燃燒器的調(diào)節(jié)運(yùn)行

首先，在空氣分級(jí)燃燒技術(shù)中，主要是通過對(duì)鍋爐設(shè)施中本身含有的低氮燃燒器及時(shí)進(jìn)行改造，使其轉(zhuǎn)化為水平或垂直濃氮燃燒器，因?yàn)檫@兩種燃燒器是有效地降低氮氧化物排放量的燃燒設(shè)備。比如，垂直濃氮燃燒器就是主要通過垂直方向進(jìn)行濃氮燃燒，而在高燃燒器的出口處本身就有穩(wěn)定的回流效果，使得可以將產(chǎn)生的氮氧化物進(jìn)行分離，又可以將燃燒火焰控制在一定范圍內(nèi)，從而使得鍋爐處于持續(xù)穩(wěn)定的狀態(tài)。而垂直濃氮燃燒器的燃燒特點(diǎn)，主要有以下兩個(gè)方面：第一，在垂直濃氮燃燒中，由于鍋爐內(nèi)的溫度會(huì)隨著煤粉濃度的增加而降低，這就使得燃燒著的火的熱度也會(huì)降低，并且時(shí)間越短傳播效率越高，這就說明煤粉的質(zhì)量是決定火焰燃燒效率的關(guān)鍵。第二，在垂直濃氮器中的高煤粉和低煤粉會(huì)分別收到氧氣和燃料的不足，兩者最終生產(chǎn)的氮氧化物含量較少。那么，這就說明即便擁有垂直或水平濃氮燃燒器，如果不能合理調(diào)節(jié)，同樣不能發(fā)揮積極作用。所以，這就需要企業(yè)在選擇鍋爐燃燒器時(shí)，不能盲目選擇，既要掌握將鍋爐內(nèi)的濃氮煤粉清除，又要掌握燃燒器的參數(shù)、分離比例等詳細(xì)數(shù)據(jù)，這樣才能最終確保鍋爐的燃燒質(zhì)量。

4? 對(duì)鍋爐的爐膛壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)

爐膛壓力主要是由鍋爐因燃燒高溫產(chǎn)生的爐內(nèi)負(fù)荷，而在對(duì)其進(jìn)行調(diào)整時(shí)，首先，需要按照企業(yè)處理爐內(nèi)負(fù)荷的具體原則制度進(jìn)行處理。需要注意的是，在處理過程中不能急于求成，尤其在處理粉末狀的煤炭材料時(shí)，需要讓其充分地燃燒在爐膛內(nèi)，這樣就可以將資源利用最大化。其次，如果需要人工降低爐內(nèi)負(fù)荷，那么一定要講究撤出順序，必須在去除爐膛內(nèi)煤炭之后才可以按停供風(fēng)設(shè)備。而相反的，如果要人工負(fù)荷，那么需要先加大供風(fēng)設(shè)備功率，然后才能往爐膛內(nèi)送煤。這樣循環(huán)往復(fù)的操作，既不會(huì)對(duì)鍋爐爐膛造成損失，也不會(huì)影響生產(chǎn)效率。那么，為了避免鍋爐爐膛處于高壓負(fù)荷下，這就需要工作人員時(shí)刻關(guān)注通風(fēng)量和配比數(shù)額的變化，否則在高壓負(fù)荷下的煤炭就會(huì)出現(xiàn)結(jié)焦的情況，這就直接降低鍋爐的產(chǎn)能。由此可見，鍋爐爐膛壓力在各個(gè)鍋爐區(qū)域內(nèi)都有不同的壓力表現(xiàn)，那么只有合理地控制好通風(fēng)量和配比數(shù)額，以及爐內(nèi)風(fēng)量頻率等數(shù)值，這樣就可以有效地降低煤炭對(duì)鍋爐爐內(nèi)造成的污染程度。

5? 對(duì)鍋爐燃燒器的擺角和燃盡風(fēng)進(jìn)行調(diào)節(jié)

首先，在空氣分級(jí)燃燒技術(shù)中的關(guān)鍵因素中，主要是指氮氧化物的生成量。而為了可以避免在技術(shù)中出現(xiàn)溫差問題，這就可以讓鍋爐燃燒器的風(fēng)擺角隨時(shí)保持向上傾斜狀態(tài)。這樣一來，不僅可以有效避免溫差，而且可以減少鍋爐的燃燒時(shí)間，從而達(dá)到降低燃燒成本的目的。同時(shí)，為了可以增加鍋爐的穩(wěn)定程度，可以將燃盡風(fēng)擋板根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行調(diào)整。其次，鍋爐燃燒在火電廠中，通常是具有高技術(shù)、高標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)，不僅整個(gè)流程的操作方式比較繁雜，而且對(duì)于過程中產(chǎn)生的物質(zhì)要求專業(yè)的解釋能力比較高，這樣才可以及時(shí)地處理相關(guān)燃燒問題，避免因時(shí)效性而耽誤解決燃燒問題的效率。最后，為了可以提高火電廠鍋爐燃燒的環(huán)保能力，這既需要工作人員對(duì)于低氮生產(chǎn)保持有具體的火電廠鍋爐燃燒環(huán)保的相關(guān)概念和方法，又需要在實(shí)踐中具體控制、降低燃后產(chǎn)生的氮氧化物排放量，從而最終達(dá)到生產(chǎn)和環(huán)境效益雙豐收的效果。

6? 結(jié)語

綜上所述，鍋爐燃燒是火電廠發(fā)電的主要方式，而傳統(tǒng)火電發(fā)電會(huì)產(chǎn)生較多的有害氣體，使得會(huì)降低周邊環(huán)境的環(huán)境質(zhì)量。并且，在新時(shí)代低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展道路上，綠色發(fā)電逐漸成為目前主要發(fā)電廠商的生產(chǎn)方式和要求。那么，如果鍋爐燃燒也需要加入綠色生產(chǎn)的序列中，這就需要從鍋爐燃燒器的方方面面著手，如爐膛壓力、燃盡風(fēng)等。而且，還可以利用空氣分級(jí)燃燒等技術(shù)的還原效應(yīng)，從而提高鍋爐燃燒的節(jié)能效果。

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