淺析煤粉爐低氮燃燒改造后的燃燒優(yōu)化

摘要：煤粉在燃燒過程中會排放氮氧化物（NOx）對生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害，火力發(fā)電廠燃煤鍋爐通過低氮燃燒為主、脫硝為輔，對氮氧化物的排放量進(jìn)行有效控制，減少環(huán)境、生態(tài)問題。但在低氮燃燒改造的同時(shí)因技術(shù)、調(diào)試、設(shè)備等問題，造成鍋爐大渣含碳量、飛灰可燃物偏高、噴燃器結(jié)焦、鍋爐效率降低等問題。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒;調(diào)整試驗(yàn);數(shù)據(jù)分析;改進(jìn)措施;脫硝

前言

某化工100萬噸/年聚氯乙烯循環(huán)綜合利用項(xiàng)目配套熱電廠的鍋爐是由華西能源工業(yè)股份有限公司于2009年制造的4×480T/H高溫、高壓、自然循環(huán)、∏型布置、單汽包室內(nèi)布置、緊身封閉、四角切圓燃燒、固態(tài)排渣的電站鍋爐、鍋爐房高度約60000mm、爐膛為寬度10400mm、深度10400mm的正方形爐膛，在由膜式水冷壁形成的爐膛上部布置全輻射式大屏過熱器，折焰角上方布置高溫過熱器，水平煙道布置低溫過熱器，過熱器采用兩次混合，一次左右交叉，兩級噴水減溫，鍋爐爐膛、過熱器采用全懸吊結(jié)構(gòu)[1]，尾部布置省煤器和空氣預(yù)熱器，分別支撐在尾部構(gòu)架上。與2014年2015年，分別對四臺鍋爐全部進(jìn)行了低氮燃燒改造與SCR脫硝改造，改造后四臺鍋爐大渣含碳量、飛灰可燃物不同程度偏高，后期經(jīng)過調(diào)整飛灰可燃物平均值為3.84%、大渣可燃物平均值在3.92%。但四臺鍋爐低氮燃燒出口氮氧化物值達(dá)到350mg/Nm?左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)值205±15mg/Nm?，造成噴氨量過大及氨逃逸增大，煙氣中氨氣含量過大，甚至可能造成爆炸，同時(shí)造成尾部煙道受熱面腐蝕加劇。

一、 低氮燃燒技術(shù)

燃煤鍋爐排放的NOx主要由NO、NO2及微量N2O組成，其中NO含量超過90%，NO2約占5-10%，N2O量只有1%左右。煤粉燃燒過程中理論上NOx的生成有三條途徑即：熱力型、燃料型與瞬態(tài)型。其中燃料型NOx產(chǎn)生于煤粉燃燒初期，所占NOx比例超過80-90%，是通過燃燒控制NOx減排的主要對象。爐內(nèi)低NOx燃燒技術(shù)通過控制爐膛局部區(qū)域的燃燒溫度與停留時(shí)間，生成中間產(chǎn)物HCN與NH3來抑制與還原已經(jīng)生成的NOx。適用于切園與墻式燃燒鍋爐的低氮燃燒技術(shù)主要有低NOx燃燒器、空氣分級、燃料再燃及燃燒優(yōu)化等。

（一）直流低NOx燃燒器

在燃燒器噴嘴上游，采用特定機(jī)構(gòu)將煤粉濃縮分離，在煤粉噴嘴處形成局部的煤粉濃淡偏差燃燒，提高濃相煤粉的加熱速率與揮發(fā)分（尤其是揮發(fā)分氮）的析出量，來控制燃燒初期的NOx生成。直流型濃淡低NOx燃燒器主要有：利用水平彎頭離心力或強(qiáng)制轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的水平濃淡型（百葉窗）、利用垂直彎頭離心力的WR型垂直濃淡型以及依靠慣性分離的PM型[1]。

（二）爐內(nèi)空氣分級

將部分助燃空氣從燃燒器區(qū)域分離出來，通過燃燒器上方的噴口送入爐內(nèi)，在爐膛高度方向形成空氣分級燃燒，維持火焰下游足夠長的還原停留時(shí)間，是配合燃燒器控制爐內(nèi)NOx生成的重要措施。分級風(fēng)裝置主要有緊湊型、單級分離型及多級分離混合型等三種，與燃燒器配合，能夠降低NOx排放約40-70%，適用于四角切園、旋流燃燒器、“W”火焰燃燒的所有鍋爐。

空氣分級程度決定燃燒器區(qū)域的還原氣氛程度，而分級風(fēng)噴口與燃燒器的距離決定了煙氣在還原區(qū)域內(nèi)的停留時(shí)間，還原氣氛程度越深，停留時(shí)間越長，越有利于控制NOx的生成。但深度空氣分級會使水冷壁處于還原氣氛，導(dǎo)致水冷壁腐蝕與結(jié)渣，且不利于煤粉燃燼，為此實(shí)施空氣分級燃燒時(shí)，必須采取邊界風(fēng)或側(cè)壁風(fēng)等措施，保證水冷壁處于氧化氣氛，并提高分級風(fēng)的射流剛性與覆蓋廣度，強(qiáng)化分級風(fēng)與煙氣的混合，兼顧NOx控制與煤粉燃燼。

二、 低氮燃燒后對鍋爐的影響：

（一）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，但同時(shí)也造成了大渣含碳量、飛灰可燃物升高。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，使得飛灰、大渣可燃物變多，同時(shí)會使鍋爐的尾部磨損增加，從而減少鍋爐的使用壽命。

（二）對主蒸汽溫度的影響

低氮燃燒器在一次噴風(fēng)口安裝了濃淡組合，低氮燃燒器的改造又在氧氣的數(shù)量上進(jìn)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，由于氧量受到了控制、熱量的產(chǎn)生也就受到抑制從而影響著鍋爐的運(yùn)行，兩種運(yùn)行方式的存在影響著鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

（三）對燃燒器的結(jié)焦影響

雖然噴燃器采用煤粉濃淡，但由于主燃燒區(qū)進(jìn)行缺氧燃燒，在噴燃器口有明顯結(jié)焦，噴燃器結(jié)焦后，致使火焰方向發(fā)生了移動。

（四）對鍋爐運(yùn)行效率的影響

根據(jù)氮氧化合物反應(yīng)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(shí)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(fēng)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(yùn)行效率。

三、 優(yōu)化措施

（一）合理控制氧量，根據(jù)各臺鍋爐特性，分別制定氧量控制要求，使大渣、飛灰可燃物與氮氧化物達(dá)到一個合理平衡狀態(tài)，氧量可制定為3.2%為最佳。

（二）優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)證明不同的燃燒工況，燃燒生成的氮氧化物值也不同，根據(jù)試驗(yàn)介紹在日常運(yùn)行過程中下三層制粉系統(tǒng)運(yùn)行為最佳方式。

（三）優(yōu)化二次風(fēng)配風(fēng)方式，各層二次風(fēng)小風(fēng)門開度不同，對爐內(nèi)的燃燒工況影響不同。根據(jù)不同的配風(fēng)方式，分別為均等、正塔、倒塔，縮腰，確定均等配風(fēng)方式為最佳配風(fēng)方式。

（四）燃盡風(fēng)調(diào)整，燃盡風(fēng)調(diào)整對鍋爐燃燒工況的變化起到重要作用，確認(rèn)燃盡風(fēng)開度在70%為最佳。

綜上所述，低氮燃燒改造后，可能會造成鍋爐效率整體下降，但通過優(yōu)化調(diào)整，在保證氮氧化物的正常排放時(shí)，盡可能地提高鍋爐效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]《某熱電公司4*125MW機(jī)組運(yùn)行規(guī)程 ?鍋爐分冊》

作者：賀榮，男，1983年12月出生，目前從事熱電鍋爐運(yùn)行維護(hù)工作