燃烧器改造对低氮燃烧效果影响

燃烧器改造对低氮燃烧效果影响

肖泽杰

（深能合和电力（河源）有限公司广东河源517000）

摘要：随着经济的发展，人们生活水平的提高，人们逐渐意识到可持续发展的重要。煤炭资源已经成为我国使用最多的化石能源，其为社会发展带来了极大便利的同时，也给自然生态造成了污染，尤其是火力发电厂消耗煤炭资源更为严重，火力发电厂在运行的过程中会向周围环境中排放各种污染物，其中主要包括粉尘、硫化物以及氮化物等，这些污染物对人类的生存造成了巨大的威胁，因此，相关部门必须对火力发电厂污染物的排放问题给予足够的关注，加大对污染物控制措施的研究力度。在火力发电厂运行的过程中通过安装低氮燃烧器能够很好地限制NOx的产生，进而能够有效降低NOx的排放量，但是现有的低氮燃烧器在使用的过程中会对锅炉的运行造成一定的影响，必须加大低氮燃烧器改造对锅炉运行影响的研究力度，提升锅炉的燃烧效率。本文就燃烧器改造对低氮燃烧效果影响展开探讨。

关键词：低氮燃烧器；改造；安全性

1引言

随着国家环保形势的日益严峻，火电厂NOx排放标准不断降低，从“100mg/Nm3”到“50mg/Nm3”，部分省份要求再降低到“30mg/Nm3”。燃煤电厂NOx排放面临着越来越大的压力，因此，从燃烧的源头控制NOx的生成成为火电机组锅炉脱硝改造的首选方向。

2低NOx分级燃烧技术特点

锅炉低氮燃烧技术改造主要采用燃料分级及空气分级燃烧技术。直流切圆燃烧锅炉通常采取浓淡燃烧、风包粉、一次风反切等燃料分级技术，并结合紧凑型燃烬风(OFA)、分离型燃烬风(SOFA)等空气分级燃烧技术。旋流墙式燃烧锅炉则通常采用双调风技术和SOFA分级燃烧技术。燃料分级燃烧技术是将煤粉分成浓相和淡相两部分，分级既有利于浓相煤粉的着火稳燃，又能降低NOx的生成。空气分级燃烧技术将炉膛整个燃烧空间分成主燃烧区、NOx还原区、SOFA燃尽区3个部分:主燃烧区域的过量空气系数控制在0.75～0.85之间，实现缺氧燃烧;30%左右的SOFA燃烬风在距离主燃烧区域较远的位置喷入炉膛，保证煤粉和CO的燃尽。采用SOFA空气分级燃烧技术进行改造的烟煤锅炉，NOx排放控制在280～300mg/m3;贫煤锅炉的控制在450～500mg/m3;无烟煤锅炉的控制在700～800mg/m3。

3燃烧时产生NOx的基本原理

炉内燃烧过程NOx生成主要有3种类型：燃料型、热力型及快速型，煤粉炉燃料型NOx占70%～80%，是各种低NOx技术控制的主要对象。其次是热力型，主要是由于炉内局部高温造成，快速型NOx生成量很少。本次研究采取的相关措施进一步控制燃料型及热力型NOx的生成。因为燃料型NOx占总量的70%～80%，是燃烧器改造主要控制对象，一般有低NOx燃烧器、低过量空气系数、燃料及空气分级、烟气再循环等技术手段。特别是空气分级技术，因为较易实施，无需再燃燃料等，得到普遍应用。近年来国内外已发展多种空气分级技术，从结构上历经了OFA（顶部燃尽风）→CFSI-III（偏折二次风）→LNCFS（前2项复合）系统→TFS2000系统（多级OFA加CFSI等）及MACT系统等。由于我国煤质复杂，燃煤多变，国外某些先进技术引进应用往往易出现锅炉结渣、飞灰含碳量较高等问题。因为采用空气分级以后，一部分空气被分离至燃烧器顶部作为燃尽风，主燃烧器区域煤粉燃烧时可能局部严重缺氧出现还原性气氛，使灰熔点降低，水冷壁结渣加剧，水冷壁也可能出现高温腐蚀。另外由于局部严重缺氧煤粉燃烧被抑制，飞灰可燃物升高，锅炉效率下降。因此，采用空气分级技术改造后NOx得到控制，但可能同时出现结渣、腐蚀及飞灰可燃物升高带来锅炉效率下降问题。上述低氮措施及其所引发的现象均发生在炉膛大空间内，燃烧器改造时必须以炉膛大空间为对象，要有“大局观”，将防结渣、防腐蚀、高效燃烧作为降低NOx前提条件综合考虑，而不是把注意力简单地放在一次风喷口上。研究原则：在保证水冷壁不结渣、不产生高温腐蚀、不降低锅炉效率的前提下，对炉膛内的NOx进行控制。具体措施为针对燃烧器进行重新的结构布局，在空间尺度上进行优化。针对易于结渣的区域进行煤粉控制燃烧，强调消除炉内燃烧的峰值温度，更加均匀化温度场分布。同时，对煤粉燃烧的过程尺度进行控制，力求对锅炉高经济性的追求。

4对锅炉运行稳定性情况影响的研究分析

在锅炉运行的过程中，在低氮燃烧器存在充足的一次风，并且一次风包括浓相风和淡相风，通过上文中提到的接力热回流环涡稳燃烧技术能够保证3种动涡连续相扣。在环涡处碳粒具有的内回流率能够有效提升其在环涡中的时间，从而大大增强了环涡中碳燃烧时所产生的热量，这也是产生热量积累的重要根源，并且这让环涡稳燃、着火、碳燃烧以及碳燃尽整个过程变得更加稳定，相关人员必须对此给予足够的重视。在锅炉运行的过程中，工作人员还要结合机组的实际运行状况，使用低氮燃烧器缩减燃烧器的喷口间距，让燃烧区域变得更加集中，尤其是在进行低负荷燃烧品质较低的煤炭能源时有着更强的稳定性，大大降低了火检大幅度摆动的几率，提升锅炉运行的燃烧效率。

5低氮燃烧器改造及运行措施建议

（一）低氮燃烧器改造后燃烧优化调整工作。低氮燃烧器改造后，燃烧调整方式要根据设备特性的变化进行相应优化调整。燃烧优化调整应综合考虑锅炉及脱硝装置运行安全性以及环保排放要求，合理控制NOx排放浓度范围，平衡经济与环保的关系，指导运行人员操作。(1)燃烧器运行方式。低氮燃烧器改造后，燃烧器运行方式应利于提高炉膛温度和煤粉气流的着火稳定性，避免出现底层燃烧器停运、单层燃烧器出力较低等工况。(2)锅炉二次风配风方式。二次风配风应保证风粉配比、炉膛主燃烧区域过量空气系数合理;燃烧器停止运行，其对应的二次风门应及时关小;设备改造后，二次风门开度应根据二次风门的流量特性曲线确定;运行中控制合理的二次风箱压差，保证二次风射流刚性。(3)锅炉运行氧量。控制合理的锅炉运行氧量，应根据燃烧调整试验结果确定炉膛燃烧最佳氧量。(4)煤粉细度控制。对采用SOFA风技术的锅炉，应适当调整煤粉细度。（二）加强低氮燃烧器改造后入炉煤掺烧掺配管理.进一步加强完善燃煤掺配掺烧管理工作，把灰熔点作为燃煤采购的考核指标，杜绝采购跨煤种混煤。掺配方案应根据采购煤源和厂内存煤情况确定，对出现的异常问题及时组织分析并采取对策。加强入炉煤质化验管理，为运行人员燃烧调整提供指导。燃煤掺配要关注燃煤着火、燃尽及煤灰结渣对炉膛热力特性参数值的影响。

结语

在火力发电厂运行的过程中通过安装低氮燃烧器能够很好地限制NOx的产生，进而能够有效降低NOx的排放量。现有的低氮燃烧器在使用的过程中会对锅炉的运行造成一定的影响，必须加大低氮燃烧器改造对锅炉运行影响的研究力度，提升锅炉的燃烧效率。低氮燃烧器运行过程中要注意以下几点：控制空气系数限制燃烧温度，在燃烧的过程中要保证温度不能过高，还要防止出现局部高温区域；减少烟气处于温度较高区域的时间。

参考文献

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