低氮燃烧改造技术在中小型煤粉锅炉中的有效应用

低氮燃烧改造技术在中小型煤粉锅炉中的有效应用

杨明铜张蕊

（中国能源建设集团东北电力第一工程有限公司辽宁省沈阳市110000）

摘要：改革开放以来，我国国民经济发展取得了重大的进步，经济发展需求对于能源消费需求不断增加，火力发电厂建设无沦是规模还是速度都取得了重大突破。但是，火力发电厂建设的增多，使得NO排放量持续增长，严重影响着环境和人类健康，影响着我国国民经济的可持续发展。低氮燃烧技术作为控制NO排放量的重要环节，对于提高环境质量以及经济可持续发展至关重要。旨在研究NO生成途径以及控制技术，针对出现的问题提出相应的解决策略，为我国在煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用方面的进一步发展提供可行性思路.实验证明，炉气箱保持在1500-1800pa之间的压力差，氧含量控制在3.5%左右，NOx的排放量可以减少到346.4mg/m3在整个单磨运行过程中，同时降低NOx的排放量为387.4mg/m3在双磨运行过程中。因此本文针对低氮燃烧技术在中小型煤粉锅炉中的有效应用，并研究改造后的NOx排放的效果。

关键词：煤粉锅炉；四角切圆；低氮燃烧；改造

鉴于中国日益严重的大气污染问题，国内各部门颁布并实施了较为严格的火电厂大气污染物排放标准，对火电厂的NOx排放提出了更严格的要求。为了满足减排要求，国内各发电企业都采取了减排措施。首先在炉内进行低氮燃烧转化，进行初始减排，然后建立烟气脱硝装置进行尾部反硝化。这不仅实现了NOx排放指数的依从性，而且由于炉内氮的低燃烧，尾部脱硝装置烟气中NOx含量降低，降低了尾部脱氮装置的初始投资和运行成本。这使得低氮燃烧转化技术在大型火力发电厂得到广泛应用。

1NO形成机理

在实际的火电厂煤粉锅炉燃烧过程中，煤燃烧形成的氮氧化物主要包括一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮，其中一氧化氮可以占到90%以上，二氧化氮则占到5-10%左右，一氧化二氮所占比例较小大约为1%左右。因此，如果进行氮氧化物控制，其实质主要是控制二氧化氮以及一氧化氮的形成以及控制。总体来分，煤粉燃烧形成的氮氧化物主要是包括三大类型:速度型NOX，热力型NOX以及燃烧型NOX这三大类。其中，热力型NOX指的是氮气在火电厂煤粉锅炉燃烧过程中受到氧化而形成的;速度型NOX则是指的是燃料中碳氢离子团以及空气中氮相互的反映而形成的;燃烧型NOX则是指的是含氮化合物在火电厂煤粉锅炉中燃烧过程中发生热分解而形成的。

2燃烧技术改造措施

布置新型WR低氮煤粉燃烧器，增加了分离式火上风，实现了纵向炉内燃烧区域的划分。

（1）采用WR型低氮燃烧器。中小型煤粉锅炉燃烧系统大多采用双通道自稳燃烧器或等配风燃烧器，其设计理念陈旧，对于NOx排放控制比较困难。鉴于此，本文采用WR型低氮燃烧器代替老式喷嘴，分别在标高12919mm、12304mm和1145mm的地方。由于燃烧器喷嘴采用“V”形膨胀锥，可以形成稳定的回流区，吸收高温烟气，加热火炬根部，强化燃烧。同时，它具有一定的分离效果，可以在一定程度上减少热力型NOx和燃料型NOx的产生。

（2）同时，有必要指出“风包粉”的燃烧模式实际上是稀薄燃烧分级。强煤粉气流是富燃料空气，氧含量少，燃烧过程中的点火稳定性提高，挥发分析速度加快，挥发分析在该区域缺氧，所形成的NOx和中间产物NHi与N2反应，NHi与其它NHi相反，从而减少NOx排放。煤粉气流是较差的燃料燃烧，由于空气量大，降低了燃烧温度，抑制了热力型NOx的生成。在缺氧条件下，氮和NO和H反应生成N2分子，燃料型NOx的生成也会减少。

（3）处理三次风。考虑到炉膛采用中央储存制粉系统，由其产生的废气作为三次风送至锅炉。由于三次风含有10%～15%的细粉，主燃烧区壁面的热负荷过高，不会结焦。本文将三次风从原来的高度14189mm提高到15500毫米，将圆形喷嘴转换成具有周向风的方形喷嘴，提高了三次风的可靠性。

（4）添加一个单独的火上风。一层SOFA燃烧器分别添加到炉膛高度19500mm和17500mm的地方。一些热空气从炉膛上部提供，以便在主燃烧区的实际空气量与理论空气量的比值由原来的α=1.2变为α＝0.85-0.9。另外，SOFA燃烧器喷嘴可上下摆动±30度，横向摆动是±15度。根据锅炉的运行状态，喷嘴角度可适当调整，以合理地组织燃烧。

（5）燃烧器主要设计参数的选择。由于加热炉已投产多年，煤的实际使用已经偏离了最初的设计要求，因此，有必要选择气流分布的设计参数内各级实际煤的燃料特性，对炉内进行重新设计。

3低氮燃烧改造后的调试

在低氮燃烧改造工程中，后期调试工作是决定最终实际排放效果是否达到标准的关键因素之一。在预转化试验的基础上，根据GB10148—1988《电站锅炉性能试验规程》进行锅炉燃烧调整试验，找出该锅炉的最佳运行方式，实现低氮排放目标。

3.1划线试验

采用等截面网格法，在省煤器出口处进行烟气采样。将该混合物与烟气分析仪混合分析，测定NO和O2浓度的分布。采用网格法测量空气预热器的入口温度和排气温度，并将粉煤灰收集在静电除尘器的烟气通道中。同时，对结渣机出口处的炉渣进行取样。采用反向平衡法计算锅炉效率。在O2＝6%的条件下，NO的浓度折算。

3.2风箱与炉膛压差对NOx排放量的影响

风箱与炉膛之间的压力差是调节锅炉燃烧状态的重要参考指标，其实际表征是两种风速对锅炉燃烧性能的影响。实验稳定地保持锅炉负荷、送风方式、制氧系统和制粉系统的运行。通过改变二次风箱和炉膛之间的压力差，来研究锅炉NOx排放的影响。

3.3锅炉配风方式对NOx排放量的影响

在锅炉燃烧系统的四个角落添加两层SOFA燃烧器后，炉内的空气分布方式与改造前相比有很大的变化。锅炉燃烧后对NOx排放的影响如表1所示。

4结论

采用WR型低氮燃烧器采用分离式火上风，可有效地在炉内建立主燃烧区、还原段和燃尽区，实现空气分级，降低NOx排放量。根据国家有关部门要求，锅炉氮氧化物NO排放量不得超过100mg/Nm'。在控制煤粉锅炉NO生成方面，主要采取以卜两项技术:

①采用良好的炉内低氮燃烧方式，抑制NO的生成;

②在锅炉的尾部烟道加装脱硝装置，把粉煤燃烧形成的NO转化成无害的氮气和有用的氮肥。

尽管我国火电厂在煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用方面积累了一定的经验，但是在实际的煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用过程中，很多问题仍然存在。为此，深入研究煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用策略，创新低氮燃烧技术，是目前以及以后火电厂煤粉锅炉上低氮燃烧技术创新应用的重要课题以及目标。

参考文献：

［1］杨勇平，杨志平，徐钢，等.中国火力发电能耗状况及展望［J］.中国电机工程学，2013，33（23）：4-6.

［2］李斌.中小型煤粉锅炉低NOx燃烧技术改造研究［D］.吉林：东北电力大学，2012.

［3］毕玉森，刘秀蓉.我国电站锅炉氮氧化物排放现状［J］.哈尔滨，1987（6）：22-23.