(国家电投集团南阳热电有限公司 河南南阳 473000)
摘要：近年来，随着我国社会经济的发展，对电的需求量越来越多，火电厂建设越来越多，同时，汽车的保有量越来越多，这些都是空气污染的主要源头，由此导致我国的雾霾天气频发。针对这种现象，习近平总书记多次发表讲话，提出了“蓝天保卫战”行动，指出要从源头防治，持续实施大气污染防治行动。火电厂燃烧发电排放的烟气中含有大量的氮氧化合物，是大气污染的主要成分。针对火电厂燃煤锅炉的烟气排放问题，国家制定了一系列政策和控制性指标，如何落实这些政策和指标，就成为火电厂面临的重要课题。目前，火电厂低氮燃烧技术改造项目成为解决该问题的关键。
关键词：火电厂锅炉；低氮燃烧；改造；运行优化调整
引言
近年来，我国针对火电厂大气污染物排放量的防治方面制定了多项法律法规以及防治政策，尤其在国内大范围出现雾霾天气后，大气污染物排放防治问题逐渐引起国家环保部以及其他相关部门的关注和重视。如何有效控制大气污染物排放量是现如今火力发电行业亟待解决的问题，而作为火电厂运行的主要设备，锅炉的改造与优化运行成为首要任务，从源头入手，从根本上减少锅炉燃烧产生的氮氧化物（NOx），从而实现对空气污染物有效控制的目的，切合国家环境保护战略思想。
一、低氮燃烧技术情况
降低NOx排放，能够对大气污染进行有效控制。该过程中，以低氮燃烧技术为主，烟气脱硝技术为辅。其中，低氮燃烧技术与NOx生成机理存在关联性，主要构成元素有低氧燃烧、烟气再循环等。通过在纵向位置设置燃烧器，促进氧化还原、主还原、燃尽区三个板块的形成。该过程中，还能够依据各锅炉情况，在合适的位置归放燃烧器，便于锅炉内部有机染料和配风低温、低氧燃烧，并实现分区和分级，从而对NOx排放量进行有效控制，达到良好的清洁燃烧效果。
二、NOx治理现状
根据国内外相关研发人员对NOx的危害、有机燃料燃烧中NOx的生成机理以及降NOx技术的分析与研究结果显示，大致可将NOx分成热力型NOx、燃料型NOx和快速性NOx三种，而我国火电厂锅炉燃烧中产生的氮氧化物主要为燃料型NOx，低氮燃烧技术也主要针对燃料型NOx。其中热力型NOx是锅炉内局部高温生成的，生成量对空气污染基本不构成威胁。降NOx方法可分为三个阶段，即燃烧前、燃烧中以及燃烧后的处理，其中燃烧前脱氮是通过在燃料燃烧前将燃料转化成低氮燃料，但这种技术相对复杂，难度较大且成本较高，在我国也仅处于研究阶段，暂未投入使用。燃烧中脱氮主要通过抑制NOx的生成，再将已生成的NOx进行还原。燃烧后脱氮即烟气脱硝，主要通过选择性催化还原法、非催化还原法、液体吸收法等技术来实现降低NOx生成量。
三、低氮燃烧器改造方案分析
1、燃烧器的选择
在低氮燃烧器改造方案中，选择适合的燃烧器是其中的关键。目前来看，国内应用较为广泛的燃烧器主要有两种，一种是水平浓淡燃烧器，另一种是垂直浓淡燃烧器。水平浓淡燃烧器主要是对水平方向的煤粉进行浓淡分离，主要以其射流偏向炉内中心位置、径直卷吸能力较强、“风包煤”效果显著等特点集中应用于炉内脱氮技术。垂直浓淡燃烧器主要是对垂直方向的煤粉进行浓淡分离，通过将其布置在燃烧组的垂直方向，可以达到燃烧区内煤粉宏观浓淡分离的效果。在选择燃烧器类型时，应充分考虑炉内煤粉浓淡分离的效果，控制好分离比例以及相关参数，保证炉内低氮燃烧彻底。
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2、主燃烧器的改造
在主燃烧器改造过程中，首先应规定主燃烧器的标准高度以及固定四角风箱风道和挡板风箱的位置，将所有的24支一次风燃烧器即喷口、喷嘴体、弯头更换至符合实际要求的构件，最下层一次风改造成等离子发生器轴向插入式的等离子燃烧器，以及剩下的20支一次风燃烧器更改为上浓下淡或下浓上淡的浓淡燃烧器。其次，利用耐热性较高的钢板封闭处于四层中间的二次风喷口，全部更换剩余二次风喷口，将有贴壁风喷口布置在三层中的二次风以及中间第二层的二次风喷口处，随时供给水冷壁表面足够的氧气，避免出现结渣和因炉内温度过高而出现腐蚀状况。最后，通过改变除下层二次风以外的其他二次风喷口的射流方向以及将一次风射流方向与其他二次风喷口的角度控制在10°，确保前期缺氧燃料与后期供给氧的充分混合。
3、OFA喷口及二次风的设计
OFA是锅炉燃烧系统中的一种喷口，因其结构简单而被广泛应用。在低氮燃烧技术改造过程中，应尤其注意在原有的锅炉燃烧系统对于OFA喷口的二次使用问题。在主燃烧器上层的OFA喷口结合反切作用，用以控制炉内的气流，减少炉内出烟口的温度偏差。若原OFA喷口的尺寸、设置风速及风量不符合低氮燃烧技术的改造方案，可利用耐热板进行封堵或重新改造。在燃烧器上端布置比例较大的二次风，可将炉内燃烧的空气进行分级燃烧，有效控制氮氧化物的生成，保证锅炉燃烧效率。另外，还应将燃尽区的位置与大小考虑到二次风设计中。
四、火电厂低氮燃烧运行优化方案分析
1、优化调整一二次风和周界风
风量变化会对氮氧化合物浓度产生影响，如果风量过大，炉内氧气含量和氮氧化合物浓度都比较低。依托机组各功率运行情况调整，对比正倒宝塔等配风方法，可知，倒宝塔配风运行产生的氮氧化物少，不会影响大气。综合考量氮氧化物、锅炉燃烧效率对等指标，将各层二次风开度作为重要控制元素，且不得超过70%，上层二次风开度和各层周界风开度分别在35%和15%-20%之间，给出优化调整方案。
2、调整燃烧器摆角和燃尽风
分析低氮燃烧时氮氧化物生成量，调整燃烧器摆角和燃尽风非常关键。调整燃尽风摆角，使之向上倾斜，既能够规避锅炉两侧气温偏差，还能够达到良好的摆角运行效果，缩短运行时间。燃尽风优化调整，稳定锅炉内总分量的同时，依据具体运行情况，使燃尽风挡板增大，对氮氧化物排放量和飞灰参数进行有效控制。
3、调整炉内含氧量
事实上，科学调整炉内含氧量，也能够优化低氮燃烧运行过程。通过对炉内含氧量进行控制，避免生成太多氮氧化物。当炉内含氧量比较低时，会排出少量氮氧化物。但试验表明，倘若炉内含氧量太低，会增加飞灰可燃物。为避免这种情况，要科学控制炉内氧量，以2.5%-3.5%为宜。除了对火电厂氮氧化物排放量进行有效控制，还要对锅炉燃烧效率进行兼顾。
结束语
综上所述，为了提高火电厂锅炉厂的锅炉运行效率，进一步实现低氮燃烧，有必要对火电厂锅炉低氮燃烧改造进行研究，对火电厂锅炉进行优化调整，并找出有效的运行方式，提高火电厂锅炉的效率。实现火电厂锅炉的运行优化调整，降低NOx的排放量，使排放量达标是实现火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化调整的重中之重。火电厂锅炉的燃烧调整、优化运行是节能降耗、提高能源利用率的有效措施。它可以降低机组供电煤耗，降低发电成本，对电力企业参与电力市场竞争具有十分重要的作用。
参考文献:
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论文作者:黄少义,樊世克
论文发表刊物:《电力设备》2018年第36期
论文发表时间:2019/7/5
标签：火电厂论文; 锅炉论文; 燃烧器论文; 浓淡论文; 氧化物论文; 排放量论文; 喷口论文; 《电力设备》2018年第36期论文;