摘要：锅炉的燃烧过程中，会产生大量的NOx，对空气质量造成严重污染。NOx的大量存在会导致酸雨的产生、加剧温室效应、破坏臭氧层和产生光化学烟雾等危害，导致人们的生存环境质量严重下降，给人们的身体健康造成严重威胁。为了有效改善锅炉工作过程中释放的氮氧化物含量，可以通过低氮改造技术降低对周围环境造成的不良影响。
关键词：火电厂；锅炉燃烧；低氮改造；节能
1.低氮燃烧技术内容概述
目前，我国火电厂关于控制大气污染物排放的主要方法为降NOx，工作原理主要是锅炉燃烧中脱氮的低氮燃烧技术与燃烧后脱氮的烟气脱硝技术相结合，燃烧中脱氮主要是根据NOx的生成机理而研制的低氮燃烧技术[1]，是由低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等构成的，通过将燃烧器布置在纵向位置，在锅炉内构成氧化还原、主还原、燃尽区三个板块，还可根据不同锅炉的形态调整燃烧器的摆放位置，从而使有机燃料与配风在锅炉内分区、分级、低温、低氧燃烧，降低燃烧中产生的NOx排放量，进而实现清洁燃烧。
2.锅炉NOx的产生机理
火电厂锅炉在燃烧中，给粉系统将研磨后的煤粉吹进锅炉，在一、二次风、燃尽风的作用下，瞬间燃烧，发出热量的被水冷壁内介质带走，推动汽轮机做功。由于目前燃煤锅炉采用的多为发热量低、煤质差的煤，并且受市场及供求关系的影响，煤质变化比较普遍，尤其是实际燃用煤种与设计煤种不一样时，锅炉运行经济性变差，锅炉运行安全性也受很大影响，在燃烧过程中产生的氮氧化物、硫化物、粉尘等大气污染物排放大大增加。燃煤电站锅炉NOx产生的途径主要有燃料中的氮化合物被氧化以及空气中的氮气在高温条件下被催化氧化。炉膛内燃料燃烧的温度场，中心可达到1800℃左右，到炉膛出口降低到1100℃左右，在此高温环境中，生成的氮氧化物主要有NO、NO2，其中NO占有90%以上，NO2占5%～10%。
3.低氮燃烧技术
3.1空气分级燃烧
当燃料与空气的混合比例比较适合时，燃煤的燃烧速度快，燃烧温度高。为了有效降低燃煤的燃烧强度和火焰温度，可以通过将空气与燃煤进行分阶段的混合，而且还原性的氛围还有利于抑制NOx的形成，这是由于过量空气系数约为0．8的一次空气能够阻止NOx的大量生成。同时，还能将燃料在总的过量空气系数较低的情况下完全燃烧，进而有效避免由于空气系数偏高造成排烟热量的损失。
3.2燃料分级燃烧
燃料分级燃烧是指将燃煤从不同的区域喷入到燃烧室中，将全部的燃料进行分阶段分区域的燃烧。一级燃烧一般是在α＞1的富氧条件下所进行的燃烧，会产生一定量的NO；二级燃烧是在α＜1的条件下形成很强还原性气氛中进行的燃烧，进而将一级燃烧过程中产生的NO还原成N2，实现降低NOx含量的目的。此外，分级燃烧还能有效降低火焰的集中程度，对NOx的形成具有良好的抑制作用。
3.3烟气再循环
烟气再循环是指将排放的烟气循环回到助燃空气中进行重复利用，进而有效降低助燃空气中的氧气含量，而且在烟气中还含有一定量的CO2，进而能够将氧气含量维持在21%以下。由于助燃空气中的氧气含量较低，进而能够降低燃煤的燃烧速度，降低了单位时间内所释放的热量，从而能够实现降低NOx的目的。烟气的再循环还能适当增加燃烧室中的烟气量，进而能够降低火焰的平均温度，从而减少了NOx的产生量。
4.低氮燃烧改造及节能运行措施
Ｗ火焰锅炉的低氮燃烧技术一直是国内乃至世界性的难题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为了解决这个难题，联合攻关团队根据该机组锅炉的结构特点和实际情况，提出了多个改造方案，并通过1：1建模，以该锅炉的实际炉膛尺寸、燃烧器结构和设计的各参数作为边界条件，采用近流线的数值试验计算思想和可实现性ｋ－ε模型，对采用不同改造方案时燃用实际无烟煤和变工况条件下的全炉膛流场特性进行了数值模拟。通过对各方案模拟结果进行对比分析，最后确定改造方案如下。
1）新增一层SOFA风。在上炉膛合理位置设置SOFA分离式燃烬风喷嘴，燃烬风喷口设置一定的下倾角度，以控制火焰中心，防止火焰中心上移。新增SOFA风量主要来自原Ｆ风的减少，这样在炉膛的纵向空间尺度上将燃烧系统改造为主燃烧区和上部燃烬区，中间为大空间的NOx还原区，以降低炉内燃烧的NOx的生成。
2）乏气风喷口下移。将乏气风燃烧器管道下移到ＥＤ风箱的合适位置，以降低燃烧初期ＮＯｘ生成，并减小乏气风对主燃烧气流的干扰，降低燃烧器根部风量，强化煤粉着火稳燃能力，真正实现煤粉浓淡分级燃烧的性能要求。
3）原Ｆ风缝隙风改为分级风喷口。
4）原乏气风喷口的周界风改为Ａ风喷口。延长Ａ风与主燃烧器气流的混合时间，实现一、二次风分级，以避免烟气流的短路上翘，降低飞灰可燃物。
5）优化炉膛卫燃带布置。合理调整了卫燃带面积和布置位置，去除了翼墙大部分、垂直墙乏气风以上原Ｄ、Ｅ二次风喷口标高的部分以及分割侧墙全部卫燃带。相对降低了主燃烧区域的温度，有效地抑制了热力型ＮＯｘ的生成，同时解决了Ｗ火焰锅炉低氮改造后下炉膛相对欠氧的情况下侧墙、翼墙和拱区严重结焦的问题。
6）富氧燃烧锅炉的节能设计。第一，关于炉膛部分。我国一直沿用前苏联的锅炉机组热力计算标准方法，其理论燃烧温度的计算是把燃料燃烧带入炉内的热量计算出来后，再从焙温表反查出理论燃烧温度的数值来，而实际上的炉膛燃烧温度会比理论燃烧温度低一些。这是因为理论燃烧温度是在假定传给环境的热量等于零。富氧燃烧炉膛温度的计算，也可以采用上面的方法，计算结果比常规燃烧的要高一些。这是因为富氧燃烧输入的是富氧空气（或纯净的氧气），这样，原本较难燃烧的物质也变得容易燃烧了。与常规燃烧相比，富氧燃烧的烟气体积减少较多，而炉内燃烧温度反而增高较多，富氧燃烧锅炉的容积热强度设计成与常规锅炉基本相同，其办法就是把炉膛容积增大到与常规锅炉基本相同或偏大些。但要注意：1）燃烧器的材料（这是对煤粉炉、水煤浆炉及燃油燃气炉来说的）要求耐高温、耐氧化。2）与常规燃烧相比，富氧燃烧的烟气体积减少较多，因此，其炉膛出口烟窗的流通截面及随后的对流烟道截面也减少较多。第二，关于炉膛后的对流烟道部分。与常规燃烧相比，因富氧燃烧火焰温度增高，烟气体积减少，使得辐射换热量所占的比例比常规燃烧下还要高于对流换热量。这样，需将一部分对流受热面移到炉内。与此同时，为防止火焰温度增加造成的水拎壁传热恶化，需要较高的管内工质流速，这将引起炉膛结构及受热面布置的大幅调整。
结语
对锅炉低氮燃烧技术的优化与调整可以有效提高锅炉燃烧的工作效率，降低氮氧化物排放量，对火电厂的长久发展具有重要意义。在生态环境质量日益恶化的今天，火力发电行业必须做出适时的调整，以适应社会发展需求。
参考文献：
[1]陈建军，周俊虎，朱占恒，赵琛杰.130t/h循环流化床锅炉低氮燃烧改造及调整试验[J].热力发电，2017，46（02）：81-87+93.
[2]丁小骄，黄明明，张哲巅，肖云汉.过量空气系数、热负荷及反应物混合模式对天然气锅炉柔和燃烧特性影响[J].中国电机工程学报，2017，37（07）：2016-2024.
[3]尚达，李宝宽，李永福，宋志宇.1000MW超超临界锅炉燃烧优化调整对NO_x排放及锅炉热效率的影响[J].热能动力工程，2017，32（03）：61-68+134-135.
[4]刘晓波.燃煤链条锅炉分区多重强化燃烧技术研究[J].中国煤炭地质，2017，29（12）：12-15+49.
论文作者:张宝珠
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/17
标签：锅炉论文; 炉膛论文; 烟气论文; 温度论文; 燃料论文; 火焰论文; 空气论文; 《电力设备》2018年第17期论文;