摘要：随着我国经济的发展，在能源消费中带来的环境污染也越来越严重。其中，大气烟尘、酸雨、温室效应和臭氧层的破坏已成为危害人民生存的四大杀手。燃煤烟气所含的烟尘、二氧化硫、氮氧化物等有害物质是造成大气污染、酸雨和温室效应的主要根源。在我国，二氧化硫、氮氧化物等有害物质主要是由燃煤过程产生的。随着我国经济实力的增强，耗电量也将逐步加大，有研究资料表明，假如继续不加强对烟气中氮氧化物的治理，氮氧化物的总量和在大气污染物中的比重都将上升，并有可能取代二氧化硫成为大气中的主要污染物。2011年7月，国家环境保护部发布了比欧盟相关规定要求更高的GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》，于2012年1月1日开始实施。其中规定，从2012年1月1日开始，要求所有新建火电机组NOx排放量达到100mg/m3；从2014年1月1日开始，要求重点地区所有火电投运机组NOx排放量达到100mg/m3，而非重点地区2003年以前投产的机组达到200m/m3。因此对低氮燃烧器改造时非常有必要的，低氮燃烧器改造要取到较大效果，过程管理是非常重要的。
关键词：环境污染；氮氧化物；标准；低氮燃烧器；过程管理；实践应用
一、设备简介
1、WGZ470/10.3－1型高温高压锅炉为单汽包自然循环、悬浮燃烧、直流燃烧器四角布置、固态排渣、集中下降管、倒U型布置、全钢构架、紧身封闭、管式空气预热器、平衡通风、膜式水冷壁、十六个循环回路、柴油点火、设计燃用烟煤、球磨机乏气送粉仓储式煤粉炉。
2、燃烧器采用正四角布置，切圆燃烧方式，燃烧器喷口按二一二一二二一二一二布置，炉室中心形成φ602mm和φ567mm假想切园。每个一次风喷口皆带有周界风，防止煤粉气流刷墙，造成结焦及高温腐蚀。
3、燃烧系统采用水平浓淡式燃烧器，向火侧为浓煤粉气流，有利于低负荷稳燃，背火侧为淡煤粉气流可防止结渣和高温腐蚀，二次风与一次风的距离较大，可以有效地降低Nox排放，满足低负荷稳燃要求。
二、氮氧化物生成机理
煤燃烧产生的NOx主要包括 N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4、N2O5等，在电站燃煤锅炉中生成的几乎全是NO和NO2，我们通常把这两种氮氧化物总称为NOx，其中NO占90%以上，其余为NO2。按照NOx生成的机理可分为热力型NOx、快速型NOx和燃料型NOx，在煤燃烧时约75%-90%的NOx属燃料型NOx，热力型NOx与快速型NOx所占份额都很少。
热力型NOx是煤燃烧时空气中氮在高温下氧化产生，其生成机理可用捷里多维奇（Zeldovich）反应式①表示，随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律增加。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
快速型NOx是由弗尼莫尔（Fenimore）1971年在实验中发现的，快速型NOx是在富燃料的情况下，燃料燃烧时产生的烃类（CHi）等撞击N2分子生成CN、HCN等进一步被氧化以极快的速度生成，其形成时间只需要60ms，与温度的关系不大。在燃煤锅炉中，快速型NOx极少，一般不超过 5%。
三、控制燃料型NOx低NOx燃烧技术
燃料型NOx所占比例超过75~90%，这是通过组织燃烧气氛来降低NOx生成的主要控制对象。低NOx燃烧技术包括：低NOx燃烧器、炉内空气分级、烟气再循环、以及燃料再燃等技术，其中：
低NOx燃烧器与炉内空气分级技术最成熟，是目前应用最广的NOx控制技术，二者相结合，NOx降低率可达到40~60%。将所有的煤粉和空气通过燃烧器集中送入炉膛，形成高温富氧的强化燃烧态势，这是传统燃煤锅炉的燃烧组织方式。这种燃烧方式，有利于提高煤粉的燃尽，但煤粉与空气混合早，富氧燃烧导致大量的NOx 生成。炉内空气分级燃烧是将助燃空气逐级分批送入炉内，逐渐参与煤粉的燃烧，使煤粉在燃烧初期处于欠氧燃烧条件，以抑制和控制燃料型NOx 的生成。切园燃烧锅炉的燃尽风系统主要由三部分组成：紧凑的燃尽风喷口、分离的低层燃尽风喷口与高层燃尽风喷口。燃尽风约占总风量的10~20%，甚至高于30%。炉内空气分级后，主燃烧器区域的空气系数对NOx 的影响如下图，空气系数由1.2降低到0.8 时，NOx 生成量降低50%左右。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆单纯从控制NOx 角度考虑，主燃烧器区域的空气系数越低越好。炉内空气分级燃烧减少了主燃烧器区域的氧量，延迟了煤粉的燃烧过程，虽然后期的燃尽风对煤粉的燃尽有一定弥补效果，但炉内实施空气分级燃烧后，不可避免会降低煤粉的燃尽程度。此外，炉内空气深度分级燃烧时，易造成主燃烧器区域的水冷壁表面处于还原气氛条件，这会引起水冷壁表面遭受高温烟气的腐蚀，并易形成结焦。因此，主燃烧器区域的空气系数不易过低。
烟气再循环低NOx燃烧是从空预器前抽取部分低温烟气，掺入燃烧用空气中，降低炉内局部区域的氧浓度和燃烧温度峰值，它适用于液态排渣炉的热力型NOx控制。利用该技术进行低NOx燃烧改造时，会增加烟气流量，引起炉内传热过程的变化，及烟温和阻力的增加，目前在燃煤锅炉上的应用较少。
再燃是把炉内燃料分级与空气分级结合在一起，将炉内燃烧过程分为三个区域：主燃区、再燃区和燃尽区。约80~85%的一次燃料喷入主燃区，在氧化气氛（α=1.1~1.15）下剧烈燃烧，生成大量NOx的同时提高煤粉的早期燃尽；约15~20%的二次燃料（含N量低的天然气、油或者高挥发分的超细煤粉）在主燃区上方喷入炉膛，在强还原气氛（α=0.7~0.9）条件下燃烧，二次燃料产生大量碳氢原子团（HCN），将来自主燃区的NOx还原成N2；剩余的二次风由OFA喷口送入燃尽区，富氧（α=1.15）强化焦炭的燃烧。再燃技术将低NOx燃烧器、燃料与空气的分级燃烧、以及锅炉性能等作为一个整体来考虑，是目前最先进的低NOx燃烧技术，NOx降低率约为50%~70%，但其系统结构与运行相对复杂。
根据工程情况，本工程低氮方案采用目前运用最广泛的低NOx燃烧器与炉内空气分级技术。
四、设备改造情况
公司原有安装的设备情况不适合降低NOx排放，因此必须对设备进行改造，总体改造情况如下：
燃烧设备为四角布置分别为四组燃烧器，切向燃烧，水平浓淡直流燃烧器，燃烧器喷口中心线与炉膛中心的假想圆相切。燃烧器A层一次风喷口中心标高17955mm，B层一次风喷口中心标高16895mm，C层一次风喷口中心标高15305mm。燃烬风喷口中心线与炉膛中的假想圆相切，燃烬风上层标高22738mm，中层一次风喷口中心标高22200mm，下层一次风喷口中心标高21662mm，燃烧器改造后，煤粉管道标高不变化。
五、过程管理
1、施工时部分楼梯平台断开，施工危险性较大，有高空落物及人员坠落可能，因此做好隔离措施，并封闭0米-9米的锅炉楼梯，9米禁止人员通过，上下锅炉从#3输煤带经过。
2、施工时用电量大，做好电源管理，甲方拉一根专用电缆，施工单位接好专用电源柜，并规范管理。
3、拆卸大小油枪时做好编号，防止错装或无法回装。
4、水冷壁对口时先对下口，将新安装的水冷壁管排下口的破口全部修好，用2-3mm的钢板将水冷壁下口封堵，新安装的水冷壁管排坐落在钢板上，再对水冷壁上口。
5、水冷壁管口焊接前关闭各汽水系统人孔门、检查孔，关闭汽包人孔门，防止汽水系统内部空气流通，影响管口焊接。
6、二次风门安装位置有变动，因此需要变动楼梯平台，以便于日后二次风门的检修、维护。
7、二次风门（总风门和小风门）安装完恢复保温时注意保温厚度，防止保温过厚包住二次风门门杆及执行机构，造成二次风门卡涩。
8、设备起吊前准备工作要充分，检查仔细，设备起吊过程中要有专人时刻观察顶板、起吊点，及起吊装置附近的安全情况。每次起吊200㎜高时，要停止起吊，把起吊装置再认真检查一遍，确认安全后方可继续起吊，每当起吊不动时，必须停止起吊，放下起吊设备，查明原因排除故障，禁止强行起吊。
参考文献：
[1]《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）
[2]《火力发电厂锅炉机组检修导则》第2部分：锅炉本体检修（DL/T 748.2-2001）《电力环境保护》（2004年第03期）-（燃煤锅炉低NOx燃烧器的类型及其发展）
论文作者:曹可军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第18期
论文发表时间:2019/9/6
标签：燃烧器论文; 空气论文; 燃料论文; 水冷论文; 锅炉论文; 风门论文; 煤粉论文; 《基层建设》2019年第18期论文;