摘要：国家一直很重视火电厂大气污染物排放情况，出台了各类法律法规和防治政策。火电厂运营发展过程中，除了考虑经济效益之外，还要兼顾环境问题，思考如何减少大气污染物排放量，并提出有效的实施方法。事实上，火电厂锅炉改造能够有效控制NOx排放量，减少环境及空气污染，实现环境保护效益及目标。基于此，本文对火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化做了简单的探讨，以供相关人员的参考。
关键词：火电厂；低氮燃烧；锅炉改造
1 低氮燃烧技术内容概述
在各种降低NOx排放的技术中，低氮燃烧技术目前采用最广、技术简单、成本投入低而且效果好。其主要有以下几种形式：低过量空气系数、空气分级燃烧、燃料分级燃烧及烟气再循环。其中空气分级低氮燃烧技术是目前应用最广的能够控制煤粉燃烧过程中NOx生成的技术，我厂即采用此技术。其工作原理如下：首先在沿炉膛高度的垂直方向上采取两次或多次空气分级送入，即在主燃烧器区域先送入部分煤粉完全燃烧所需要的一、二次风，然后在紧邻主燃烧区域的上方利用OFA喷嘴再送入部分燃尽风（即先进行第一次助燃空气分级），最后从燃尽风（OFA）喷嘴上方距主燃烧器区一定距离的分隔燃烧器（SOFA）处送入剩余的燃尽风（即再进行第二次助燃空气分级）。如果要得到更低的NOx，则可以进一步增加沿炉膛方向垂直布置的燃烧器数量。这样就在锅炉正常运行时，煤粉中挥发氮析出后的燃烧阶段早期，将主燃烧器区域的过量空气系数降低了，从而实现了炉膛内部自下而上的多次空气分级燃烧，促使在富燃料欠氧燃烧初期挥发氮转化成N2，从而减少总的NOx生成量。
2 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。
3 低氮燃烧器改造方案
3.1 优选燃烧器
依据实际要求，制定科学的低氮燃烧器改造方案，以此为参照，对燃烧器进行优选。水平浓淡燃烧器和垂直浓淡燃烧器在国内应用普遍。前者主要作用是分离水平方向煤粉，使其浓淡分开，在炉内脱硫工作中应用普遍，射流偏向炉内中心位置，具备很强的径直卷吸能力和风包煤效果。垂直浓淡燃烧器与其原理相同，使用过程恰相反，着重负责垂直方向煤粉分离工作，实施效果非常好。燃烧器类型选择切忌盲目，除了把炉内浓淡煤粉隔开之外，还要全面掌握分离比例、各类参数情况等，严禁炉内有低氮残留。
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3.2 改造主燃烧器
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[4]，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。
3.3 科学设计OFA喷口和二次风
尽管锅炉燃烧系统相对比较复杂，但OFA喷口结构则比较简单，在业内备受青睐。实践中，需要在原有系统基础上再次对OFA喷口进行应用，发挥其优势的同时，兼顾反切性能，对炉内气流进行有效控制，使炉内出烟口温度正常。假使原OFA喷口尺寸、风速设置、风量等各指标等不能够契合低氮燃烧技术改造要求，可直接封堵耐热版，也可以对其进行二次改造。将大比例二次风布置在燃烧器上端，便于分级燃烧炉内空气，减少氮氧化物，使锅炉得到充分燃烧。同时，还要在二次风设计中，考虑燃尽区位置、大小等指标。
4 低氮燃烧运行优化方案
4.1 一次风、二次风以及周界风的优化调整
在锅炉燃烧过程中，氮氧化物的浓度会随着燃尽风风量的变化而变化，即风量越大，炉内的氧气含量就越低，氮氧化物的浓度也就越低。通过调节机组不同功率的运行状况以及正宝塔、倒宝塔等配风方式的对比分析得出，倒宝塔配风运行中所产生的氮氧化物成量较低，可在一定程度上减少氮氧化物对大气的污染，但在实际运行中，应结合氮氧化物和锅炉燃烧效率等因素，将各层的二次风开度严格控制在70%以下，上层二次风开度小于35%，并且各层周界风的开度控制在大于15%小于20%。具体的优化调整方案要根据实际情况作出适当改变。
4.2 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。
4.3 炉内含氧量的优化调整
为降低炉内氧气的增加而增加氮氧化物的排放量，可以通过控制炉内含氧量来降低氮氧化物的生成量，正常情况下，炉内含氧量越低，氮氧化物排放量也就越少，但经试验后发现，炉内含氧量过低会造成飞灰可燃物增高，燃尽废物中的含碳量过高等状况的发生，所以经过长时间的实践总结出，最好将炉内氧量控制在低于3.5%高于2.5%，在降低火电厂氮氧化物排放量的同时确保锅炉燃烧的工作效率。
为降低炉内氧气的增加而增加氮氧化物的排放量，可以通过控制炉内含氧量来降低氮氧化物的生成量，正常情况下，炉内含氧量越低，氮氧化物排放量也就越少，但经试验后发现，炉内含氧量过低会造成飞灰可燃物增高，燃尽废物中的含碳量过高等状况的发生，所以经过长时间的实践总结出，最好将炉内氧量控制在低于3.5%高于2.5%，在降低火电厂氮氧化物排放量的同时确保锅炉燃烧的工作效率。
参考文献：
[1]王顶辉.煤粉锅炉燃烧特性及降低氮氧化物生成的技术研究[D].华北电力大学，2014.
[2]周洪光.火电厂脱硝改造技术路线及方案研究[J].电力科技与环保，2013，29（05）：43-44.
论文作者:于鑫
论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期
论文发表时间:2019/9/21
标签：氧化物论文; 燃烧器论文; 锅炉论文; 火电厂论文; 排放量论文; 燃尽论文; 燃料论文; 《基层建设》2019年第19期论文;