关键词：直流锅炉 ；低氮燃烧 ；优化探讨
引言：
当前， NOx是锅炉燃烧排放气体中有毒物质之一，是导致我国各地阴霾天、臭氧破坏、空气污染的重大因素。NOx控制问题已经成为我国大气污染控制中一个不可再回避的现实问题，减少大气中的NOx对于保护生态、保护人们身体健康起到重要作用。新建燃煤发电企业纷纷进行环保设施与主机同时投入运行，锅炉燃烧器采用低氮燃烧，采用低氮燃烧后降低NOx的排放虽然取得了较好效果，但也给锅炉安全、稳定和经济运行带来了一定的影响。
1 350MW 超临界直流锅炉的组成
350MW超临界直流锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、前后墙对冲燃烧方式、平衡通风、紧身封闭、固态排渣、全钢悬吊结构Π型锅炉。超临界直流锅炉的功能主要是提供能量，所以，燃烧系统是最为核心的系统。为了快速高效的提供大量能量，用于燃烧的物质是煤粉，由送粉管负责运输到燃烧器中，另外还有专门的点火装置负责点燃。
2 超临界直流锅炉的技术特点
2.1 超临界直流锅炉的测试和调整
超临界直流锅炉由于技术复杂，体系繁琐，所以测试和调整也是一项大工程。在这个过程中，仅仅是启动也需要很细心，因为会涉及到很多的组件，比如给水操作平台，汽水分离器，除此之外还有很多，开始启动时，要先建立水平衡，因为煤粉在燃烧过程中需要与水相互反应才能生成目标产物。生成目标产物的过程需要严格的控制温度，温度不符合要求就会生成与目标产物不同的产物，甚至生成有害物质。所以要设置汽水分离器，将水蒸气和液态水及时分离，避免其对锅炉内的温度造成影响。除了对温度的影响，也是对潮湿度的一个有效控制途径。如果锅炉内过于潮湿或过于干燥，都会影响目标产物的生成。控制潮湿度的过程称为干、湿态转换，在这个过程中要严格的控制给水量，记录水位的变化，这是为了在生产的过程中最大限度的保证安全和生产的效率。如果在任何一个环节出现问题，都会导致生产的失败，只能再来一次，这是对人力物力财力的严重浪费。如果温度超过了控制线或是潮湿度不符合标准，就要通过改变给水量来进行调整，也可以通过煤粉的输送速度进行改变。
2.2 超临界直流锅炉吹管的组成
超临界直流锅炉的吹管是一个组成复杂的体系。超临界直流锅炉的组成包括过热器，再热器等多个管道系统。吹管方法有多种，对吹管方法造成影响的主要是压强，常用的吹管方法是稳压法和降压法。从名字上看，稳压法适用于比较稳定的环境中，而降压法适用于比较复杂多变的环境中。
另外有一个指数也会影响吹管方法，就是吹管系数，根据系数是否大于 1 来决定使用哪种吹管方法。通常情况下，系数大于 1 时使用稳压法，系数小于 1 时使用降压法。但是也有例外，管道的质量和施工方法也会影响吹管方法的选择。
2.3 煤粉和给水量的比例对生产的影响
超临界直流锅炉由于工艺复杂，组件众多，所以对生产条件的要求也会很严格。超临界直流锅炉所使用的水都是一次性循环，水蒸气和液态水分离后不再进行回收用于其他用途，这也是为了保证生产的质量。所以，为了减少不必要的浪费，要控制好煤粉和给水量的比例，达到生产最大化。而关于如何调整煤粉和给水量的比例是有相关公式的，根据计算的结果进行调整。
3低氮燃烧技术措施
3.1 炉膛温度场的均匀性和可控性
多数大容量 C FB 锅炉烟气排放NOx浓度在 200 m g/m3以下，原因是炉膛床层燃烧设计温度通常控制在 850～950 ℃，此时的燃烧温度较低（与大容量煤粉炉相比），热力型NOx生成量很少，快速型NOx的生成又可忽略，总体排放浓度较低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为进一步降低烟气排放NOx浓度，合理布局炉膛燃烧温度场，在炉膛内部前墙布局水冷中隔墙、后墙布局多片水冷小隔墙，使炉内流场和温度场均匀，在额定负荷出力下，炉膛床层温度控制在900 ℃左右，无局部过度高温区出现，从而进一步降低热力型NOx的生成 。
3.2 高效二次风系统构建
高效二次风系统的构建是指在保持下层二次风口位置不变的情况下，提高上层二次风口至锅炉密、稀相区交界处，锅炉密相区均为欠氧燃烧环境，抑制NOx的氛围区域相对于常规二次风系统更为广泛。同时高效二次风在密相区上部区间内产生强烈扰动，使物料浓度场更加均匀化，高效二次风上二次风口位置及穿透扰动工况。
高效二次风燃烧机理：第一，下二次风以下为密相流化区，该区NOx浓度较低，燃料的氧化燃烧反应速率慢，同时由于还原性气体的存在，使此区域产生的NOx也会发生还原性热分解。第二，下二次风以上、上二次风以下为稀相燃烧区，该区NOx浓度较高，燃料的氧化燃烧速率快，但由于上二次风的上移，不足以提供足够燃料燃尽用NOx，热量未全部释放，此时又由于二次风的横向切入，使整个温度场较均匀，燃烧产生的热量短时间被输送至炉膛上部。第三，上二次风为燃料燃尽区，该区域为燃料的燃尽提供足够O2，使燃料产生三次燃烧。通过高效二次风系统的构建，可实现以下效果：1）燃料实现分段分级分层燃烧，为燃料有效利用提供可靠保障。2）炉膛温度场均匀化，降低了炉膛温度场区域化偏差。3）进一步降低了热力型 NOx的生成。
4科学的燃烧运行优化调整
锅炉燃烧器的型式已确定，但对于不同的煤种、燃烧条件的不同、锅炉负荷的不同、燃烧温度的变化、所需的空气量不同，NOx的生成量将会变化，所以锅炉运行方式将起主导作用。
4.1 炉内分层配煤混烧
结合锅炉的配煤掺烧，在兼顾排放浓度、稳燃等方面条件下最大程度地消化经济煤种，建议烟煤宜在配置下层燃烧器保锅炉稳燃；褐煤挥发分高宜配置在中间层燃烧器，低氧燃烧可控制NOx的产生；贫煤宜配置在上层燃烧器，有利于着火和二次分级燃烧。同时各磨煤机应根据不同煤种，确定其合理的经济煤粉细度。
4.2 根据煤种、负荷配风
额定负荷工况下，烟煤挥发分高在下层燃烧器主要用于稳燃，宜配中等风，如配以大风量则不利于控制NOx的产生和整个炉内的低氧燃烧；褐煤若配以大风量则NOx的生成量较大，宜少配风；贫煤、无烟煤挥发分低，为确保燃烬宜多配风。考虑稳燃、低氧、分级，配风方式宜采用缩腰倒宝塔型。即：下层风门开度30%~50%，中间风门开度不宜小于10%，上层风门开度50%~70%，不建议SOFA风门开度长期在100%。当负荷降低时，在保证稳燃的基础上，经济煤种掺配比例可增大，对控制NOx的产生有利。
4.3 优化控制锅炉运行氧量
燃料在锅炉燃烧中氧量大小的控制，不仅影响锅炉运行的经济性，更为重要的是对NOx产生的控制起着决定性作用；锅炉采用低氮燃烧技术后，更应对低氧燃烧有明确要求，机组负荷300MW以上时，氧量按2.6%控制；机组负荷 300~260MW 时，氧量按 2.6%~3.0%控制；机组负荷 260~180MW 时，氧量按 3.0%~4.0%控制；机组负荷 180MW 以下时，氧量按 4.0%~4.5%控制，尽量保持低氧燃烧。
结束语：
优化调整NOx生成量，通过调整燃烧器摆角及喷嘴，控制锅炉运行氧量，在满足环保排放要求的前提下，最大程度地兼顾运行的经济性，减少喷氨量，取得了可喜的成绩，带来了可观的经济效益。
参考文献：
[1] 盖志杰. 300MW直流锅炉脱硝技术分析[J]. 南方农机. 2015(11)
[2] 刘心纯,杨波. 300MW燃煤机组集约型超低排放改造实践[J]. 中国新技术新产品. 2017(07)
[3] 任建立. 300MW超临界循环流化床自平衡给水控制系统研究[J]. 电子世界. 2019(02)
论文作者:张军翔
论文发表刊物:《中国电业》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/11
标签：锅炉论文; 吹管论文; 炉膛论文; 超临界论文; 高效论文; 负荷论文; 燃料论文; 《中国电业》2019年第16期论文;