郎艷偉

摘 要：氮氧化物是燃煤電站排放的主要污染物之一，在國家頒布的全新的火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)中，對火電廠機組的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)作出了全新規(guī)定，并對新舊機組的氮氧化物最高允許排放濃度都作出了詳細(xì)的規(guī)定。為了切實保護環(huán)境，降低火電廠運行成本，就需要我們對機組鍋爐的低氮燃燒技術(shù)做出有效改造，以提高鍋爐的運行性能。本文主要結(jié)合實際情況，分析了300MW機組鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造方案，然后評價了改造之后的性能，希望通過本次研究對同行有所幫助。

關(guān)鍵詞：300MW機組鍋爐 低氮燃燒技術(shù) 改造方案 性能測定

中圖分類號：TM621 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-9082（2018）12-0-01

進入新世紀(jì)以來，隨著我們對燃料燃燒熱能的研究不斷深入，并發(fā)明了一些燃燒設(shè)備，使得依靠燃料產(chǎn)生的巨大能量能夠轉(zhuǎn)化成多種能量來源。但現(xiàn)階段燃料熱能利用效率依然較低，燃煤燃燒過程中會產(chǎn)生大量有毒有害氣體，對大氣環(huán)境造成一定污染，為了解決這個問題，燃煤在燃燒之后，就需要經(jīng)過必要的脫硫脫硝處理，有效降低污染物。隨著我國化工水平不斷提升，社會大眾環(huán)保意識不斷增強，國家環(huán)境保護部門連續(xù)出臺了多項政策，對發(fā)電廠的燃燒技術(shù)提出了更高要求，所以，改善低氮燃燒技術(shù)不僅可以最大限度的發(fā)揮燃料的燃燒效率和燃燒能量，而且還能夠起到明顯的環(huán)保作用。在300MW機組鍋爐運行過程中，加強低氮燃燒技術(shù)改造勢在必行。

一、鍋爐機組氮氧化物生成過程

在火力電廠發(fā)電過程中，鍋爐機組中氮氧化物生成量與燃料的燃燒方式，特別是燃料的燃燒溫度以及過量空氣系數(shù)等燃燒條件有著密切聯(lián)系。連續(xù)多年研究結(jié)果證明，燃料在燃燒過程中，氮氧化物的生成途徑主要分為三種，分別為熱力型、燃料型和快速型。首先，熱力型氮氧化物是在高溫高壓環(huán)境下，空氣中的氧氣和氮氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一氧化氮和二氧化氮，并隨著鍋爐內(nèi)溫度的升高，氮氧化物的生成速度按照指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)鍋爐內(nèi)的溫度低于1000℃，是氮氧化物的生成量最少，而超過1400℃氮氧化物的生成量加速增加，當(dāng)溫度超過1600℃后，熱力型氮氧化物生成量占總氮氧化物生成量的30%左右；其次，燃料型氮氧化物是燃料中所含有的氮化合物，在燃燒過程中進一步發(fā)生分解，產(chǎn)生一氧化氮和其它產(chǎn)物，在此過程中氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮氣。在煤粉鍋爐中，燃料型氮氧化物占到總氮氧化物量的75%以上。這部分氮氧化物的含量和還原與整個反應(yīng)過程中、氧氣濃度、燃燒溫度和煤炭質(zhì)量有著密切聯(lián)系；最后，快速型氮氧化物主要是通過燃料燃燒產(chǎn)生的碳?xì)湓雍偷獨夥肿酉嗷プ矒?，生成了碳?xì)涞惢衔铮@類化合物在經(jīng)過進一步氧化反應(yīng)所生成氮氧化合物，整個反應(yīng)過程十分迅速。該種氮氧化物的生成量與鍋爐爐膛內(nèi)壓力0.5次方成正比，與溫度聯(lián)系不大。

二、300MW機組鍋爐改造前運行現(xiàn)狀

1.300MW機組鍋爐改造前運行現(xiàn)狀

本次研究所選擇的300MW機組鍋爐，為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界中間再熱燃煤自然循環(huán)汽包鍋爐，燃燒設(shè)備為四角布置，切向燃燒，百葉窗式水平濃淡直流擺動式燃燒器，空氣風(fēng)粉氣流，從爐膛四角噴射入爐膛內(nèi)，噴口中心線與爐膛中心兩個假想切圓相切，假想切圓直徑分別為φ772和φ681。燃燒器上一次風(fēng)噴口，中心距離屏底為17.36m，下一次風(fēng)噴口中心到冷灰斗拐點距離為4.306m，每個燃燒器共存在15層噴口，包含了六層，一次噴口，一層頂二次風(fēng)噴口，八層二次風(fēng)噴口。燃燒器蜂箱被阻隔成了15層的風(fēng)室，各個風(fēng)室的方向分別對應(yīng)了一次風(fēng)噴口、二次風(fēng)噴口和頂二次風(fēng)噴口的位置，各個風(fēng)室的通風(fēng)量主要通過風(fēng)門擋板的開張程度來實現(xiàn)有效調(diào)控。在鍋爐機組運行過程中，通風(fēng)量要堅持均等分配原則。

2.300MW機組鍋爐燃煤和氮氧化物排放情況

該機組運行燃燒過程中所選擇的燃煤為太原西山培灰份29%，揮發(fā)份33%，發(fā)熱量為1.2MJ/kg，該燃煤灰分較高，揮發(fā)份和發(fā)熱量較低。在現(xiàn)有煤質(zhì)不能得到改善的情況下，脫硝裝置入口處氮氧化物濃度約為680～890mg/m3，通過脫硝裝置進行脫硝處理后，鍋爐所排放出來的煙氣氮氧化物濃度能夠控制在130mg/m3，脫硝率維持在85%。

3.300MW機組鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造方案

本次低氮燃燒技術(shù)改造方案主要選擇了立體分級低氮燃燒技術(shù)，它是利用先進的技術(shù)，通過改造之后，實現(xiàn)燃煤濃淡燃燒，鍋爐內(nèi)部燃燒和空氣分級燃燒的有效融合，燃煤在整個燃燒過程中，能夠顯著降低氮氧化物的生成和排放量，與此同時，在鍋爐內(nèi)燃料的燃燒性能更加穩(wěn)定，能夠有效避免水冷壁出現(xiàn)腐蝕以及在高溫高壓條件下鍋爐底部出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。該項技術(shù)改造方案，能夠提高鍋爐對燃煤的適用性，能夠更好的適應(yīng)低質(zhì)量燃煤的燃燒要求。通過進一步更換相應(yīng)燃燒器，選擇特殊的燃燒器設(shè)備，能夠進一步提高燃燒效果。該項改造方案在能夠得到較好的燃燒效果的同時，對節(jié)能減排有著很大幫助。整個低氮燃燒技術(shù)改造方案分為以下幾個方面：

首先，技術(shù)改造方案中選用了分級送入的高位分離燃盡送風(fēng)系統(tǒng)，在距離主燃燒器上排一次風(fēng)約6.3m的位置安裝了三層共12只的頂二次風(fēng)噴口，技術(shù)改造中所布置的頂二次風(fēng)噴口全部基于層角布置原則，需要保障新布置的頂二次風(fēng)噴口，送入風(fēng)通風(fēng)量不能低于總二次風(fēng)通風(fēng)量的1/4；其次，還要確保該噴口能夠在水平方向和垂直方向自由擺動，有效調(diào)整鍋爐內(nèi)的氣溫偏差；再次，在技術(shù)改造過程中，還對燃盡風(fēng)系統(tǒng)進行了改造，鍋爐四周的燃盡風(fēng)系統(tǒng)選擇了各自獨立的風(fēng)箱進行風(fēng)量輸送，低氮燃盡風(fēng)直接由二次封箱提供。整個燃燒器四個燃燒角的進風(fēng)噴口組件的供風(fēng)風(fēng)道均由其相對應(yīng)的兩側(cè)墻二次風(fēng)箱入口熱二次風(fēng)道分別引出。配置兩個垂直的風(fēng)道，分別向四個燃盡風(fēng)水平風(fēng)道內(nèi)送風(fēng)；第四，在改造過程中，還需要配置主燃燒進風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，利用該擋板對各個風(fēng)道進行風(fēng)量分配和流量控制。要維持主燃燒器原有位置不變，不能更換噴頭管屏；最后，要重新對1、2、3次風(fēng)燃燒器進行重新設(shè)計和布置。將一層風(fēng)燃燒器下層油然噴口與二層風(fēng)噴口組合成二次風(fēng)噴口，從而對整個機組的送風(fēng)方式作出優(yōu)化調(diào)整，保證鍋爐內(nèi)部燃料還原時間，充足通風(fēng)量，實現(xiàn)燃煤充分燃燒，降低氮氧化物濃度，降低排放數(shù)量。在改造過程中，還應(yīng)該確保1、2、3次風(fēng)呈現(xiàn)原有的垂直擺動形式，有效調(diào)節(jié)再熱氣溫。

4.低氮燃燒技術(shù)改造方案優(yōu)勢