李任華 何海濤

摘要：計入新時代以來，由于社會的快速發(fā)展，帶動了我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，新技術(shù)的運(yùn)用越來越廣泛，低氮燃燒技術(shù)作為一項符合綠色生產(chǎn)理念的新技術(shù)，也在不斷地進(jìn)行改造。本文分析了低氮燃燒技術(shù)，簡單分析了低氮燃燒器，并且重點對低氮燃燒器的改造和對鍋爐運(yùn)行的影響進(jìn)行了探討，主要體現(xiàn)在六方面，包括穩(wěn)定性、內(nèi)部環(huán)境、再熱氣溫、結(jié)焦、可燃物及運(yùn)行效率，旨在能為進(jìn)一步科學(xué)、合理地改造低氮燃燒器提供一份建議。

關(guān)鍵詞：低氮燃燒器;改造;鍋爐運(yùn)行

引言

企業(yè)中燃?xì)忮仩t的污染排放問題一直為人詬病，其排放產(chǎn)物氮氧化物及二氧化硫等是造成大氣污染的主要誘因，而氮氧化物對人類健康的危害也已人盡皆知。隨著國家加大環(huán)境保護(hù)力度，追求降低氮氧化物排放量、提高居民生活環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)已刻不容緩。為了使鍋爐煙氣中的氮氧化物排放濃度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，本文對燃?xì)忮仩t的超低氮燃燒器技術(shù)進(jìn)行了應(yīng)用研究，以期實現(xiàn)了降低氮氧化物排放濃度的目標(biāo)。

1燃油燃?xì)忮仩t結(jié)構(gòu)分析

近年來國家燃?xì)馊加湾仩t發(fā)展速度迅猛，設(shè)計水平不斷提升，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)具有多樣化。當(dāng)前燃?xì)馊加湾仩t主要包含以下幾種結(jié)構(gòu)：其一，立式火管類型，主要應(yīng)用在0.35MV（0.5t/h）及以下的小容量鍋爐，優(yōu)勢是占地面積較小、結(jié)構(gòu)組成單一。其二，臥式火管類型，鍋爐容量在0.5～20t/h，相當(dāng)于0.35～14MV，其結(jié)構(gòu)較為緊湊，便于工作人員進(jìn)行檢修。其三，立式水管類型，其鍋爐容量為2.8MV（4t/h），產(chǎn)氣快、結(jié)構(gòu)緊湊，不過此設(shè)備對于水質(zhì)的要求較高，檢修工作開展較困難。其四，臥式水管類型，此結(jié)構(gòu)屬于較普遍的爐型，整個鍋爐的容量最大可以達(dá)到29MV（50t/h）左右，檢修方便，爐型結(jié)構(gòu)較成熟。同時，燃?xì)馊加湾仩t中還包含π型散裝結(jié)構(gòu)與雙鍋橫置結(jié)構(gòu)。

2低氮燃燒技術(shù)

2.1燃料分級燃燒

它是指將燃料分成幾股燃料流，然后讓這幾股燃料流在燃燒區(qū)進(jìn)行燃燒反應(yīng)，把75%～80%的燃料流放入到主要燃燒區(qū)加富氧進(jìn)行富氧燃燒，將剩下的20%～25%送到再燃燒區(qū)進(jìn)行缺氧燃燒，這樣在主燃燒區(qū)的產(chǎn)物NOX被還原，從而減少氮的排放量。

2.2對燃燒空氣的預(yù)處理

其一，高溫空氣燃燒技術(shù)，屬于深度、溫和低氧稀釋性燃燒，可以使燃料在低氧的環(huán)境中處于穩(wěn)定燃燒狀態(tài)。其中低氧環(huán)境指的是空氣中含有2%～20%的氧氣。相較于傳統(tǒng)燃燒技術(shù)，高溫空氣燃燒技術(shù)可以減少約70%的NOx排放量。大量實驗數(shù)據(jù)顯示，在高溫環(huán)境中燃燒空氣，其預(yù)熱溫度和氧氣的濃度均會對NOx的排放量產(chǎn)生一定的影響：一般來說，NOx的排放量會隨著空氣預(yù)熱溫度的提升而增加，同時氧氣濃度的上升會使火焰峰值溫度變大，增加NOx的排放量。其二，柔和燃燒技術(shù)，又名無焰氧化技術(shù)或無焰燃燒技術(shù)。此技術(shù)的原理是在燃燒中混合物的自然溫度應(yīng)高于最大的溫升燃燒反應(yīng)。經(jīng)過試驗顯示，射流速度提升會導(dǎo)致煙氣的回流比和卷吸率升高，減少火焰的峰值溫度，降低NOx的排放量。不過柔和燃燒技術(shù)具有一定的劣勢，只能在排煙溫度較高的情況下利用爐外的空氣預(yù)熱和爐內(nèi)的高溫?zé)煔饣亓鞣椒▉韺崿F(xiàn)。

2.3煙氣再循環(huán)技術(shù)

煙氣再循環(huán)技術(shù)是將煙氣通入到火焰區(qū)域當(dāng)中，以此來促使燃燒溫度降低，并且通過加入煙氣來促使O2分壓得以降低，以此來使得熱力型NOx的反應(yīng)減弱，NOx的生成量降低，煙氣再循環(huán)技術(shù)包括外部煙氣再循環(huán)與內(nèi)部煙氣再循環(huán)兩種。其中，外部煙氣再循環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，其反應(yīng)過程為煙氣由燃?xì)忮仩t出口經(jīng)過一外部管道而接入到燃燒器空氣入口，由燃燒器重新進(jìn)到鍋爐膛內(nèi)而進(jìn)行燃燒過程，通過實驗證實，利用外部煙氣再循環(huán)能夠?qū)⑷細(xì)忮仩tNOx生成量降低70%左右;內(nèi)部煙氣再循環(huán)指的是通過合理設(shè)計燃燒器與爐膛的結(jié)構(gòu)，來促使?fàn)t膛內(nèi)的煙氣回流至燃燒區(qū)域而參與燃燒反應(yīng)，在工業(yè)應(yīng)用中可以借助高速噴射火焰的卷吸作用等來實現(xiàn)內(nèi)部煙氣再循環(huán)。燃?xì)庠傺h(huán)技術(shù)應(yīng)用起來比較簡便，但是其燃燒穩(wěn)定性較差，并且會在一定程度上降低鍋爐效率。

2.4貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)

貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)指的是先將燃料與過量空氣進(jìn)行充分混合，再將混合氣體通入鍋爐里面，然后點火進(jìn)行燃燒。利用貧燃預(yù)混燃燒技術(shù)可以確保燃料得以充分燃燒，通過注入過量的空氣可以促使燃燒溫度降低，以此來降低NOx的生成量，已有實踐證明，此工藝技術(shù)通過對燃燒溫度進(jìn)行調(diào)控，最高能夠使NOx的生成量降低85%左右。因該工藝是在偏離理論空氣量情況下燃燒，所以燃燒過程極不穩(wěn)定，易出現(xiàn)振蕩燃燒與火焰吹熄等現(xiàn)象，同時，該工藝的實際運(yùn)行條件極為嚴(yán)苛，一旦操作不當(dāng)，則有可能引發(fā)爆炸事故，故一般對于容量在20t/h以上的工業(yè)鍋爐，該技術(shù)不再適用。

2.5熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

當(dāng)前大多數(shù)燃油燃?xì)忮仩t應(yīng)用于單一發(fā)電或者供熱環(huán)境中，尚未實現(xiàn)科學(xué)的梯級運(yùn)用，綜合使用能效較低。熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)可以利用管網(wǎng)換熱站進(jìn)行換熱工作，再將熱水向用戶供給或者直接供應(yīng)蒸汽，充分利用蒸汽熱量，提升機(jī)組熱效率。結(jié)合多種近汽參數(shù)將全廠的熱效率由之前的30%～40%提升到70%～80%。例如丹麥地區(qū)已經(jīng)將熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)作為能源計劃的基礎(chǔ)，此技術(shù)的發(fā)電量可以達(dá)到總發(fā)電量的30%，芬蘭地區(qū)的占比甚至達(dá)到70%，成為當(dāng)今節(jié)能提效的主要技術(shù)。

3低氮燃燒器改造對鍋爐運(yùn)行的影響

3.1對鍋爐燃燒時穩(wěn)定性的影響

鍋爐的穩(wěn)定性體現(xiàn)在很多方面，其最主要的體現(xiàn)是在溫度的穩(wěn)定性以及運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性上。低氮燃燒器在一次噴風(fēng)口安裝了濃淡組合，而且利用熱回流接力燃燒等技術(shù)，在燃燒過程中根據(jù)熱力與動力不對稱原理進(jìn)行設(shè)計，使噴口處的煤粉熱解后與鍋爐中心的復(fù)合射流大渦進(jìn)行連接，熱回流碳粉的較高回流率使停留時間變長，提高了環(huán)渦內(nèi)燃燒產(chǎn)生的熱量，使溫度升高影響著鍋爐的運(yùn)行;低氮燃燒器的改造又在氧氣的數(shù)量上進(jìn)行了控制，在燃燒過程中氧氣需要滿足燃燒條件產(chǎn)生熱量，由于氧氣數(shù)受到了控制熱量的產(chǎn)生也就受到了抑制，從而影響著鍋爐的運(yùn)行。兩種運(yùn)行方式的存在影響著鍋爐的穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2對鍋爐再熱氣溫的影響

低氮燃燒器在改造后將原來的燃燒器標(biāo)高下移，對再熱氣溫有很大的影響，低氮燃燒器改造后由于機(jī)組協(xié)調(diào)緩慢的問題使得鍋爐壓力的跟蹤調(diào)整跟不上，容易造成超調(diào)現(xiàn)象，使得氣溫的變化幅度變大。改造后的低氮燃燒器有一組擺動火嘴，當(dāng)噴口向上擺動蒸汽的溫度會上升，噴口向下擺動時溫度會下降，但因為只有一組搖動火嘴所以溫度調(diào)整速度受限，調(diào)整的時間過長加上風(fēng)次配比受到低氧條件的控制，影響著機(jī)器的效率。為了保證鍋爐出口溫度在規(guī)定范圍內(nèi)低負(fù)荷，需要使用制粉系統(tǒng)，這樣又會導(dǎo)致受熱面溫度過高，很難再不超溫的情況下還能保持出口溫度保持在規(guī)定范圍內(nèi)，影響著鍋爐的運(yùn)行。

結(jié)語

綜上所述，鍋爐在運(yùn)行時，其性能優(yōu)劣會受到很多因素的影響，雖然低氮燃燒器改造對鍋爐的運(yùn)行有著一定的影響，但為使能源清潔，并且減少對環(huán)境的危害，還是需要結(jié)合實際優(yōu)化對低氮燃燒器的改造，也可以通過規(guī)范低氮燃燒器改造過程，提高鍋爐運(yùn)行可靠性，從整體上提高低氮燃燒器改造技術(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]姜志軍，王毅巖，宋繼坤.低氮燃燒器改造對鍋爐運(yùn)行影響探析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019（15）：76.

[2]汪明宇，賈希存，王焱.300MW機(jī)組低負(fù)荷下脫硝連續(xù)運(yùn)行的研究與實踐[J].冶金動力，2019（9）：55～58.

[3]薛新偉，張志強(qiáng).300MW貧煤鍋爐低氮燃燒器改造對汽溫的影響[J].山西電力，2017（2）：55～57.