来钰

摘 要：锅炉作为我国工业生产中的重要能量转换设备，其在运行的过程中需要消耗大量的燃料，而随着燃料的加热燃烧会释放大量的氮氧化物，如果不经过处理直接排放到外界，将会对环境造成严重的污染。在节能环保的政策号召下，燃煤锅炉逐渐向低氮燃烧技术发展，采用各种先进的技术降低氮氧化物的生成或者排放，不仅能够提高锅炉的燃烧效率，同时还能够降低对环境的污染。文章对燃煤锅炉低氮燃烧优化策略进行了分析，为推进我国燃煤锅炉低氮燃烧技术提供一定的参考。

关键词：燃煤锅炉；低氮燃烧；氮氧化物；优化策略

氮氧化物是燃煤在锅炉运行燃烧过程中生成的必然产物，如果不进行优化改造，我国氮氧化物的排放量在国际排名将会居首，对人们的生存环境以及身体健康产生巨大的影响。所以在燃煤锅炉低氮燃烧技术方面进行优化调整，从技术方面来讲，控制氮氧化物的生成和排放主要有两种，一种是进行炉内脱氮，降低氮氧化物的生产，另一种是尾部脱氮，通过还原或者吸附氮氧化物，降低对环境的污染。从目前的效果来看，炉内脱氮技术由于结构简单，清洁有效，所以应用范围较广。随着科学技术的发展，将会研发设计出更加高效经济的低氮燃烧技术，为促进工业的可持续性发展创造有利的条件。

1 煤燃烧过程中氮氧化物形成机理及控制现状

一般情况下，在燃煤燃烧的过程中，生成的氮氧化物主要有一氧化氮、二氧化氮和一氧化二氮，其中的一氧化氮和二氧化氮含量较多，所以低氮燃烧主要是控制这两种物质的生成。氮氧化物的生成主要有三种方式，第一，空气中氮气在高温情况下氧化生成氮氧化物。第二，燃料中氮化合物在燃烧过程中热分解，氧化后生成氮氧化物。第三，空气中氮与燃料中碳氢离子团反应生成氮氧化物。氮氧化物的生成与炉内温度、燃料停留时间、燃料中氮的含量等各项因素都有很大的关系，所以通过对氮氧化物生成机理以及现有脱氮技术的分析，对于燃煤锅炉低氮燃烧技术优化策略的制定和调整具有一定的意义。

现阶段，对于燃煤锅炉的低氮燃烧技术，主要有三种处理方式，燃烧前、燃烧中和燃烧后。燃烧前主要是对燃料进行脱氮处理，但是成本较高、难度大、工艺比较复杂，所以目前应用的较少。燃烧中脱氮主要是通过降低反应区氧浓度、缩短燃料在高温区停留时间以及控制燃烧区温度等方式来降低氮氧化物的生成量，加之各种技术的优化设计，燃烧中脱氮目前使用的范围较广。燃烧后脱氮主要是将生成的氮氧化物通过还原或者吸附的方式降低排放量，其运行技术相对比较成熟。

2 低氮燃烧技术改造技术方案的选择

2.1 空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术主要是通过控制氧气的供给量来降低氮氧化物的生成，所以在燃煤燃烧的过程中分级向炉内送风，保证燃煤的分级分段燃烧，能够有效控制氮氧化物的生成量。通过送风量的控制可将炉内分为三个燃烧区域，热解区、贫氧区和富氧区，氧气的浓度是产生NOx的重要因素，如果能够将过量空气系数控制在1以下，使燃烧区达到贫氧状态，就能够有效抑制氮氧化物的生成，同时还会推迟燃烧过程。为了保证燃煤燃烧，在燃烧器的上方燃尽风喷口处会送入一定的风量，与烟气混合后完成燃烧过程。炉内空气分级燃烧主要包括轴向空气分级燃烧和径向空气分级燃烧，都是通过调整送风量和送风方式来控制氧气供给量。但是空气分级燃烧技术还存在一个问题，在二段空气量过大的情况下，会增加燃煤不完全燃烧的几率，从而造成热能损失，所以这种燃烧技术只有在对锅炉的运行产能要求不高时才可使用。

2.2 优化调整摆角与燃尽风

通过对摆角和燃尽风的优化调整，也能够加强对低氮燃烧的控制。对燃尽风的摆角进行适当的上倾调整，可以避免炉膛两侧的汽温差。在锅炉的总风量比较稳定的情况下，结合具体运行状态，在负荷有所提升时，可以适当的增大燃尽风的挡板，可有效降低氮氧化物的排放，同时还可减少飞灰。在对燃尽风进行控制，降低含氧量，就能够确保锅炉炉膛处于低氧燃烧状态，就会加强上部燃烧，火焰中心上移，氮氧化物生成量显著下降，从而提高锅炉低氮燃烧效率。

2.3 燃烧器型式选择

燃烧器的型式对低氮燃烧具有一定的影响，所以型式的选择也是关键问题，主要有水平浓淡燃烧器和垂直浓淡燃燒器两种，其应用范围较广。水平浓淡燃烧器能够在水平方向对煤粉的浓淡进行分离，其射流可更加接近于炉膛中心，能够形成较强的径向卷吸；垂直燃烧器在燃烧组的布置方面可形成浓淡浓的形式，从而在燃烧区中可达到浓淡分离的目的。在对燃烧器进行优化调整改造中，主要以浓淡分离为主要目的，并且可以合理控制分离的比例以及各项参数，从而确保低氮燃烧的效率。

2.4 OFA喷口选择及SOFA风设计

原有锅炉燃烧系统中常常设OFA喷口，能否利旧使用，也是低氮燃烧技术改造过程中要重点考虑的一个问题。主燃烧器上层OFA喷口常常反切，以削弱炉膛气流旋转，减小炉膛出口烟温偏差，效果较为明显。如果原OFA喷口尺寸、以及风速风量设置与低氮燃烧技术改造方案有冲突的情况，也可将其封堵或改造利用。将较大比例的二次风（SOFA）布置在燃烧器的上部，实现锅炉燃烧的空气分级燃烧技术，不仅能够控制氮氧化物的生成，同时能够保证炉膛燃尽区进一步完全燃烧从而降低飞灰可燃物的含量，维持锅炉燃烧效率。SOFA风的存在，在于形成燃尽区。燃尽区的位置与大小是SOFA风设计的关键，SOFA喷口标高、SOFA喷口组数与层数、SOFA风风速与风量比例等参数应该被设计者重点考虑。

2.5 优化调整煤粉细度

煤粉细度对低氮燃烧效率会产生一定的影响，尤其是在空气分级燃烧的情况下更为明显。在一次风喷口安装钝体稳燃器时，当分级程度较高时，细煤粉的NO排放浓度要高于粗煤粉。煤粉细度越大，其中的挥发分也更容易释出，煤粉颗粒与空气接触的表面积增加，从而提前着火且温度升高，燃尽率也较高。在煤粉颗粒表面积增加的情况下，焦炭对NO的还原能力增强，从而细煤粉可以有效降低氮氧化物的排放浓度，所以可结合空气分级燃烧状况，加强对煤粉细度的调整控制。

3 结束语

燃煤锅炉低氮燃烧技术是适应我国工业生产发展的必然趋势，低氮燃烧有利于控制锅炉运行燃烧过程中氮氧化物的生成量，减少对环境的污染。在低氮燃烧技术中，目前主要以炉内脱氮技术为主，通过与尾部脱氮技术的结合，能够提高脱氮效果。低氮燃烧技术的设计研发，需要从可靠性、稳定性以及经济性等方面综合考虑，确保各项要素都能够得到有效保证。

参考文献

[1]王承亮，谭厚章.燃煤锅炉低氮燃烧稳定性试验研究[J].洁净煤技术，2016.

[2]黄敏，吴晓烽，王楚玉.浅析低氮燃烧技术在燃煤锅炉中的应用[J].能源与环境，2014.

[3]郝振.双尺度低氮燃烧技术在600MW燃煤锅炉上的应用[J].中国电业（技术版），2014.