郎艳伟

摘 要：氮氧化物是燃煤电站排放的主要污染物之一，在国家颁布的全新的火电厂大气污染排放标准中，对火电厂机组的氮氧化物排放标准作出了全新规定，并对新旧机组的氮氧化物最高允许排放浓度都作出了详细的规定。为了切实保护环境，降低火电厂运行成本，就需要我们对机组锅炉的低氮燃烧技术做出有效改造，以提高锅炉的运行性能。本文主要结合实际情况，分析了300MW机组锅炉低氮燃烧技术改造方案，然后评价了改造之后的性能，希望通过本次研究对同行有所帮助。

关键词：300MW机组锅炉 低氮燃烧技术 改造方案 性能测定

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2018）12-0-01

进入新世纪以来，随着我们对燃料燃烧热能的研究不断深入，并发明了一些燃烧设备，使得依靠燃料产生的巨大能量能够转化成多种能量来源。但现阶段燃料热能利用效率依然较低，燃煤燃烧过程中会产生大量有毒有害气体，对大气环境造成一定污染，为了解决这个问题，燃煤在燃烧之后，就需要经过必要的脱硫脱硝处理，有效降低污染物。随着我国化工水平不断提升，社会大众环保意识不断增强，国家环境保护部门连续出台了多项政策，对发电厂的燃烧技术提出了更高要求，所以，改善低氮燃烧技术不仅可以最大限度的发挥燃料的燃烧效率和燃烧能量，而且还能够起到明显的环保作用。在300MW机组锅炉运行过程中，加强低氮燃烧技术改造势在必行。

一、锅炉机组氮氧化物生成过程

在火力电厂发电过程中，锅炉机组中氮氧化物生成量与燃料的燃烧方式，特别是燃料的燃烧温度以及过量空气系数等燃烧条件有着密切联系。连续多年研究结果证明，燃料在燃烧过程中，氮氧化物的生成途径主要分为三种，分别为热力型、燃料型和快速型。首先，热力型氮氧化物是在高温高压环境下，空气中的氧气和氮气发生化学反应，生成一氧化氮和二氧化氮，并随着锅炉内温度的升高，氮氧化物的生成速度按照指数规律增加。当锅炉内的温度低于1000℃，是氮氧化物的生成量最少，而超过1400℃氮氧化物的生成量加速增加，当温度超过1600℃后，热力型氮氧化物生成量占总氮氧化物生成量的30%左右；其次，燃料型氮氧化物是燃料中所含有的氮化合物，在燃烧过程中进一步发生分解，产生一氧化氮和其它产物，在此过程中氮氧化物发生还原反应，生成氮气。在煤粉锅炉中，燃料型氮氧化物占到总氮氧化物量的75%以上。这部分氮氧化物的含量和还原与整个反应过程中、氧气浓度、燃烧温度和煤炭质量有着密切联系；最后，快速型氮氧化物主要是通过燃料燃烧产生的碳氢原子和氮气分子相互撞击，生成了碳氢氮类化合物，这类化合物在经过进一步氧化反应所生成氮氧化合物，整个反应过程十分迅速。该种氮氧化物的生成量与锅炉炉膛内压力0.5次方成正比，与温度联系不大。

二、300MW机组锅炉改造前运行现状

1.300MW机组锅炉改造前运行现状

本次研究所选择的300MW机组锅炉，为东方锅炉股份有限公司生产的亚临界中间再热燃煤自然循环汽包锅炉，燃烧设备为四角布置，切向燃烧，百叶窗式水平浓淡直流摆动式燃烧器，空气风粉气流，从炉膛四角喷射入炉膛内，喷口中心线与炉膛中心两个假想切圆相切，假想切圆直径分别为φ772和φ681。燃烧器上一次风喷口，中心距离屏底为17.36m，下一次风喷口中心到冷灰斗拐点距离为4.306m，每个燃烧器共存在15层喷口，包含了六层，一次喷口，一层顶二次风喷口，八层二次风喷口。燃烧器蜂箱被阻隔成了15层的风室，各个风室的方向分别对应了一次风喷口、二次风喷口和頂二次风喷口的位置，各个风室的通风量主要通过风门挡板的开张程度来实现有效调控。在锅炉机组运行过程中，通风量要坚持均等分配原则。

2.300MW机组锅炉燃煤和氮氧化物排放情况

该机组运行燃烧过程中所选择的燃煤为太原西山培灰份29%，挥发份33%，发热量为1.2MJ/kg，该燃煤灰分较高，挥发份和发热量较低。在现有煤质不能得到改善的情况下，脱硝装置入口处氮氧化物浓度约为680～890mg/m3，通过脱硝装置进行脱硝处理后，锅炉所排放出来的烟气氮氧化物浓度能够控制在130mg/m3，脱硝率维持在85%。

3.300MW机组锅炉低氮燃烧技术改造方案

本次低氮燃烧技术改造方案主要选择了立体分级低氮燃烧技术，它是利用先进的技术，通过改造之后，实现燃煤浓淡燃烧，锅炉内部燃烧和空气分级燃烧的有效融合，燃煤在整个燃烧过程中，能够显著降低氮氧化物的生成和排放量，与此同时，在锅炉内燃料的燃烧性能更加稳定，能够有效避免水冷壁出现腐蚀以及在高温高压条件下锅炉底部出现结焦现象。该项技术改造方案，能够提高锅炉对燃煤的适用性，能够更好的适应低质量燃煤的燃烧要求。通过进一步更换相应燃烧器，选择特殊的燃烧器设备，能够进一步提高燃烧效果。该项改造方案在能够得到较好的燃烧效果的同时，对节能减排有着很大帮助。整个低氮燃烧技术改造方案分为以下几个方面：

首先，技术改造方案中选用了分级送入的高位分离燃尽送风系统，在距离主燃烧器上排一次风约6.3m的位置安装了三层共12只的顶二次风喷口，技术改造中所布置的顶二次风喷口全部基于层角布置原则，需要保障新布置的顶二次风喷口，送入风通风量不能低于总二次风通风量的1/4；其次，还要确保该喷口能够在水平方向和垂直方向自由摆动，有效调整锅炉内的气温偏差；再次，在技术改造过程中，还对燃尽风系统进行了改造，锅炉四周的燃尽风系统选择了各自独立的风箱进行风量输送，低氮燃尽风直接由二次封箱提供。整个燃烧器四个燃烧角的进风喷口组件的供风风道均由其相对应的两侧墙二次风箱入口热二次风道分别引出。配置两个垂直的风道，分别向四个燃尽风水平风道内送风；第四，在改造过程中，还需要配置主燃烧进风调节挡板，利用该挡板对各个风道进行风量分配和流量控制。要维持主燃烧器原有位置不变，不能更换喷头管屏；最后，要重新对1、2、3次风燃烧器进行重新设计和布置。将一层风燃烧器下层油然喷口与二层风喷口组合成二次风喷口，从而对整个机组的送风方式作出优化调整，保证锅炉内部燃料还原时间，充足通风量，实现燃煤充分燃烧，降低氮氧化物浓度，降低排放数量。在改造过程中，还应该确保1、2、3次风呈现原有的垂直摆动形式，有效调节再热气温。

4.低氮燃烧技术改造方案优势