240t/h燃煤锅炉低氮控制技术选择与系统改造研究

240t/h燃煤锅炉低氮控制技术选择与系统改造研究

李霄王志敏

陕西延长石油榆林煤化有限公司生产计划部陕西榆林719000

摘要：我国是世界上最大的煤炭消费国，它在带动我国经济发展的同时，也污染了环境。目前锅炉运行时常有水冷壁结焦、过热器积灰情况或倾向出现。炉膛火焰中心向后墙偏移，导致后墙结焦情况较严重。炉膛内NOX浓度为700-950mg/Nm3。烟气经过SCR脱硝装置后，NOX浓度为180-300mg/Nm3之间，无法达到国家烟气排放标准100mg/Nm3。基于此，本文首先阐述了项目概况，然后分析改造目标和技术选择，最后提出了科学合理的系统改造方案，希望可以为环境改善提供具有价值的建议。

关键词：240t/h燃煤锅炉；低氮控制；技术选择；系统改造

目前我国主要以煤炭能源结构为主，大量的煤炭燃烧产生了大量大气污染物的排放，无论是对环境还是工业发展都产生了非常大的影响。由此可见，只有控制和减少大气污染物的排放才可以促进我国经济的发展。另外，NOx作为大气污染的主要因素之一，当其达到一定浓度的时候也会危害人们的身体健康。所以现阶段，我国对锅炉氮氧化物的排放提出了非常严格的要求，以确保燃煤锅炉排放达标。

1、项目概况

1.1锅炉简述

陕西延长石油榆林煤化有限公司热电1#、2#锅炉是无锡华光锅炉厂生产的单锅筒、集中下降管，单炉膛，自然循环，全钢架П型布置固态排渣煤粉炉，可设防6度地震烈度，Ⅱ类场地。另外，制粉系统采用中速磨直吹式制粉系统。

1.2燃烧设备

该锅炉采用水平浓淡加偏置周界风直流煤粉燃烧器，并布置在炉膛的正四角。煤粉经一次风管中浓缩管及扭曲板的作用后被分成浓相及淡相，而且分别引射到炉膛内向火侧和背火侧，确保燃烧稳定和防止结焦。

另外，燃烧器有三层的一次风喷嘴，四层二次风喷口，各层二次风供风均应设置单独的风量调节挡板，便于操作控制。一次、二次风喷嘴喷口均为水平方向喷射，各喷口采用耐高温合金铸钢材料。其中燃烧器的一次风风率为23%，风温达60℃，风速为26.82m/s；二次风风率味72.83%，风温为311.2℃，风速为45.75m/s。

1.3使用煤种

目前，该锅炉实际使用煤种为榆阳煤具有低硫特性，横山煤具有高硫特性。二者的搅拌掺烧使用，掺烧比例为低硫煤3：高硫煤1或者低硫煤2：高硫煤1。而且由于煤种的不同，这也就使每种煤所含的水分、灰份、氢，以及固定碳等等都会存在很大的差异，这也就导致锅炉在运行的时候经常会出现较为严重的现象，从而导致NOx过多排放。

1.4厂址环境条件

陕西延长石油榆林煤化有限公司位于陕西榆林市榆横工业园，厂房零米海拔高度为1124.30米，可预防六度的地震烈度。该公司每年的环境条件如下：每年年均气压为59.68KPa，年均降水量为436.9mm，年均气温为8.5℃，年均相对湿度为59.5%。

2、改造目标和技术选择

经过相关技术工作人员的考察验证，要实现燃煤炉低氮排放，首先必须降低炉膛内NOX浓度，进行低氮燃烧改造，才可以改善燃烧工况。

2.1改造目标

目前，陕西延长石油榆林煤化有限公司所使用的实际运行煤种的NOx浓度为700-950mg/Nm3。因此，为了抑制NOx的生成，工作人员应该明确改造目标。如，锅炉改造后效率保证不低于改造前鉴定值，锅炉主蒸汽温度达到额定值，过热器减温水量不高于改造前鉴定值，额定蒸发量维持不变，炉膛出口两侧烟温偏差不高于原设计值50℃，以及设计燃烧器时不仅要考虑其安全运行，同时也要充分考虑风压测点等各种因素，从而有效地改善环境并促进人们身体的健康。

2.2技术选择

为了实现燃煤电站锅炉的达标排放，目前低NOx燃烧改造的主流技术为炉内脱氮技术。

炉内脱氮技术，主要是基于空气分级的原理，通过增加燃尽风系统并更改现有一、二次风配风方式，以实现降低NOX浓度的目标。该技术将炉膛分成三个相对独立的部分：燃烧区、NOX还原区和燃尽区。因此，在每个区域合理控制各自的过量空气系数，才可以有效地降低NOx排放，并尽最大可能地提高燃烧效率。另外，在执行这种技术的时候，工作人员应该确保该项技术符合中国国家标准（GB）、部颁标准及电力行业标准（DL），当以上标准出现矛盾的时候需要采取较高标准来执行技术，以确保技术规范。

（1）通过燃烧器区域的刚性偏置二次风，在炉膛壁面附近形成低煤粉浓度的氧化区，避免了炉膛结渣和高温腐蚀的发生；

（2）本技术将煤粉浓淡分离，所有浓一次风煤粉都布置在了燃烧区域下部，相当于提高了煤粉燃尽高度及NOx还原高度，有利于提高锅炉燃烧效率及降低NOx的排放水平。

由此可见，分级燃烧技术的最突出特点是超低NOx燃烧特性，在保证稳燃高效的前提下，通过采用空间燃烧分级技术不仅保证煤粉早着火，稳定燃烧，通过采用上下、左右可调燃尽风喷口技术，实现炉内按需供风和降低炉膛出口烟温偏差，更重要的是实现了锅炉超低NOx的燃烧排放。

3、系统改造方案

3.1改造概述

当工作人员对燃烧器进行改造的时候，首先应该增加燃尽风组建，以保持风标高不便；其次，要更换一次风喷口、喷嘴体组件，将点火装置利旧；然后，采用新的二次风喷口，以减小主燃烧器中间空气风室的面积；最后，在上二次风两侧加装壁风，并采用节点功能区技术。另外，工作人员在操作的时候也要注意操作事项，确保空气的横纵向分级。

3.2改造措施

（1）布置纵向三区

燃烧器分为主燃烧器区、还原区及燃尽区三个区域。通过不同区域的相互作用，布置纵向三区，实现空气分级，从而促进焦炭燃烧并燃尽，抑制飞灰可燃物并减少或消除NOx的产生。

（2）降低一次风率

由于一次喷口分为上下浓淡分离形式，浓淡燃烧不仅可以降低NOx的产生，同时还可以促进煤粉提前点燃，确保媒粉稳燃。

（3）建立节点功能区

建立节点功能区，首先要设计上浓下淡地一次风燃烧器喷口，然后布置贴壁风喷口，通过喷口的组合来降低NOx和飞回可燃物的产生。

结论：

综上所述，炉内脱氮技术可以实现240t/h燃煤锅炉的NOx符合国家环保排放标准，同时还可以有效防止锅炉结渣、结焦和高温烟气腐蚀，提高锅炉运行的适应性、可靠性、安全性。

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