火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化分析

火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化分析

李亮

(徐州科融环境资源股份有限公司江苏221000)

摘要：近年来，我国针对火电厂大气污染物排放量的防治方面制定了多项法律法规以及防治政策，尤其在国内大范围出现雾霾天气后，大气污染物排放防治问题逐渐引起国家环保部以及其他相关部门的关注和重视。如何有效控制大气污染物排放量是现如今火力发电行业亟待解决的问题，而作为火电厂运行的主要设备，锅炉的改造与优化运行成为首要任务，从源头入手，从根本上减少锅炉燃烧产生的氮氧化物（NOx），从而实现对空气污染物有效控制的目的，切合国家环境保护战略思想。

关键词：火电厂锅炉；低氮燃烧；改造；运行优化

1火电厂锅炉燃烧优化的主要技术

1.1火电厂锅炉燃烧优化

所谓电站锅炉燃烧优化就是通过合理调整锅炉燃料的供给以及配风参数，同时改变锅炉燃烧的控制方式，促进炉膛内的燃料能够及时稳定持续地燃烧同时能够承载机组负荷的变动并保证燃料燃烧达到最优。调整燃烧优化的目的是在满足外界电负荷所需要的蒸汽量的基础上，保证电站锅炉运行的安全性以及经济性，具体目的如下：第一，保证电站锅炉设备内稳定的汽压以及汽温，保证锅炉工作时有足够的蒸发量。第二，电站锅炉炉膛内的燃料着火稳定燃料燃烧要安全，燃烧的火焰能够均匀地充满炉膛内，确保不会出现结渣，在燃烧的过程中不会烧毁燃烧器以及锅炉的水冷壁，锅炉内的过热器也不会超温。第三，使电站锅炉整体的机组在运行中能够保持最高的经济性。第四，在燃烧的过程中能够减少污染物的排放。

1.2火电厂锅炉燃烧优化主要技术

1.2.1基于燃烧理论的锅炉燃烧建模优化技术

进行火电厂锅炉燃烧优化中，在燃烧理论的基础上的建模技术的运用，主要是深入理解燃烧理论，并根据这个理论建立模型探讨求解的方法，数值模拟锅炉的燃烧情况，以实现锅炉燃烧优化，近两年我国这种研究技术取得了非常可喜的成果。但是这种方法的计算比较复杂，所需要的时间也比较长，在一些燃烧机理不够明确的情况下无法建立完善比较正确地锅炉模型。在燃烧过程中，进行在线建模和燃烧优化还存在很大的问题，所以说这种方法主要应用在离线分析以及高仿真研究上。

1.2.2基于燃烧设备设计改造的燃烧优化技术

通过对于燃烧设备的设计与改造，实现火电厂锅炉燃烧优化的技术，主要是通关过在燃烧理论研究的基础上，进行电站锅炉燃烧器等的优化设计和改造，以实现锅炉燃烧优化的一种技术方式。在火电厂锅炉燃烧运行中，燃烧设备也是影响燃烧效率的重要原因，提高燃烧设备的水平能够保证燃烧效率的提高，这种技术取得了良好的成果，已经进入了比较稳定的阶段。但是，需要注意的是燃烧器的设计以及改造等，还会受到煤种以及燃烧制粉系统的影响。

1.2.3通过试验调整优化锅炉燃烧的技术

在火电厂锅炉燃烧运行中，科学的锅炉燃烧优化的调整试验，可以找到最合理的风煤比例，在实验中确定锅炉燃烧设备应该设置的运行最佳参数，同时制定合理科学的计算机控制曲线，这样就可以采用这个控制曲线来指导锅炉燃烧的运行与操作。在实验的过程中，专业人员要保证大量正交以及单因素等的实验，这种调整实验消耗大量的时间与精力，所以这种实验一般就是应用在新机组的试运行以及旧机组的燃烧设备以及所用燃料的种类和机组的操作方式的改变时。

2低氮燃烧器改造方案分析

2.1燃烧器的选择

在低氮燃烧器改造方案中，选择适合的燃烧器是其中的关键。目前来看，国内应用较为广泛的燃烧器主要有两种，一种是水平浓淡燃烧器，另一种是垂直浓淡燃烧器。水平浓淡燃烧器主要是对水平方向的煤粉进行浓淡分离，主要以其射流偏向炉内中心位置、径直卷吸能力较强、“风包煤”效果显著等特点集中应用于炉内脱氮技术。垂直浓淡燃烧器主要是对垂直方向的煤粉进行浓淡分离，通过将其布置在燃烧组的垂直方向，可以达到燃烧区内煤粉宏观浓淡分离的效果。在选择燃烧器类型时，应充分考虑炉内煤粉浓淡分离的效果，控制好分离比例以及相关参数，保证炉内低氮燃烧彻底。

2.2OFA喷口及二次风的设计

OFA是锅炉燃烧系统中的一种喷口，因其结构简单而被广泛应用。在低氮燃烧技术改造过程中，应尤其注意在原有的锅炉燃烧系统对于OFA喷口的二次使用问题。在主燃烧器上层的OFA喷口结合反切作用，用以控制炉内的气流，减少炉内出烟口的温度偏差。若原OFA喷口的尺寸、设置风速及风量不符合低氮燃烧技术的改造方案，可利用耐热板进行封堵或重新改造。在燃烧器上端布置比例较大的二次风，可将炉内燃烧的空气进行分级燃烧，有效控制氮氧化物的生成，保证锅炉燃烧效率。另外，还应将燃尽区的位置与大小考虑到二次风设计中。

2.3主燃烧器的改造

在主燃烧器改造过程中，首先应规定主燃烧器的标准高度以及固定四角风箱风道和挡板风箱的位置，将所有的24支一次风燃烧器即喷口、喷嘴体、弯头更换至符合实际要求的构件，最下层一次风改造成等离子发生器轴向插入式的等离子燃烧器，以及剩下的20支一次风燃烧器更改为上浓下淡或下浓上淡的浓淡燃烧器。其次，利用耐热性较高的钢板封闭处于四层中间的二次风喷口，全部更换剩余二次风喷口，将有贴壁风喷口布置在三层中的二次风以及中间第二层的二次风喷口处，随时供给水冷壁表面足够的氧气，避免出现结渣和因炉内温度过高而出现腐蚀状况。最后，通过改变除下层二次风以外的其他二次风喷口的射流方向以及将一次风射流方向与其他二次风喷口的角度控制在10°，确保前期缺氧燃料与后期供给氧的充分混合。

3运行优化调整试验及分析

3.1燃尽风及其摆角调整试验

此次燃尽风改造方案是在主燃烧器上部3.63m处布置四层可上下、左右摆动燃尽风燃烧器。通过多个工况的试验，得出燃尽风挡板调节原则是当锅炉负荷锅为50%MCR时由下往上开大最下层和次下层挡板直至全开；锅炉负荷为75%～100%MCR时再逐渐开最上面的两层挡板，燃尽风量控制在占总风量24%左右。试验时在保持锅炉总风量不变，随着负荷升高，按以上方法逐步开大燃尽风挡板，NOX排放值大幅下降，主、再热器温度有所上升，飞灰值逐渐降低。原因是开大四层燃尽风，相对减少了主燃烧器区的氧量，形成缺氧燃烧，上部燃烧强化，火焰上移，NOX生成量减少明显。

在对燃尽风（SOFA）摆角试验中，发现燃尽风摆角上下摆动对锅炉汽温及飞灰值影响没有主燃烧摆角影响大，但是燃尽风摆角向下倾时，NOX生成量明显上升。综合锅炉NOX排放值和锅炉效率考虑，（SOFA）燃尽风摆角尽量处于上倾高位，此状态炉膛两侧烟温及两侧汽温都未出现偏差现象。

3.2制粉系统组合、负荷、煤质对NOX生成影响试验

煤粉挥发份和煤中氮的燃烧过程是一个不断氧化生成NOX和还原N2的过程，在燃烧稳定和工况稳定的条件下，生成和还原反应基本处于平衡状态，通过煤种变化试验，NOX生成和还原过程和挥发份和灰份比值有关，高挥发份、低灰份煤种NOX生成较低，因为挥发份高、灰份低相对煤种可燃成分比列高，热力型NOX生成量相对减少。综合燃烧稳定性、火焰中心位置、锅炉主要参数、NOX排放量对比配煤方式的要求是最下两层和最上层煤仓上高挥发份煤种最合适。

机组负荷变化对NOX生成影响，从NOX生成原理说随着锅炉负荷越高，炉膛温度升高，燃烧反应约剧烈，NOX生成的生产速率更快。但是通过试验发现在不同工况下，只要氧量控制合适，炉膛燃烧工况稳定后，热力型NOX生成量相对稳定变化很小。

结束语

对锅炉低氮燃烧技术的优化与调整可以有效提高锅炉燃烧的工作效率，降低氮氧化物排放量，对火电厂的长久发展具有重要意义。在生态环境质量日益恶化的今天，火力发电行业必须做出适时的调整，以适应社会发展需求。

参考文献:

[1]刘朝伦.火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化研究[J].科学与财富，2015，7（Z2）：742.

[2]王琳，杨宏君.低NOx所致锅炉运行问题的解决方案[C]//全国火电600MW级机组能效对标及竞赛第十九届年会论文集，2015：809-815.