电厂锅炉炉内低氮燃烧运行优化研究

电厂锅炉炉内低氮燃烧运行优化研究

周常旭 

大唐鸡西热电有限责任公司，黑龙江省鸡西市，158100

摘要：炉内低氮燃烧技术是一种通过优化燃烧过程、调整燃烧条件、引入先进燃烧器等手段，实现低NOx排放的燃烧技术，该技术具有投资费用相对较少、锅炉改造容易等特点，在火电厂锅炉低氮燃烧改造中得到了广泛应用。为此，本文旨在深入探讨电厂锅炉炉内低氮燃烧运行的优化策略和技术方法，为降低火力发电厂NOx排放、改善环境质量提出切实可行的优化方案和建议。

关键词：火电厂；锅炉；低氮燃烧；运行优化

引言

炉内低氮燃烧技术主要通过低过量空气燃烧、燃料分级燃烧、空气分级燃烧、烟气再循环等技术手段，控制燃烧区域的氧浓度、降低燃烧温度、减少烟气在高温区的停留时间等方式，有效降低了NOx的生成。近十几年来，我国开展了大量的低氮燃烧技术研究和改进工作，如上海理工大学、华中科技大学、宝钢发电厂等机构联合进行燃煤锅炉气体燃料分级低氮燃烧技术的研发，形成了双尺度低氮燃烧控制技术、高级复合空气分级低氮燃烧技术、MACT低氮燃烧技术等一系列先进的自主燃烧技术和低氮燃烧器。这些技术和设备在火力发电厂等工业领域的应用，为降低NOx排放、改善环境质量做出了重要贡献。尽管低氮燃烧技术已经取得了一定的成果，但仍需要进一步提高NOx的减排效率、降低投资和运行成本。因此，对电厂锅炉炉内低氮燃烧运行进行深入研究，探索更加高效、经济的低氮燃烧技术和方法，对于推动火力发电行业的可持续发展具有重要意义。

1电厂锅炉炉内低氮燃烧技术概述

炉内低氮燃烧技术是针对减少工业锅炉燃烧过程中氮氧化物（NOx）排放而开发的一种燃烧优化技术，炉内低氮燃烧技术主要基于空气分级燃烧原理，通过优化燃料在炉内的燃烧状况来减少NOx的产生。具体而言，该技术通过以下方式实现：①空气分级燃烧原理，该技术主要通过将燃烧过程分段进行，降低燃烧区域的氧浓度，从而抑制NOx的生成。具体来说，是将燃料的燃烧过程分为一次风和二次风两个阶段，一次风主要用于预热和点燃燃料，二次风则在燃烧后期补充，使燃料完全燃烧，通过调整一、二次风的比例和供给时间，可以控制燃烧区域的氧浓度，实现低氧燃烧。②燃烧优化调整，通过优化燃烧器设计、调整燃烧参数（如风量、燃料量、空气比等）以及采用先进的燃烧控制技术等手段，使燃料在炉内实现更充分、更均匀的燃烧，从而降低NOx的生成。该技术具有高效减排、灵活性、可靠性等特点，广泛应用于燃煤、燃气和生物质等多种类型的电厂锅炉中，在某些燃煤电站锅炉中，采用低氮燃烧器、分级燃烧器和空气分级燃烧技术等手段后，NOx排放量降低了30%-50%左右，实现电厂经济效益的提升[1]。

2电厂锅炉低氮燃烧运行优化策略

2.1燃烧器改造

燃烧器作为锅炉燃烧过程的核心部件，其设计和运行状况直接影响燃烧效率和NOx的生成，改造燃烧器结构，优化燃烧过程，是降低NOx排放的有效途径。例如，电厂可使用二次风垂直分级高位燃尽风系统，进行电厂锅炉低氮燃烧优化。该技术从主燃烧器中分离出一部分燃烧空气，并通过调整二次风喷口的布局和角度，将这部分空气从燃烧器的上部送入炉膛，这种设计实现了燃烧区域的垂直分级，有助于改善燃烧过程。该技术将空气总量的10%-20%从主燃烧器中抽离出来，通过燃烧器的上部送进炉膛，这部分空气被称为燃烬风（OFA），从而降低了主燃烧区的氧含量，进而减少了NOx的生成，在燃烧器的高位设置燃尽风喷口，确保在燃烧后期有足够的空气供给，促进煤粉的完全燃烧，高位燃尽风有助于降低燃烧区域的温度，进一步抑制NOx的生成。而垂直分级和高位燃尽风相结合，形成了对燃烧区域的三维立体控制，这种空气分级技术使得燃烧过程更加稳定、高效，并显著降低了NOx的排放量[2]。

2.2燃料控制

首先，在选择燃料时，应考虑其热值、含水量、灰分等参数，选择高品质的燃料以提高燃烧效率。其次，锅炉的负荷需求会随时间和生产需求而变化，管理人员应根据实际情况灵活调整燃料供给量，以满足锅炉的燃料需求，可以通过自动控制系统实现，根据锅炉的实际负荷和运行状态调整燃料供给量。对于多燃烧器的锅炉，则应优化燃料在各个燃烧器之间的分配。通过合理设置燃料分配比例，可以使各燃烧器的燃烧状态更加均衡，提高整体燃烧效率。其三，通过安装在线监测设备，实时监测燃料的热值、含水量、灰分等关键参数，将监测到的燃料参数数据存储在数据库中，进行统计和分析，通过对比历史数据和当前数据，可以了解燃料质量的变化趋势，为优化燃料选择和供给方式提供有力支持。同时，管理人员可以根据锅炉的实际需求和环保要求，设定燃料的质量标准，对于不符合标准的燃料，应采取相应的处理措施或替换为合格的燃料。

2.3燃烧参数优化

通过对一次风、二次风、周界风等燃烧参数的调整，可以实现低氧燃烧，降低NOx的生成。①一次风（Primary Air）。一次风主要用于输送煤粉进入炉膛，并初步提供煤粉燃烧所需的氧气，调整一次风的风量和风速，可以影响煤粉在炉膛内的分布和燃烧初期的燃烧状态，适当降低一次风量，有助于降低燃烧区域的氧浓度，实现低氧燃烧，从而降低NOx的生成。②二次风（Secondary Air）。二次风是在煤粉着火后，为了补充燃烧所需的氧气而送入炉膛的空气，通过调整二次风的风量、风速和喷入角度，可以控制燃烧区域的氧浓度和温度分布，适当延迟二次风的喷入时间，或采用分级送风的方式，可以降低燃烧区域的温度和氧浓度，从而减少NOx的生成。③周界风（Overfire Air）。周界风通常用于控制火焰的扩散和形状，以及防止火焰贴壁，通过调整周界风的风量和风速，可以改变火焰的形状和位置，从而影响燃烧区域的温度和氧浓度分布。适当减少周界风量，有助于降低燃烧区域的温度和氧浓度，降低NOx的生成

[3]。

2.4引入先进的燃烧控制技术

智能控制系统集成了先进的传感器、执行器和控制器，能够实时获取燃烧过程中的各种关键参数信息，如温度、压力、流量、氧气浓度、燃料供给量等。这些参数信息是评估燃烧效率和NOx排放情况的重要依据。基于实时获取的数据，智能控制系统能够迅速分析燃烧状态，并根据预设的控制逻辑或算法调整控制策略。例如，当监测到火焰温度过高或氧气浓度过高时，系统可以自动减少燃料供给或增加二次风量，以降低燃烧温度和氧浓度，从而减少NOx的生成。大数据平台负责收集、存储、处理和分析来自智能控制系统的海量数据，这些数据不仅包括实时数据，还包括历史数据和运行日志等，通过对这些数据的深度分析，大数据平台可以揭示燃烧过程的内在规律和潜在问题，为优化控制策略提供有力的数据支持。具体来说，大数据平台可以根据分析结果向智能控制系统发送优化建议，智能控制系统则根据这些建议调整控制策略。例如，当大数据平台分析出当前燃烧过程存在NOx排放过高的问题时，可以向智能控制系统发送减少燃料供给或增加二次风量的建议，智能控制系统则根据这些建议调整控制策略，从而降低NOx排放。

结束语

综上所述，电厂锅炉炉内低氮燃烧运行优化研究是一个复杂且持续发展的过程，技术人员需要持续关注并研究低氮燃烧技术的最新发展，不断探索新的优化策略和技术手段，为实现绿色能源生产和环境保护作出更大的贡献。

参考文献：

[1]张福新，白锋堂.中长期煤炭消费碳排放与二氧化碳排放值预测[J].中国煤炭，2022，48（4）:36-40.

[2]赵冠一，叶旭东，梁壮，等.河南省能源供需现状及未来煤炭供需预测[J].煤炭工程，2022，54（8）:180-185.

[3]徐克涛，刘强，柴磊，等.300MW级超低排放燃煤机组电袋复合器性能及能效分析[J].节能，2022，41（10）:53-56.