低氮燃烧改造技术在中小型煤粉锅炉中的应用梁志强

低氮燃烧改造技术在中小型煤粉锅炉中的应用梁志强

梁志强

（中国石油化工股份有限公司天津分公司天津市300270）

摘要：中小型煤粉锅炉是很多电力生产企业中常用的锅炉类型，锅炉燃烧常会产生大量的氮氧化合物，这些废气如果排放至空气中就会对大气造成相当严重的污染，本文就中小型煤粉锅炉的相应低氮燃烧技术的应用与改造进行了探讨。

关键词：低氮燃烧改造技术；中小型煤粉锅炉；应用

由于当前我国各界对于空气污染的防治非常重视，针对产生主要空气污染物——含氮气体(NOx)的燃煤锅炉，相关领域进行了相应的低氮燃烧技术的研究，我们对中小型的煤粉锅炉进行低氮燃烧改造的同时，还要在锅炉烟气流经的炉膛或尾部烟道上加装用于脱硝的专业设备来彻底降低氮氧化合物的排放量，首先我们要先来分析一下低氮燃烧技术的改造思路和措施。

1改造技术思路

NOx产生的机理主要是燃料（也就是煤粉）中的氮氧化合物在燃烧中被热量分解之后产生的氮与空气中的氧气结合而形成的，我们可以根据NOx生成的机理来规划低氮燃烧技术的应用思路，也就是以确保燃烧器稳定运行为前提，以尽最大努力使煤粉发生剧烈着火的方式，以煤粉在燃烧器内产生火炬而发生缺氧为目的，这样就能使煤粉在热力条件下分解出来的氮缺乏与氧结合的条件而无法生成NOx，我们所使用的燃烧器必须具备这种能够进行冷态点火的能力，并且还要利用墙式布置的燃尽风，使煤粉形成得到缩短，而煤粉与空气的混合更加充分，这样就能在低氮燃烧条件下使煤粉得到充分的燃烧，只有这样才能确保锅炉效率不会因为应用低氮燃烧技术而降低，通过更改二次风及一次风喷口形式，使得水冷壁表面处形成还原性气氛，从而降低水冷壁发生高温腐蚀与水冷壁表面结渣的概率。

2进行低氮燃烧改造的主要内容及措施

2.1燃烧器的改造与系统方面的改造

我们可以以我厂的#6炉改造为例来进行说明，我厂现有#6煤粉锅炉的主要情况如下：#6煤粉锅炉采用的是自然循环系统，现主要燃料为烟煤，燃烧器主要布置在锅炉四角，每角有三层燃烧器，采用一次风与二次风间隔的布置，并且锅炉内燃烧组织为假想切圆。锅炉的制粉系统应用了常见的卧式钢球磨煤机，采用中储分仓储粉式进行送粉燃烧。燃烧系统进行了两层油枪的布置来达到锅炉的点火和稳燃要求。该锅炉的送风系统为吸、送风机负压平衡型，排渣方式为固态排渣，在锅炉的炉膛四周使用的是膜式水冷壁，炉膛出口处设置了屏式过热器，水平烟道中设置对流一级过热器及二级过热器。2012年我厂对#6炉进行了燃烧器和系统的低氮燃烧技术改造，针对现场的实际条件对锅炉的燃烧设备进行布局与设计，我们采取的主要措施如下：其一，对于燃烧器进行重新选型，选用百叶窗式的浓淡燃烧器，使得煤粉流经燃烧器后达到浓稀相分离，在炉内形成还原性及氧化性气氛的燃烧效果。其二，对一次风燃烧器的相应参数进行调整，如切圆直径的变化，提高相应的一次风风速，降低切圆直径，并且针对一次风风速的改变而相应调整二次风的风速，从而保证在切圆直径变化的情况下达到炉内低氮燃烧器的效果。其三，在三次风风口上方加装两层燃尽风喷口，用于强化主燃区由于还原性气氛影响而未完全燃烧的煤粉，降低由于低氮燃烧改造而造成的煤粉不完全燃烧，飞灰含碳量升高等情况。其四，改变三次风喷口角度，使三次风喷口角度偏向主燃区，减少三次风对于炉内燃尽区域的燃烧影响。降低双制粉系统燃烧时由于火焰中心位置偏高而造成的屏过超温现象。

2.2墙式分级送风燃烧技术的应用

一般情况下，切圆燃烧的燃料和空气并非能完全均匀混合，尤其是在燃烧后期，由于氧浓度的下降，燃烧速度也明显下降。因此CO和飞灰含炭量较高，特别是采用低NOx燃烧后，不可避免地引起锅炉飞灰含炭量的异常升高和锅炉效率明显下降。研发一种新型炉内燃烧控制技术以消除分级送风燃烧带来的负面影响，将成为今后一段时期内的主要研究和实践方向。摆动式低NOx双相燃烧器+外燃式燃烧器+墙式可调式燃尽风装置，这种炉内燃烧控制技术在保证燃烧器安全运行的条件下，尽可能地保证煤粉提前强烈着火，使燃烧器主区域煤粉火炬缺氧而抑制NOx的生成，该燃烧器系统甚至具有直接冷态点火的能力；采用墙式布置燃尽风装置从燃烧机理上克服了原来分级送风的不足。采用墙式布置燃尽风装置后，21%氧浓度的高速气流直接均匀地进人高温火焰中，与四角切入相比，明显缩短了行程，强化了穿透混合能力，从而使低NOx工况的CO排放和飞灰含炭量达到很低水平，保证了锅炉效率。我厂#6炉在这种低氮燃烧的理念基础上进行了一些相关燃烧器；一、二次喷口及燃尽风增设的相关改造，使得锅炉炉膛出口的氮氧化物排放值由原有750mg/Nm³降低至450mg/Nm³，同时在后续的改造过程中在原有下层燃烧器内部加装微油点火装置，进一步深化低氮燃烧理论，达到冷态点炉及使煤粉提前点火燃烧的目的。也为中小型煤粉锅炉微油点火和低NOx燃烧指示了一种崭新的炉内燃烧控制技术。该技术经我厂6#炉运行考验表明:(1)强化了煤粉初期燃烧，既保证主燃烧器区域在缺氧情况的燃烧，又抑制了NOx的生成；(2)用墙式布置燃尽风装置，其行程大为缩短，强化了穿透混合能力，保证了煤粉最大限度的燃尽，飞灰含炭量和CO比以往常规的分级送风燃烧要相对减小；通过二次风喷口改造和燃尽风切圆可调避免了炉膛近燃烧器处的大面积结渣和高温腐蚀的可能。

结束语

对于中小型煤粉锅炉的相应低氮燃烧改造是一种减少燃煤锅炉含氮气体排放的手段，我们可以通过有机结合多种低氮燃烧技术来对中小型煤粉锅炉中进行燃烧的情况进行调解，以解决该类锅炉燃烧中高污染问题。在进行改造后，通常锅炉的燃烧效率并不会发生较大变化，同时，飞灰的含碳量也不会较原有燃烧情况提高许多；同时通过SCR及SNCR脱硝设备改造及低氮燃烧设备改造相结合的手段进而达到国家关于锅炉烟气排放NOx的合格标准，保证中小型燃煤锅炉的正常燃烧与环境保护的“和谐共处”。

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