350MW超临界直流锅炉低氮燃烧优化与探讨

350MW超临界直流锅炉低氮燃烧优化与探讨

杨国涛

（深能国电库尔勒发电有限公司新疆库尔勒841000）

摘要：随着我国人们环保意识的不断加强，人们对于锅炉低碳燃烧的情况愈加关注。NOx控制问题已经成为我国大气污染控制中一个不可再回避的现实问题，减少大气中的NOx对于保护生态、保持人们身体健康起到重要作用。新建燃煤发电企业纷纷进行环保设施与主机同时投入运行，锅炉燃烧器采用低氮燃烧，采用低氮燃烧后降低NOx的排放虽然取得了较好效果，但也给锅炉安全、稳定和经济运行带来了一定的影响。

关键词：350MW超临界；直流锅炉；低氮燃烧

1氮氧化物的生成机理

煤炭经过燃烧之后能够产生氮氧化物，主要包括一氧化氮和二氧化氮，我们将其称为氮氧化物，此外还会伴随着少量氧化二氮的产生，相比二氧化硫在生产过程中其机理不同，在煤炭燃烧时氮氧化物的生成量和排放量是与煤炭燃烧方式有关的，尤其是燃烧温度和空气系数是与煤炭燃烧条件具有密切联系。在煤炭燃烧过程中氮氧化物的生成途径主要有以下三种：首先，热力型氮氧化物，是由空气中氮气在高温下经过氧化之后形成的。燃料型氮氧化物，是在燃料中氮化物燃烧时经过热分解和氧化反应形成的。快速型氮氧化物，是由空气中的氮核燃料中的碳氢离子团发生反应形成的氮氧化物，其中燃料型氮氧化物是主要的成分，占总产量的百分之六十，而热力型氮氧化物的生产是以与燃烧过程中的温度具有一定联系的，当温度较高时热力型氮氧化物的生成量达总体积的百分之二十，快速型氮氧化物在煤炭燃烧时的生成量较小。除此之外，燃料型氮氧化物与氧化二氮生成条件相同，主要是从燃料氮化物转化而来的。氧化二氮在生产和过程中是与燃料型氮氧化物生成破坏具有一定联系的。研究表明，选择合适的床温，降低床温能够控制氮氧化物的排放量，同时还利于脱硫，然而会使氧化二氮的排放量升高，增加一氧化碳浓度，降低燃烧效率。综合分析各种因素可以将循环流化床的床温控制在850到1000℃之间，选择性还原。在分离器区域和悬浮段中注入尿素或者液态胺，能够还原氮氧化物气体降低排放量，然而采用这种技术需要控制还原反应温度，通常在这一过程中温度为8810℃，而尿素为890℃，且还需要合理控制氧浓度。天然气再燃技术。在一些密相区域中注入天然气能够使氮氧化物还原为氮气，同时产生一氧化碳，为提高燃烧效率，可以在天然气注入口注入补燃空气，能够有效控制氮氧化物的排放量，同时获取较高的燃烧效率。采取分段燃烧。在流化床热过程中，通常采用的是二段燃烧的方式，通过降低流化床中氧气浓度，以减少氮氧化物排放量，当氧气降低太多时会降低燃烧效率和脱硫。根据研究发现，在二次燃烧过程中，将一次风率控制在0.9到1.0时，此时对于氮氧化物排放量产生影响较大，对挥发分含量分别为高中低的三种煤进行燃烧实验时发现一次风率提高之后，能够增加氮氧化物和一氧化氮的排放量。

2350MW超临界直流锅炉低氮燃烧优化

2.1二次风门挡板及控制

燃烧器每层风室均配有相应的二次风门挡板。每角主燃烧器配有22只风门挡板，相应配有17只气动执行机构。其中在每层煤粉风室上下的2只偏置辅助风风室由一只执行机构，通过连杆进行控制；角式SOFA燃烧器每角配有3只风门挡板，相应配有3只执行机构；墙式SOFA燃烧器每角配有3只风门挡板，相应配有3只执行机构。这样每台锅炉共配有92只执行机构，按照机炉协调控制系统和炉膛安全监视系统的指令进行操作，在一般情况下，同一层4组燃烧器的风门挡板应同步动作。各层二次风门挡板用来调节总的二次风量在每层风室中的分配，以保证良好的燃烧工况和指标。

2.2制粉系统运行方式优化

在传统的磨煤机运行方式下，通风暖磨和停磨通风吹扫阶段会明显的影响氮氧化物的排放浓度。在启动后的通风软磨阶段，由于风量增加，会直接导致炉内的氧含量增加，使得氮氧化物的排放浓度提高。而在停磨通风吹扫阶段，出口的混合物中风的比例会逐渐增加到100%，从而使得氮氧化物的排放浓度提高。优化系统的运行方式，可以采取以下措施：合理分配不同负荷段的制粉系统运行台数和不同的组合方式；当负荷降低至400MW以下时，可以关闭第五台磨煤机，并且保持第四台机器的运行状态和方式，来减少煤粉过度分散，提高燃烧强度，确保煤粉充分燃烧。

2.3高效二次风系统构建

高效二次风系统的构建是指在保持下层二次风口位置不变的情况下，提高上层二次风口至锅炉密、稀相区交界处，锅炉密相区均为欠氧燃烧环境，抑制NOx的氛围区域相对于常规二次风系统更为广泛。同时高效二次风在密相区上部区间内产生强烈扰动，使物料浓度场更加均匀化，高效二次风上二次风口位置及穿透扰动工况。高效二次风燃烧机理：1）下二次风以下为密相流化区，该区O浓度较低，燃料的氧化燃烧反应速率慢，同时由于还原性气体的存在，使此区域产生的NO也会发生还原性热分解。2）下二次风以上、上二次风以下为稀相燃烧区，该区O浓度较高，燃料的氧化燃烧速率快，但由于上二次风的上移，不足以提供足够燃料燃尽用O，热量未全部释放，此时又由于二次风的横向切入，使整个温度场较均匀，燃烧产生的热量短时间被输送至炉膛上部。3）上二次风为燃料燃尽区，该区域为燃料的燃尽提供足够的O，使燃料产生三次燃烧。通过高效二次风系统的构建，可实现以下效果：1）燃料实现分段分级分层燃烧，为燃料有效利用提供可靠保障。2）炉膛温度场均匀化，降低了炉膛温度场区域化偏差。3）进一步降低了热力型NOx的生成。

2.4强化监察执法和检验检测把关职能

燃气锅炉低氮燃烧改造，施工前要到属地特种设备安全监察机构履行告知程序，改造完成后要接受特种设备检验检测机构检验。监察机构应督促锅炉使用单位签订安全承诺书，并可安排监察执法人员对其进行执法检查，发现违法违规行为及时予以查处。检验机构应重视锅炉低氮燃烧改造后的检验工作，严格按照相关政府部门指导文件和安全技术规范的要求进行，如在检验中发现安全风险，按规定向使用单位发出检验意见通知书，并向特种设备监察机构报告。

2.5选择合理的炉膛出口氧量

低氮燃烧器的基本机理就是低氧燃烧，降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧条件下燃烧；但是氧量过低，加之燃用高硫煤，锅炉主燃烧区域处于强还原性气氛，容易造成水冷壁高温腐蚀；低氧燃烧会造成飞灰含碳量升高，导致锅炉效率下降。因此，通过优化试验选择一个最佳运行氧量，使三方面都能达到最佳效果。试验结论表明，锅炉效率随炉膛出口氧量增加而增加，当氧量达3.5%时，锅炉效率最高，随后锅炉效率随氧量增加而下降。NOx排放量与氧量成正比关系，氧量3.5%时，NOx排放量为470mg/m3；炉膛出口氧量为2%时，燃烧器区域水冷壁附近氧量小于1%；炉膛出口氧量为3%时，这一区域氧量约1.5%。因此，350MW负荷时，建议炉膛氧量维持在3%~3.5%之间。

结语

通过调整各个复负荷阶段和各种恶劣工况下的参数，使得在整个负荷阶段的氮氧化物的产生浓度大大减少，从而改善了锅炉燃烧的工况、降低了氨气的产出、提高了SCR设备的使用寿命，最重要的是降低了对环境的污染，具有很大的环保效果。

参考文献：

［1］李昊.电站锅炉低氮燃烧器改造要求［J］.中国设备工程，2016，（14）：154-155.doi：10.3969/j.issn.1671-0711.2016.14.090.

［2］张宝，冀海清，胡乐财.低氮燃烧器改造及其存在的问题分析［J］.城市建设理论研究（电子版），2015，（22）：6353-6353.