1000MW超超临界塔式锅炉低氮燃烧器选型及燃烧调整优化研究

1000MW超超临界塔式锅炉低氮燃烧器选型及燃烧调整优化研究

陈伟

大唐东营发电有限公司 山东省 东营市257200

摘要：生态文明建设是中国几千年的可持续发展战略。“国家、地方政府、工业部门纷纷出台了关于NO_X排放的规范和要求。通过对我国低氮燃烧器改造后高温腐蚀、锅炉结焦等问题进行了分析，并提出了相应的对策。本文根据发电厂超临界1000 MW机组燃烧调整优化重要性分析，通过对锅炉低氮燃烧器问题现状对其燃煤锅炉低氮燃烧技术进行了分析。

关键词：1000MW超超临界塔式锅炉；低氮燃烧器选型；燃烧调整

近几年，随着我国经济的迅速发展，环保理念得到了广泛的应用。“金山银山就是绿水青山”，这可不是一句空话。在生产经营中，各个行业都遵循“安全、健康、环保”的原则，对各种污染物的排放进行了严格的控制。氮氧化物是一种工业污染，它从被忽略到列入污染标准，经过了很长一段时间。氧化氮是造成酸雨的罪魁祸首。酸雨对地球上的植被、建筑造成损害，并对人体造成危害。

1燃烧调整优化重要性分析

该装置的主要工作是对1000 MW超超临界机组进行各项性能指标的检测，并对其进行优化，找到其最佳运行模式，发掘其节能潜能，改善其运行经济性。在此基础上，对高炉出口氧气进行了优化设计，以达到锅炉效率与 NOx排放双赢的目的。对干烟气热损失、 CO热损失、未燃碳热损失进行了测试，并对其进行了性能测试，并对其进行了优化。

炉膛内部良好的气流动力能有效地防止炉膛结渣，尤其是在锅炉中使用易结焦、受污染的情况下。发电厂1000 MW机组采用四边形切向直流燃烧的神华煤粉。同时，对炉膛内部的气动力场也有一定的要求，即在炉膛四角处平均分配气流，实际切线在炉心不会有任何偏差。

2锅炉低氮燃烧器问题现状

2.1炉内流场设计不合理，发生火焰冲刷水冷壁现象

煤粉粒子对水冷壁管道的冲刷是造成高温腐蚀的主要原因。在受粉煤粉粒子冲击的水冷壁管区，由于温度较高，使其产生 NOx的盐类快速析出，从而加快了高温腐蚀速度。同时，在局部区域内，由于煤粉的含量高，在还原气氛中，会加速高温腐蚀。炉膛内部的流场设计和燃烧室的安装质量都会造成切向直径的增大和切线的偏移。在此条件下，在水冷壁上局部形成了一种还原气氛，水冷壁上的煤粉粒子对其进行了侵蚀，从而形成了高温腐蚀的必要条件。

2.2燃煤品质差使高温腐蚀可能性大大增加

煤的品质好坏，主要是指各种煤的含硫量、可燃性以及煤粉的微粒。随着含硫量的增加，高温腐蚀介质的数量也随之增加。难燃的煤很难燃烧，提高了炉内壁面上的还原气氛。若制粉系统中的粉尘颗粒太大，会冲刷水冷壁管道，造成水冷壁表面的还原气氛，从而导致高温腐蚀。

3.3锅炉结渣的危害性

煤粉在煤粉锅炉中的燃烧过程中，其周围的温度通常可以超过1400摄氏度。在这段时间内，粉煤粉的灰分大多为熔化或半熔化。当灰烬粒子在熔化或半熔化时，撞击到水墙或其他受辐射的表面，就会附着在水墙上，从而产生焦炭。焦化是一种怪圈。结渣严重时，会造成落焦锅炉灭火、灰斗破碎、水冷壁管过热、排烟温度高等问题，对锅炉的安全、经济运行造成了很大的影响。同时，炉渣也会加速高温腐蚀，提高辅助动力，强迫机组在较低的负载下工作。

3燃煤锅炉低氮燃烧技术

3.1空气分级燃煤技术

实践表明，在控制熔炉中 NOx产生的多种方法中，可以在炉膛的较低部分形成合适的还原气氛。燃煤锅炉的传统送风形式为集中供气，即将全部的燃烧气体经主燃烧室送入炉膛。与此形成鲜明对比的是，空气分层燃烧技术把燃烧的空气分为几个不同的区域。在主燃烧室上部输送的部分助燃气体，主要是为了在后期进行燃烧。分为三大类：紧凑型、单级分离型、多级分离型。结合空气分级和低 NOx燃烧炉可以减少大约40%至60%的 NOx排放量。分体式烧嘴能上下、左右摇摆。通过上下摇摆分离烧蚀喷头，可以有效地控制减温水的流速和飞灰中的碳含量，从而达到改善锅炉的燃烧效果。采用横向摇摆式分体烧嘴，能有效地调整炉膛的燃烧，降低烟道温度和水汽温度的偏差，从而保证锅炉的安全、可靠。在整个燃烧区为还原环境时，切线式燃烧锅炉可以采用二次风位差大的布置形式，以控制靠近水冷壁的含氧量大于2.0%，降低炉膛结渣和烟尘的侵蚀。与以往的氮氧化物还原技术相比，采用空气分级燃烧技术是一种全新的技术。由于采用了一种简易的 NOx还原工艺，可以减少助燃空气，从而导致炉膛中的煤粉在缺氧条件下燃烧，从而增大了炉体的损耗，从而降低了能源转化效率。采用分层燃烧技术对氮氧化物的排放进行了有效的控制。同时，还应兼顾降低 NOx产生与炉膛结渣、高温腐蚀的矛盾，以实现锅炉的安全、经济、可靠运行。

3.2浓淡燃煤技术

常规的锅炉控制 NOx的方式是采用偏压分离式燃烧室。采用分离设备，对煤粉进行惯性分离，导致了煤粉浓度和稀释量的局部偏移，同时对 NOx的产生进行了抑制。普通的直流偏压型燃烧器有横向偏压式浓缩器、垂直偏压式浓缩器和 PM型煤粉浓缩器。通过对烟气中挥发分24%的烟气 NOx生成性能的对比分析，发现：在空气粉比 A/C=3~4的情况下，等于挥发分充分燃烧所需要的理论风量；当 A/C=7~8时，其理论计算值与煤粉充分燃烧时的理论风量相等。常规燃烧室中的煤粉始终是富氧燃烧， NOx产量不断上升。对于 PM型低 NOx燃烧器，在富油、低氧气的情况下，在靠近喷嘴的地方产生浓相煤粉。在燃烧过程中，挥发性和氮气被快速地分离，形成了 NOx，同时也产生了大量的还原中间体。在3-4-4的低氧条件下，焦炭也会释放出少量的中间物质，从而降低还原气氛中 NOx的产生。在风粉比例超过7~8的情况下，中间产品会发生氧化，从而提高 NOx的产量。

3.3再燃技术

再燃技术是在锅炉的燃烧和燃烧过程中加入再燃工艺。在就燃过程中，以天然气、油、超细煤粉为主要的辅助燃油。主燃烧、再燃、燃尽三个阶段的气氛是氧化、强还原、富氧。再燃工艺要求对锅炉各个阶段的助燃风进行严格的控制，对其精确的操作品质有很高的要求。在抑制氮氧化物的排放方面，再燃工艺对煤粉燃烧、防止结渣、防止高温腐蚀等方面都有较大的作用。

3.4烟气再循环技术

烟道回收利用部分低温烟气与煤粉输送空气及助燃空气进行混合，从而使燃烧区温度下降，同时抑制 NOx的产生。由于高温烟气中的惰性气体会吸收炉膛中的热量，从而使炉膛中的氧含量降低，从而使燃烧区温度下降，从而使燃烧速率受到影响。此项技术在燃煤锅炉中应用较少，脱硝效果不超过30%。

4展望

当前，我国电力工业积极响应国家的号召，积极推进锅炉低氮燃烧技术，为“青山绿水”做出自己的贡献。在进行锅炉低氮燃烧器的改造时，应结合实际锅炉类型、燃煤特点，结合设计、安装、调试中可能发生的高温腐蚀、锅炉结焦等问题，制定相应的改造方案，使锅炉安全、稳定、环保、经济运行。台山发电厂1000 MW机组采用低氮燃烧技术后，烟气中的 NOx排放得到了有效的控制，达到了环保、安全、经济双赢的目的。

5结语

近年来，我国节能减排技术取得了较好的效果。我国部分电厂在采用分层燃烧技术时，出现了高温腐蚀、锅炉结焦、过热、再热蒸汽温度偏低等问题。在降低 NOx排放的同时，还需要在设计、安装、燃烧调节等方面，对不同类型的锅炉进行适当的改造，以达到安全、环保、经济的目的。

参考文献：

[1]周洪光。火电厂脱硝改造技术路线及方案研究[.电力科技与环保。2013,29(10):43-45.

[2]杜譞，朱留财。氮氧化物污染防治的国外经验与国内应对措施。环境保护与循环经济，2011:8-9.

[3]李炎。某电厂150MW机组低NOx燃烧试验研究与数值优化ID1.华北电力大学（北京），2014.