火电厂锅炉低氮燃烧改造与运行优化调整分析

许瑞杰(秦皇岛发电有限责任公司，河北 秦皇岛 066000)

0 引言

我国电力生产依然以煤炭燃烧形式为主，其中锅炉设备扮演者极其重要的角色。传统火电厂生产中过于重视经济效益和产能，忽视了环境保护的要求，大量的粉尘、NOx、CO排放到大气中，严重影响城市生态环境。习近平总书记在十九大会议中提出“金山银山，不如绿水青山”。因此火电厂不仅仅要注重经济效益，同时也要实现社会效益、环境效益并重。火电厂锅炉运行生产中，可以通过系统调节来控制废弃排放指标，积极采用低氮燃烧技术实现锅炉改造，加强污染气体排放总量、排放浓度控制，减少对自然环境的负面影响，提高火电厂锅炉运行的综合效益。

1 火电厂锅炉低氮燃烧改造技术原则

1.1 把握现实存在的问题

根据锅炉运行紧密结合受热面出现的问题与情况，设定解决问题的改造方案，如锅炉金属管材老化严重，则要进行更换升级；如果是系统结构、设备布置不合理，则要从系统、结构优化角度进行处理。

1.2 联合制定改造方案

制定方案通常是由制造厂家制定设计方案，根据火电厂锅炉运行环境、运行参数，对可能存在的影响因素进行论证、分析，确保整个改造方案的科学合理性。全方位考量局部改造对整个生产系统的影响。如在管材设计中，如果管材老化需要进行升级，则通常受热面规格不发生变化；如果因设计问题进行改造，则要综合考量受热面管材布置、重量变化、管材规格等，还要提前明确烟气系统阻力、汽水侧阻力影响。改造图纸要到锅炉运行现场进行校对，充分考虑现场空间环境的限制，新管排布置要贴合设计图纸内容，做好实地测绘工作[1]。

1.3 科学应用低氮燃烧技术

为了能够减少锅炉燃烧中的NOx排放量，要积极采用低氮燃烧技术，并配合烟气脱硝技术。通过研究发现，低氮燃烧技术借鉴了NOx生成机理，主要应用了的低氧燃烧、烟气再循环。通过在纵向部位增设燃烧器，可以实现氧化还原、主还原、燃尽区三个模块形成。在此过程需要结合锅炉的实际运行情况，在合适位置安装燃烧器，有助于锅炉内部有机染料、配风的低氧低温燃烧，同时进行分区、分级处理，严格控制NOx的排放量，起到清洁燃烧效果。

2 锅炉低氮燃烧改造方案

对于低氮燃烧改造来说，做好燃烧器选择是前提，必须要符合锅炉改造标准，之后结合锅炉NOx、粉尘排放要求，对主燃烧器再次进行改造，做好OFA喷口和二次风设计工作，从而满足改造要求。其主要表现在：

2.1 优选燃烧器

结合锅炉低氮燃烧的实际要求，制定科学的低氮燃烧改造方案，根据具体改造方案优选燃烧器。在我国主要是应用水平浓淡燃烧器、垂直浓淡燃烧器。水平浓淡燃烧器主要是在水平方向实现不同浓度煤粉划分，可以应用在炉内脱硫体系中，射流到炉内中心位置，径直卷吸能力、风包煤效果非常强。垂直浓淡燃烧器的原理与水平式浓淡燃烧器机理类似，但运行过程相反，主要是向垂直的方向进行煤粉分离，应用效果也较为理想。在选择燃烧器过程中要根据锅炉运行实际情况和NOx排放标准合理选择，切勿盲目，不仅要隔离炉内浓淡煤粉，还要控制具体的分离比例、数据参数等，尽可能减少炉内的低氮残留量。

2.2 主燃烧器改造

在主燃烧器改造当中，除了要确定主燃烧器标准高度，还要固定好四角风箱风道、挡板风箱位置，将弯头、喷口全部更换，保证每个构件均可以达到使用标准。在最最末层使用插入式等离子燃烧器，更改余下一次风燃烧器为浓淡燃烧器，根据实际改造方案做好浓淡燃烧器类型选择。结合以往的改造方案，高耐热性钢板使用效果较好，可以保持四层中间二次风喷口时刻保持封闭状态，之后将余下的二次风喷口更换，兼顾贴壁风喷口布设位置，保持水冷壁表面上含有充足的氧气，避免氧气过少无法满足标准，否则可能在围炉内出现温度超标、结渣、腐蚀等问题[2]。此外，要将剩余二次风喷口进行整改，重点改变射流方向，重点控制一次、二次风射流方向喷口角度，保证前期缺氧燃料、后期供给氧之间混合足够充分。

2.3 OFA喷口和二次风设计

虽然锅炉燃烧系统结构组成较为复杂，因此可以采用结构更加简单的OFA喷口。在具体应用中，要在原有基础上应用OFA喷口，这样不仅可以提高喷口反切性能，还可以有效控制炉内气流量，保持炉内出烟口温度的稳定性。如果所用的OFA喷口尺寸、运行风速、运行风量等指标无法满足低氮燃烧改造标准，可以直接将耐热板封堵，也可以重新进行改造。在燃烧器上部设置大比例二次风，对炉内空气分级燃烧，降低NOx的生成，提高锅炉内部的燃烧率。此外，在二次风设计当中，要重点考虑风量大小、燃尽区位置等因素。

3 低氮燃烧运行优化原理与要求

低氮燃烧优化调整需要在保证锅炉运行安全基础前提下展开设计，考虑各个优化方案使用中锅炉运行经济性，综合考量含氧量、各个风门、煤粉粗细等参数，优化调整低氮燃烧运行情况。如在一次风、二次风、周界风调整当中，要根据实际情况进行二次风门开度调整，保持内部的低氧燃烧。理论上，燃尽风越强、含氧量越低、NOx生成量越少。而减少NOx生成量可以减少对自然环境的负面影响。但在实际运行中二次风开度不能过大[3]。要结合NOx具体排放量、火电厂锅炉运行效率、调节优化综合难度等多个方面进行分析。不同火电厂的锅炉燃烧技术指标不同，低氮燃烧系统优化调整必须要结合实际情况，深入考察锅炉内部结构构造，计算锅炉燃烧的实际效率信息，对燃烧设备进行优化改造，这样才能够提高炉内的燃烧率。科学定制合理的优化方案，以保证锅里燃烧稳定性为核心，对炉内燃烧情况进行优化，全方位考量燃烧料、制粉系统对燃烧率造成的影响。

4 低氮燃烧优化调整措施

为了能够在保证锅炉燃烧效率基础上，降低NOx、粉尘排放量，必须要从多个方面展开调节，包括“三风”、燃尽风与摆角、炉膛内含氧量、煤粉细度等，综合考虑各项影响因素，这样才能够全面提高低氮燃烧改造效益。

4.1 一次风、二次风、周界风优化调整

在进行主燃烧区调整当中，要特别关注低氧燃烧的实际需求，做好二次风门实际开度控制，把控好燃尽风量、控氧量之间的关系，根据锅炉机组内部的实际运行状况，对锅炉优化参数进行调整，对比采用多种配风方案，采取多元化的锅炉运行模式，尽可能减少NOx实际排放量，控制锅炉生产带来的污染问题，提高火电厂生产的环境效益。对于二次风开度控制来说，通常最上层二次风开度要控制在35%以内，每层周界风开度要在15%～20%范围内，最下层二次风开度不得低于70%，如果最下层二次风开度不足70%，则在煤粉燃烧过程中容易出现缺氧问题，快速增加烟气的生成量。考虑到二次风组合模式、NOx排放量、锅炉汽体温度等存在着相互影响作用，因此在进行优化调整过程中，要根据这些数据参数综合进行调整[4]。特别要关注制粉系统工作模式、锅炉负载情况、锅炉工作情况等，综合分析锅炉低氮燃烧实际效益，从中找出现存问题，针对性对存在问题的参数展开调整。

4.2 燃尽风系统与摆角优化调整

结合以往工作经验可知，在主燃烧器摆角在30%以内时，则燃烧器上的倾角就越大，增加了炉膛两侧面汽体温度、烟气温度的差距，因此想要保持汽体温度保持较高、较稳的环境中，要适当的调小燃烧器摆角。开启OFA时，此时加热器两侧汽体温度变差会增大，所以此时要调小OFA的开度，同时保持NOx生成量相对较低。如果增加燃尽风摆角，势必会对锅炉汽体温度、灰飞值等各项参数造成影响，但整体影响并不大；如果摆角下倾，则会显著增加NOx排放量，NOx生成量也会有所增加。通过对低氧燃烧过程进行分析考量，结合NOx排放量、锅炉燃烧率，要做好摆角装置的优化调整工作。可以让燃尽风摆角适当上倾调整，减少两侧汽体温度之间的偏差，保证摆角运行功效。

4.3 炉膛内含氧量调节

在正式进行低氮燃烧系统调节前，火电厂技术人员要提前分析NOx等有害气体排放量的影响因素，在确定了主要因素之后，再采取针对性的解决措施，保证锅炉污染气体排放控制的效果。炉膛内的氧气含量与NOx排放量有直接关系，也就是炉膛内氧气含量越高，则NOx气体生成量也就越高。在提出NOx排放量控制的目标后，即可进行炉膛含氧量调整工作，适当降低炉膛含氧量参数，确定最佳含氧量动态范围。虽然在理论上降低炉膛的含氧量可以减少NOx生成量、排放量，但如果炉膛内含氧量过低会直接影响锅炉其他部位正常运行，如会大大增加飞灰类可燃物(由于氧气少，导致不完全燃烧)，增加了炉膛内含碳量，降低炉膛内部系统的运行效率。可见，含氧量调节必要在科学的范围下进行，最好维持在2.5%～3.5%之内[5]。

4.4 锅炉煤粉细度调节

除了以上方法，还可以通过煤粉细度调节降低NOx生成量。部分锅炉由于在更换了低氮燃烧器之后，由于炉膛低氧燃烧以及运行调整参数不精准，会出现飞灰含碳值异常上升。产生低氮燃烧改造锅炉效率与NOx排放量控制相矛盾的情况，而通过对煤粉细度进行调节，将煤粉细度均值下调40%～50%，之后借助工况优化调整燃烧值，可以下降火焰中心，有效控制飞灰值，同时降低NOx生成量[6]。这是由于降低煤粉细度，能够加强在分级燃烧度，提升焦炭中氮的释放速率，加强NOx还原能力。据调查显示，煤粉细度下降会导致煤粉系统电耗增加大约0.02%左右，但考虑到燃烧效率提升，所以锅炉整体运行效率更高一些。

5 结语

综上所述，火电厂锅炉低氮燃烧改造工程具有工艺标准高、技术性强、专业严格、实施过程复杂等特点，因此必须要全方位加强低氮燃烧器改造方案的研究工作。通过科学改造、合理调整，提高锅炉燃烧效率，有效控制NOx生成量，提高了火电厂运行的经济效益、社会效益、环境效益。未来，随着我国对环境保护工作愈加重视，火电厂管理人员要将环境保护作为科学生产前提，根据政策要求、生产状况，对锅炉低氮燃烧系统进一步升级改造，确保锅炉运行能够满足社会可持续发展需求。