火电厂锅炉低氮燃烧改造及运行优化分析

杨鹏刚

摘要：近年来，随着我国社会经济的发展，对电的需求量越来越多，火电厂建设越来越多，同时，汽车的保有量越来越多，这些都是空气污染的主要源头，由此导致我国的雾霾天气频发。针对这种现象，习近平总书记多次发表讲话，提出了“蓝天保卫战”行动，指出要从源头防治，持续实施大气污染防治行动。火电厂燃烧发电排放的烟气中含有大量的氮氧化合物，是大气污染的主要成分。针对火电厂燃煤锅炉的烟气排放问题，国家制定了一系列政策和控制性指标，如何落实这些政策和指标，就成为火电厂面临的重要课题。目前，火电厂低氮燃烧技术改造项目成为解决该问题的关键。接下来，本文就对此进行详细的阐述。

关键词：火电厂锅炉;低氮燃烧技术改造;运行;优化策略

引言：

目前，我国的主要发电类型就是火力发电，其它的发电方式产出效率较为低下，还不足以满足我国如此庞大的人口用电所需，而核能发电则是因为科技还不够完善，目前还存在些许的问题。因此，火力发电仍然是我国现阶段的主要供电来源。但是其火力发电的污染较为严重，需要相应的引入新技术，在这种情况下，低氮燃烧改造技术应势而生，将低氮燃烧技术良好的应用于火电厂锅炉发电进程中，可以有效的减少锅炉的烟气排放量，加强烟气净化系统，降低循环流化床锅炉的烟气产生量，极大的解决烟气排放所导致的一系列环境污染问题。为顺应当代可持续发展观念，同时还要满足我国十几亿人口的用电所需，就要对低氮燃烧改造技术的应用重视起来，并相应的加大对该技术的研究力度。

1、火电厂概述

火电厂其实是火力发电厂的简称，火电厂的主要产电方式就是通过一定的可燃物，目前主要是煤炭资源，充当燃料，将各类型能源转化数次过程最终产出电能。其产电的过程，大致是煤炭燃料在经过燃烧后，使得锅炉中的热水沸腾生成蒸汽，将其中燃料的化学能转变为热能，其产出的蒸汽积攒到一定程度后，其压力使得汽轮机进行旋转，从而将热能转变为机械能，即汽轮机带动发电机高速旋转，最终将机械能转变为人们所需要的电能，即电力资源。对于火力发电来说，往往会用到主要的原动机，这类原动机就是指蒸汽机或者说是燃气轮机，有些较为落后的发电站则会使用到内燃机，其工作原理都是通过高温、燃气、高压蒸汽使得透平变成低压空气和冷凝水的压降产生电力资源的。目前，我国现阶段的火电厂则与建国初期有着明显差别，其火电厂主要产出的能源就是电能和热能。大致由5个系统组成，即燃烧系统、燃料系统、汽水系统、电气系统、控制系统等。根据系统的组成，实际生产电能环节中需要使用到相应的设备，比如说汽轮机、发电机、锅炉等。主要安装于发电厂内的主厂房中，而其他的配电装置和主变压器则置放于室外或者是独立空间。而某些辅助用设备，比如说供水设备、给水系统、除尘设备、水处理设备、燃料储运设备等，有些安装于主厂房中，有些则置放于辅助建筑物内或者是户外露天地。而我国的火力发电根据不同的应用和设备，以及消耗资源不同，可以分为不同类型的火力发电厂。按照原动机分：燃气轮机发电厂、蒸汽燃气轮机发电厂、凝气式汽轮机发电厂;按照燃料分：燃气发电厂、余热发电厂、燃煤发电厂和各类型垃圾和工业废料为燃料的发电厂;按照输出能源分：热电厂、凝气式发电厂;按照发电厂装机容量分：小容量发电厂、中容量发电厂、大中容量发电厂、大容量发电厂;按照蒸汽压力和温度分：低温低压发电厂、中温中压发电厂、高温高压发电厂、超高压发电厂、亚临界压力发电厂、超临界压力发电厂、超超临界压力发电厂等。火电厂发电具有相当的优势，比如说装机容量可自然决定、布局灵活，一次性投资建造周期短，而且产电能量大。但是其火电厂的污染相当大，动力设备繁多、操作不便，且其主要消耗的煤炭资源为不可再生资源。

2、低氮燃烧器改造方案

2.1优选燃烧器

依据实际要求，制定科学的低氮燃烧器改造方案，以此为参照，对燃烧器进行优选。水平浓淡燃烧器和垂直浓淡燃烧器在国内应用普遍。前者主要作用是分离水平方向煤粉，使其浓淡分开，在炉内脱硫工作中应用普遍，射流偏向炉内中心位置，具备很强的径直卷吸能力和风包煤效果。垂直浓淡燃烧器与其原理相同，使用过程恰相反，着重负责垂直方向煤粉分离工作，实施效果非常好。燃烧器类型选择切忌盲目，除了把炉内浓淡煤粉隔开之外，还要全面掌握分离比例、各类参数情况等，严禁炉内有低氮残留。

2.2改造主燃烧器

改造主燃烧器时，不仅要对主燃烧器标准高度进行确定，还要对四角风箱风道、挡板风箱位置等进行科学固定，更换全部喷口、弯头等，确保各构件均达标。最末层以轴向插入式等离子燃烧器形式存在，还要对余下一次风燃烧器进行更改，使其转换为浓淡燃烧器，上浓下淡或者下浓上淡。该背景下，高耐热性钢板应用效果好，使四层中间二次风喷口保持封闭状态，同时更换余下的二次风喷口，还要兼顾贴壁风喷口布置，确保水冷壁表层有足够的氧气，避免因氧气量不达标，出现围炉内温度过高、结渣，发生腐蚀。除此之外，还需要更改其余二次风喷口，使射流方向发生改变，对一次风射流方向和其他二次风喷口角度进行重点控制，使前期缺氧燃料和后期供给氧得到充分混合。

2.3科学设计OFA喷口和二次风

尽管锅炉燃烧系统相对比较复杂，但OFA喷口结构则比较简单，在业内备受青睐。实践中，需要在原有系统基础上再次对OFA喷口进行应用，发挥其优势的同时，兼顾反切性能，对炉内气流进行有效控制，使炉内出烟口温度正常。假使原OFA喷口尺寸、风速设置、风量等各指标等不能够契合低氮燃烧技术改造要求，可直接封堵耐热版，也可以对其进行二次改造。将大比例二次风布置在燃烧器上端，便于分级燃烧炉内空气，减少氮氧化物，使锅炉得到充分燃烧。同时，还要在二次风设计中，考虑燃尽区位置、大小等指标。

3、低氮燃烧运行优化方案

3.1优化调整一二次风和周界风

风量变化会对氮氧化合物浓度产生影响，如果风量过大，炉内氧气含量和氮氧化合物浓度都比较低。依托机组各功率运行情况调整，对比正倒宝塔等配风方法，可知，倒宝塔配风运行产生的氮氧化物少，不会影响大气。综合考量氮氧化物、锅炉燃烧效率对等指标，将各层二次风开度作为重要控制元素，且不得超过70%，上层二次风开度和各层周界风开度分别在35%和15%-20%之间，给出优化调整方案。

3.2调整燃烧器摆角和燃尽风

分析低氮燃烧时氮氧化物生成量，调整燃烧器摆角和燃尽风非常关键。调整燃尽风摆角，使之向上倾斜，既能够规避锅炉两侧气温偏差，还能够达到良好的摆角运行效果，缩短运行时间。燃尽风优化调整，稳定锅炉内总分量的同时，依据具体运行情况，使燃尽风挡板增大，对氮氧化物排放量和飞灰参数进行有效控制。

3.3调整炉内含氧量

事实上，科学调整炉内含氧量，也能够优化低氮燃烧运行过程。通过对炉内含氧量进行控制，避免生成太多氮氧化物。当炉内含氧量比较低时，会排出少量氮氧化物。但试验表明，倘若炉内含氧量太低，会增加飞灰可燃物。为避免这种情况，要科学控制炉内氧量，以2.5%-3.5%为宜。除了对火电厂氮氧化物排放量进行有效控制，还要对锅炉燃烧效率进行兼顾。

4、总结

火电厂锅炉低氮燃烧改造工作技术性强，工艺标准高，专业要求严格，实施过程复杂。这项工作能够使锅炉燃烧工作效率得到明显提高，并对氮氧化物排放量进行有效控制，提高火电厂日常工作及服务质量。随着环保意识的增强，相关从业人員要对生态环境质量加以保护，依据外部情况，升级改造锅炉低氮燃烧，使其满足工艺生产及社会发展要求，增强设备性能，实现生产效益和环境效益。

参考文献：

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（作者单位：神华国华孟津发电有限责任公司）