火电厂锅炉低氮燃烧改造与运行优化调整探究

张强，何陆灿，方亚雄

（国能南京电力试验研究有限公司，江苏 南京 210000）

虽然我国社会经济水平和科学技术水平在不断提高，但我国电力生产仍然是以锅炉设备燃烧煤炭为主要电力供应形式，从而造成了我国生态环境的污染情况加重。传统火电厂在电力生产时，由于对产能和经济效益的过度重视，而忽视了生态环境保护意识，将粉尘、氮氧化合物、一氧化碳等危害社会环境和生态安全的物质和气体排放至大气中，造成严重的环境污染。现阶段，国家环保政策的提出和人们环保意识的提高，要求传统火电厂对煤炭燃烧进行改造与优化，采用低氮燃烧技术，严格控制危害物质和气体的排放量，减少煤炭燃烧对环境的污染，为建造绿色、健康、环保的国家，做出一份贡献。

1 火电厂锅炉燃烧时产生的氮氧化物种类及其危害性

1.1 一氧化二氮

一氧化二氮无色有甜味，具有严重毒性，如不慎吸入，从呼吸道进入血液中会导致人体缺氧，严重的会引起窒息，对人们的生命安全具有威胁。若长期待在含有一氧化二氮的环境中生活或工作，人们可能会出现高血压、晕眩、贫血等症状，间接诱发心脏病，导致人死亡。

1.2 一氧化氮

一氧化氮无色无味，具有一定毒性，轻则引起咽喉不适、干咳等症状，重则导致呼吸道慢性疾病的发生。若长期处于一氧化氮环境中，会造成呼吸困难、肺水肿、气胸等疾病，严重的甚至会影响神经系统，造成神经系统损伤。

1.3 二氧化氮

二氧化氮颜色为红棕色，有刺激性气味并带有一定毒性，靠近易燃物会出现燃烧现象，较容易出现火灾情况。二氧化氮与水会产生化学反应，是酸雨形成的主要原因之一，酸雨对树木、花草、房屋建筑等都会出现严重损坏。二氧化氮对水资源的污染也不可忽视，被二氧化氮污染后的水，如果人们饮用或食用后，会导致食物中毒，轻则使人出现缺氧，重则因其窒息，危害生命安全。

2 低氮燃烧技术概述

现阶段，我国火电厂降低污染排放量的主要方式就是降低氮氧化合物的生成。低氮燃烧技术的主要原理是将低氮燃烧技术与烟气脱硝技术相结合，运用低氮燃烧技术脱氮，是由低氧燃烧、空气分级燃烧、燃料分级燃烧、烟气再循环等环节构成，根据锅炉的形状不同进行燃烧器的位置摆放，在锅炉内部形成氧化还原、主还原和燃尽区3个部分，让有机燃料与配风在锅炉内部分区、分级、低温、低氧燃烧，进而减少因锅炉燃烧产生的氮氧化合物排放量，实现低氮燃烧，顺应社会绿色、环保的发展理念，推动传统火电厂锅炉燃烧方式的改造。

3 氮氧化合物治理现状

氮氧化合物分为燃料型氮氧化合物、热力型氮氧化合物和快速型氮氧化合物3种，其中，燃料型氮氧化合物是我国火电厂锅炉燃烧所产生的重要氮氧化合物类型，低氮燃烧技术也是对其进行控制和改造。降低氮氧化合物的排放量可以从燃烧前、燃烧中和燃烧后3个阶段进行严格控制与技术处理。

4 火电厂锅炉低氮燃烧改造原则

4.1 掌握现存问题

根据目前火电厂锅炉燃料燃烧出现的问题和情况，包含环境污染问题、设备问题、系统问题、结构问题等相关方面，进行实地考察与详细了解，只有针对其现存问题，才能够制定符合现阶段火电厂发展状况的方案，并按照方案进行针对性的改造。

4.2 制定具体改造方案

改造方案的制定通常需要制造厂家通过对火电厂锅炉的具体参数、运行环境、运行状态等各方面数据进行归纳和整理，并进行分析与研究，从各个方位进行考量，并要具有整体意识，确保改造方案的科学性与合理性。例如，在对管材进行方案设计时，如出现管材损坏严重需要进行升级或更换时，常常不改变其受热面规格，但如果因涉及方案出现问题，需要对管材进行改造时，应当注意其受热面管材放置、管材规格、重量改变等方面，还要提前预测其对火电厂锅炉产生的影响。改造方案也应当提前进入现场进行严格比对和检查，避免因天气因素、环境因素等意外情况的发生，影响其改造质量。

5 火电厂锅炉低氮燃烧改造方案

5.1 合理选择燃烧器

根据锅炉实际情况和低氮燃烧的要求，将锅炉改造方案进行科学化制定，再根据其详细的改造方案进行燃烧器的合理化选择。

目前，我国常用的锅炉燃烧器为浓淡燃烧器，其包含水平型和垂直型两种类型。在对火电厂锅炉低氮燃烧进行改造时，在选择燃烧器时，应当重点关注其对煤粉的浓淡划分效果，控制其划分比例，对其参数进行严格掌握，避免锅炉内部低氮燃烧不够彻底，影响整体的氮氧化合物控制效果。

5.2 改造主燃烧器

在对火电厂锅炉低氮燃烧改造时，改造主燃烧器应当确定其高度的标准，并将其四角风向风道和挡板风箱的位置进行固定，更换所有弯头、喷口等部件，确保各个部件都可以达到其规定的使用标准；将处于最下层的一次风改造为插入式等离子燃烧器，其余一次风燃烧器改造为垂直型浓淡燃烧器或水平型浓淡燃烧器，具体燃烧器的选择也要根据现场实际情况进行合理选择；对以往改造方案进行借鉴，如当前钢板高耐热性较高，则可以封闭其四层中间的二次风喷口，并更换其余二次风喷口，将其射流方向进行更改，把控其喷口角度，保证其前期缺氧燃料与后期供给氧之间的完美融合；保证水冷壁表面上含有充足的氧气，避免出现锅炉内部温度较高导致腐蚀情况的发生。

5.3 改造OFA喷口

在复杂的燃烧系统中，由于OFA喷口结构相对较为简单，所以，OFA喷口是较为广泛应用的一种喷口。在进行火电厂锅炉低氮燃烧改造时，也要对OFA喷口进行适当改造。位于主燃烧器上层的OFA喷口，与反切作用相结合，以科学控制锅炉内部的气流的方式，降低出烟口温度的偏差。如出现原本OFA喷口的风速、风量和尺寸等相关因素与实际改造方案不吻合，可以用耐热板将其原本OFA喷口进行密封或是将原本OFA喷口以符合改造方案的方式进行重新改造。

6 火电厂锅炉低氮燃烧优化原理与要求

火电厂锅炉低氮燃烧的优化与调整，应当保障锅炉在安全运行的前提下，进行优化方案的设计，对锅炉运行的安全性、经济性、合理性和科学性进行保证。例如，在对一次风、二次风、外围风进行调整时，应依据实际情况调整二次风门的开度，确保锅炉内部的低氧燃烧。从理论上讲，燃尽风力越大，氧含量相对越少，氮氧化合物产生量就越少。减少氮氧化合物的生成可以降低对生态环境的消极影响。在锅炉实际运行中，二次风开度不宜过大。将氮氧化合物的排放量、火力发电厂的锅炉运行效率以及调整与优化整体难度等相结合，进行全方面分析。各个火电厂锅炉燃烧技术指标各不相同，低氮燃烧系统的优化要与当地实际情况符合。为提高锅炉内部的燃烧速率，必须对锅炉的内部结构、锅炉燃烧效率等详细数据进行深入研究，并对其燃烧设备进行针对性改造，才能让目标得以实现。火电厂锅炉低氮燃烧优化部门对优化方案进行合理化制定，是保障锅炉内部燃烧的平稳性的基础。

7 火电厂锅炉低氮燃烧优化措施

7.1 一次风、二次风以及周界风的优化

在主燃区的调节中，要特别注意低氧燃烧的实际需要，掌控好二次风的实际开度，控制燃尽风量与控氧量二者的关系，根据锅炉机组内部的实际运行条件，对锅炉的优化参数进行调节，对比各种配风方案，采用多样化的锅炉运行方式，尽量减少氮氧化合物的实际排放量，严格管理锅炉生产造成的环境污染情况，增强火电厂生产时产生的环境效益。对于二次风开度控制，最上层二次风开度应当控制在35%以内，各层周界风开度应在15%～20%的范围内，最下层二次风开度不应小于70%，若最下层二次风开度小于70%，会导致在煤粉燃烧过程中，产生缺氧现象，烟气生成量迅速提高。考虑到二次风组合方式、氮氧化合物排放量和锅炉内部温度之间的互相影响，所以，在优化的过程中，要依据已知信息参数进行综合调节。尤其要重点注意锅炉负荷状况、制粉系统的工作模式和锅炉实际运行情况，全方位判断锅炉低氮燃烧的实际效益，找出存在的问题，调整存在问题的参数数据。

7.2 燃尽风系统与摆角的优化

通过借鉴以前的工作经验，可以了解到，当主燃烧器的摆角在30%以内时，燃烧器上的倾斜角度就会越大，相应会扩大锅炉内壁两侧气体温度和烟气温度之间的差距，所以，为了维持气体高温度且稳定的环境，燃烧器的摆角应适当减小。当OFA导通时，加热器两侧气体温差会扩大，应当减小OFA的开度，让氮氧化合物的生产量相对较小。如果将燃尽风的摆角扩大，必然会影响锅炉内部气体温度等各种参数数据，但总体上影响不大；如果摆角向下倾斜，就会极大程度上增加氮氧化合物的生成量和排放量。相关部门通过对低氧燃烧过程的详细分析和综合考虑，综合氮氧化合物的排放量和锅炉燃烧速率，应对摆角装置进行细致的优化和调整，让燃尽风的摆角可以适当向上倾斜调节，降低锅炉两侧气体温度的差异，确保摆角的运行效果。

7.3 锅炉内部含氧量的调节

在优化低氮燃烧系统前，火电厂工作人员应当提前对影响氮氧化合物等有害气体排放量的原因进行细致分析，确定关键原因后，制定针对性的解决方案并进行实际应用，确保控制住锅炉污染气体的排放。锅炉内部氧含量与氮氧化合物排放量之间存在必要的关联，即锅炉内部氧含量越高，氮氧化合物生产量也会越高。在确定控制氮氧化合物排放量的任务后，可以调节锅炉内部的氧含量，降低锅炉内部氧含量，对氧含量的最优动态范围进行判断。

虽然理论上降低锅炉内部氧含量就会降低氮氧化合物的生产量和排放量，但是，如果锅炉内部氧含量太低，将会对锅炉其他部位的正常工作产生影响。由此得出，含氧量的调节一定要在合理的范围内进行，其最好控制在 2.5%～ 3.5%。

7.4 锅炉煤粉粗细程度调节

通过煤粉细度调节也是减少氮氧化合物的生成量的有效措施。一些锅炉更换低氮燃烧器后，由于锅炉内部低氧燃烧和运行参数的不准确，导致飞灰含碳量会快速提高。改造的锅炉低氮燃烧效率与氮氧化合物的排放量的控制之间出现了相互矛盾的现象，通过调节煤粉粗细程度，使煤粉平均细度降低40%～50%，然后，借助工况对燃烧值进行调整和优化，能够降低火焰中心，把控飞灰值含碳量，减少氮氧化合物的生成。这是因为降低煤粉的细度可以强化燃烧程度，提高焦炭中氮的释放速度与效率，强化氮氧化合物的还原能力。根据调查结果表明，煤粉细度的降低会致使煤粉系统电耗增加约2‰，但煤粉燃烧效率的提高，会推动锅炉的整体运行效率，二者相比之下，多数火电厂仍会选择降低碳粉细度来提高锅炉的运行效率。

8 结语

综上所述，锅炉是保证火电厂得以平稳运行的重要设备，在整体火电厂燃烧系统中都起到了较为关键的作用。为顺应现阶段绿色、环保的理念，相关部门应当通过燃烧器的科学选择、主燃烧器和OFA喷口的改造等良性措施对锅炉低氮燃烧技术进行改造，也应通过对一次风、二次风以及周界风的优化、燃尽风系统与摆角的优化、锅炉内部含氧量的调节和锅炉煤粉粗细程度调节，减少氮氧化合物的生成量和排放量，实现火电厂绿色发展新要求。