電廠鍋爐應(yīng)用低氮燃燒器節(jié)能效果分析

孫中華（中國石油天然氣集團(tuán)公司節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心）

電廠鍋爐應(yīng)用低氮燃燒器節(jié)能效果分析

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某熱電廠鍋爐NOx（氮氧化合物）的排放超標(biāo)，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。針對(duì)這一問題，國家環(huán)保部要求其在期限內(nèi)進(jìn)行鍋爐改造，以降低NOx的排放。為了把NOx的排放指標(biāo)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，滿足整改要求，使熱電廠居民的周邊環(huán)境得到改善，對(duì)該電廠鍋爐燃燒器進(jìn)憲了改造，即把原普通煤粉燃燒器更換為低氮燃燒器。通過“水平濃淡、立體分級(jí)”的燃燒方式，成功減少了NOx的排放，提高了鍋爐的熱效率，節(jié)約了燃煤量，對(duì)降低大氣污染起到了一定的作用，并且節(jié)省了能源。

電廠鍋爐；NOx；低氮燃燒器

某電廠裝機(jī)容量為150 MW，配備2臺(tái)50 MW雙抽供熱機(jī)組、1臺(tái)50 MW背壓式供熱機(jī)組；共有8臺(tái)220 t/h鍋爐，其中由上海鍋爐廠生產(chǎn)的鍋爐4臺(tái)（1～4號(hào)爐），哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的鍋爐4臺(tái)（5～8號(hào)爐），年發(fā)電量7.4×104kWh，供熱量1000×104GJ。

熱電廠1～8號(hào)鍋爐中只有7號(hào)、8號(hào)鍋爐安裝了低氮燃燒器，其余鍋爐在運(yùn)行時(shí)NOx排放量嚴(yán)重超標(biāo)，造成電廠周圍環(huán)境污染。改造實(shí)踐證明：電廠鍋爐應(yīng)用低氮燃燒器后，通過“水平濃淡、立體分級(jí)”的燃燒方式，不但減少NOx排放，還提高鍋爐熱效率，節(jié)約了大量的能源。所以，鍋爐應(yīng)用低氮燃燒器具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 低氮燃燒器原理及鍋爐改造原則

1.1NOx生成機(jī)理

NOx是NO和NO2的統(tǒng)稱，燃煤電廠煙氣中的NOx主要是由煤燃燒產(chǎn)生的。通常條件下，燃燒生成的NOx由超過90%的NO和小于10%的NO2組成。某電廠NOx的生成主要有以下兩種方式：煤中的氮化物在高溫燃燒狀態(tài)下發(fā)生分解，遇到爐膛中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成NOx；爐膛中由于煤燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使空氣中的氮和氧氣結(jié)合發(fā)生一系列復(fù)雜氧化反應(yīng)，最終生成NOx。NOx的生成量與爐膛中煤燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量、溫度有直接關(guān)系。

根據(jù)爐膛中溫度不同，NOx的生成大體上可分為三種類型[1]，即熱反應(yīng)型NOx、瞬時(shí)反應(yīng)型NOx和燃料型NOx。

熱反應(yīng)型：由于空氣中的氮在溫度較高的區(qū)間內(nèi)燃燒發(fā)生一系列的連鎖反應(yīng)，并且反應(yīng)過程中產(chǎn)生的一氧化氮含量和溫度有很大關(guān)系。當(dāng)溫度小于1500℃時(shí)含量很??；當(dāng)溫度大于1500℃時(shí)含量隨溫度的增加而成指數(shù)增加，所以稱之為熱反應(yīng)型。

瞬時(shí)反應(yīng)型：由于燃料產(chǎn)生的CH原子團(tuán)撞擊N2分子，生成HCN類化合物，再進(jìn)一步氧化生成NOx，這個(gè)反應(yīng)很快，所以稱為快速型或瞬時(shí)反應(yīng)型。它和溫度關(guān)系不大，但是和爐膛壓力有關(guān)，大約和爐膛壓力的0.5次方成正比。

燃料型：燃料中的有機(jī)氮化物在燃燒過程中生成NOx，其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。

1.2 低氮燃燒器原理

低氮燃燒器是通過水平濃淡[2]、立體分級(jí)的燃燒方式，從而實(shí)現(xiàn)NOx排放量的減少。同時(shí)熱電廠通過再燃風(fēng)技術(shù)改造及超旋流燃燒[3]技術(shù)改造，徹底改變了原來的直流燃燒方式，達(dá)到NOx減排的目的。

水平濃淡是把一次風(fēng)[4]分成濃淡兩股，濃相靠近火焰中心，但是含有的氧氣較少，所以生成NOx較少；淡相含有的氧氣較多，使其靠近溫度相對(duì)較低的水冷壁，由于溫度低，故而生成的NOx也較少；二者最后都達(dá)到NOx生成量減少的目的。

立體分級(jí)低氮燃燒應(yīng)用的方法是：采用分級(jí)送入的高位分離燃燼風(fēng)系統(tǒng)，燃燼風(fēng)噴口能夠垂直和水平方向雙向擺動(dòng)，有效控制氣溫及其偏差。采用先進(jìn)的水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒技術(shù)，并采用噴口強(qiáng)化燃燒措施，有效降低NOx排放，保證高效燃燒，降低飛灰可燃物含量。采用高濃度比、低阻力新一代煤粉濃度技術(shù)，確保煤粉及時(shí)著火，加強(qiáng)燃盡效果。采用延遲混合型一、二次風(fēng)以及帶側(cè)二次風(fēng)的周界風(fēng)噴口設(shè)計(jì)，確保NOx大幅度減排。

1.3 鍋爐改造原則

1.3.1 1～4號(hào)爐（4×220 t/h煤粉鍋爐）改造原則

◇原普通煤粉燃燒器[5]更換為低氮燃燒器[6]；

◇ 改造后燃燒器的維護(hù)平臺(tái)、吹灰器及相應(yīng)管道系統(tǒng)按需要設(shè)置；

◇相應(yīng)一次風(fēng)和二次風(fēng)系統(tǒng)按需要改造。改造前后燃燒器布置簡(jiǎn)圖如圖1所示。

1.3.2 5～6號(hào)爐（4×220 t/h煤粉鍋爐）改造原則

5～6號(hào)鍋爐改造與1～4號(hào)鍋爐改造基本相同，不同的是5～6號(hào)鍋爐進(jìn)行了摻燒天然氣改造，主要包括以下幾個(gè)方面：

◇ 添加了天然氣燃燒器（天然氣燃燒器采用低氮燃燒器）；

◇添加了天然氣管道系統(tǒng)；

◇添加了燃燒控制系統(tǒng)。

改造前后燃燒器布置簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2 項(xiàng)目實(shí)施主要指標(biāo)對(duì)比

熱電廠鍋爐低氮燃燒器改造項(xiàng)目完成后，在全煤燃燒狀態(tài)下對(duì)1～6號(hào)鍋爐改造前后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)跟蹤測(cè)試、統(tǒng)計(jì)，主要通過以下四個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1NOx排放

通過測(cè)試數(shù)據(jù)得出，1～6號(hào)鍋爐NOx的排放明顯減少，詳見圖3。

由圖3可知：1#鍋爐NOx的減排量為254 mg/m3；2#鍋爐NOx的減排量為230 mg/m3；3#鍋爐NOx的減排量為283 mg/m3；4#鍋爐NOx的減排量為312 mg/m3；5#鍋爐NOx的減排量為349 mg/m3；6#鍋爐NOx的減排量為308 mg/m3。

2.2 鍋爐熱效率

鍋爐熱效率的高低是反映1臺(tái)鍋爐整體性能的重要參數(shù)。從測(cè)試數(shù)據(jù)得出，鍋爐應(yīng)用低氮燃燒器后熱效率有所提高。熱效率變化情況詳見表1。

圖1 1～4號(hào)鍋爐改造前后燃燒器布置簡(jiǎn)圖

圖2 5～6號(hào)鍋爐改造前后燃燒器布置簡(jiǎn)圖

圖3 全煤燃燒NOx變化情況

表1 改造前后（全煤燃燒）熱效率對(duì)比數(shù)據(jù)

由表1可知，在全煤燃燒狀態(tài)下，改造后比改造前熱效率都有小幅度的增加，平均增加值為0.41。

2.3 鍋爐燃煤量

具體燃煤量如圖4所示。

圖4 改造前后燃煤量變化

由圖4可知：鍋爐改造前，6臺(tái)鍋爐1 d燃煤量為4 838.60 t；鍋爐改造后，6臺(tái)鍋爐1 d燃煤量為4 651.40 t；6臺(tái)鍋爐1 d節(jié)約燃煤量共為187.2 t。

3 結(jié)論

由以上分析數(shù)據(jù)可知，電廠鍋爐應(yīng)用低氮燃燒器后，不但減少了NOx的排放，還提高了鍋爐熱效率，節(jié)約了有限的能源。

NOx減排量為 1737 mg/m3；鍋爐平均提效0.41%；節(jié)煤達(dá)187.2 t/d。

低氮燃燒技術(shù)是目前國內(nèi)廣泛采用、控制NOx排放的先進(jìn)技術(shù)。實(shí)施低氮燃燒技術(shù)改造后，在保證低NOx排放前提下，運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠，性能比高，無需額外的運(yùn)行成本；同時(shí)明顯改善鍋爐整體綜合性能。

采用低氮燃燒技術(shù)是在原有鍋爐上進(jìn)行改造，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境無影響，完全削減了原鍋爐排放的大氣污染物，進(jìn)一步改善了周圍環(huán)境，是一項(xiàng)環(huán)保工程。本項(xiàng)目的建設(shè)為滿足即將實(shí)施的新環(huán)保要求奠定了基礎(chǔ)，在滿足電廠經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)提高當(dāng)?shù)乜諝赓|(zhì)量、改善生活環(huán)境也做出了一定的貢獻(xiàn)。

采用低氮燃燒技術(shù)，降低供電煤耗，節(jié)約生產(chǎn)成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。還可以避免因污染物超標(biāo)排放引起的機(jī)組整改，宜于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

[1]鄭海紅，王冉陽，任建興.空氣分級(jí)燃燒降低燃煤電站鍋爐NOx生成的技術(shù)分析[J].上海電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，22（1）：29-32.

[2]魏銅生，蔣宏利，惠世恩，等.新型低NOx濃淡型雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器的研究[J].動(dòng)力工程，2000，20（1）：539-542.

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[4]曹偉，趙虹，安連昌，等.1000 t/h鍋爐一次風(fēng)系統(tǒng)和燃燒器的試驗(yàn)研究[J].動(dòng)力工程，2000，20（3）：411-413.

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10.3969/j.issn.2095-1493.2017.08.016

2017-06-13

（編輯 張興平）

孫中華，2010年畢業(yè)于武漢通信學(xué)院（通信工程專業(yè)），從事油田節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作，E-mail：zcs2001@126. com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)西賓路552號(hào)技術(shù)監(jiān)督中心節(jié)能技術(shù)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中心，163453。