300MW機(jī)組鍋爐的低氮燃燒技術(shù)改造與性能分析

郎艷偉

摘 要：氮氧化物是燃煤電站排放的主要污染物之一，在國(guó)家頒布的全新的火電廠大氣污染排放標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)火電廠機(jī)組的氮氧化物排放標(biāo)準(zhǔn)作出了全新規(guī)定，并對(duì)新舊機(jī)組的氮氧化物最高允許排放濃度都作出了詳細(xì)的規(guī)定。為了切實(shí)保護(hù)環(huán)境，降低火電廠運(yùn)行成本，就需要我們對(duì)機(jī)組鍋爐的低氮燃燒技術(shù)做出有效改造，以提高鍋爐的運(yùn)行性能。本文主要結(jié)合實(shí)際情況，分析了300MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造方案，然后評(píng)價(jià)了改造之后的性能，希望通過(guò)本次研究對(duì)同行有所幫助。

關(guān)鍵詞：300MW機(jī)組鍋爐 低氮燃燒技術(shù) 改造方案 性能測(cè)定

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2018）12-0-01

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，隨著我們對(duì)燃料燃燒熱能的研究不斷深入，并發(fā)明了一些燃燒設(shè)備，使得依靠燃料產(chǎn)生的巨大能量能夠轉(zhuǎn)化成多種能量來(lái)源。但現(xiàn)階段燃料熱能利用效率依然較低，燃煤燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有毒有害氣體，對(duì)大氣環(huán)境造成一定污染，為了解決這個(gè)問(wèn)題，燃煤在燃燒之后，就需要經(jīng)過(guò)必要的脫硫脫硝處理，有效降低污染物。隨著我國(guó)化工水平不斷提升，社會(huì)大眾環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，國(guó)家環(huán)境保護(hù)部門(mén)連續(xù)出臺(tái)了多項(xiàng)政策，對(duì)發(fā)電廠的燃燒技術(shù)提出了更高要求，所以，改善低氮燃燒技術(shù)不僅可以最大限度的發(fā)揮燃料的燃燒效率和燃燒能量，而且還能夠起到明顯的環(huán)保作用。在300MW機(jī)組鍋爐運(yùn)行過(guò)程中，加強(qiáng)低氮燃燒技術(shù)改造勢(shì)在必行。

一、鍋爐機(jī)組氮氧化物生成過(guò)程

在火力電廠發(fā)電過(guò)程中，鍋爐機(jī)組中氮氧化物生成量與燃料的燃燒方式，特別是燃料的燃燒溫度以及過(guò)量空氣系數(shù)等燃燒條件有著密切聯(lián)系。連續(xù)多年研究結(jié)果證明，燃料在燃燒過(guò)程中，氮氧化物的生成途徑主要分為三種，分別為熱力型、燃料型和快速型。首先，熱力型氮氧化物是在高溫高壓環(huán)境下，空氣中的氧氣和氮?dú)獍l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一氧化氮和二氧化氮，并隨著鍋爐內(nèi)溫度的升高，氮氧化物的生成速度按照指數(shù)規(guī)律增加。當(dāng)鍋爐內(nèi)的溫度低于1000℃，是氮氧化物的生成量最少，而超過(guò)1400℃氮氧化物的生成量加速增加，當(dāng)溫度超過(guò)1600℃后，熱力型氮氧化物生成量占總氮氧化物生成量的30%左右；其次，燃料型氮氧化物是燃料中所含有的氮化合物，在燃燒過(guò)程中進(jìn)一步發(fā)生分解，產(chǎn)生一氧化氮和其它產(chǎn)物，在此過(guò)程中氮氧化物發(fā)生還原反應(yīng)，生成氮?dú)狻Ｔ诿悍坼仩t中，燃料型氮氧化物占到總氮氧化物量的75%以上。這部分氮氧化物的含量和還原與整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中、氧氣濃度、燃燒溫度和煤炭質(zhì)量有著密切聯(lián)系；最后，快速型氮氧化物主要是通過(guò)燃料燃燒產(chǎn)生的碳?xì)湓雍偷獨(dú)夥肿酉嗷プ矒?，生成了碳?xì)涞惢衔?，這類化合物在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步氧化反應(yīng)所生成氮氧化合物，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程十分迅速。該種氮氧化物的生成量與鍋爐爐膛內(nèi)壓力0.5次方成正比，與溫度聯(lián)系不大。

二、300MW機(jī)組鍋爐改造前運(yùn)行現(xiàn)狀

1.300MW機(jī)組鍋爐改造前運(yùn)行現(xiàn)狀

本次研究所選擇的300MW機(jī)組鍋爐，為東方鍋爐股份有限公司生產(chǎn)的亞臨界中間再熱燃煤自然循環(huán)汽包鍋爐，燃燒設(shè)備為四角布置，切向燃燒，百葉窗式水平濃淡直流擺動(dòng)式燃燒器，空氣風(fēng)粉氣流，從爐膛四角噴射入爐膛內(nèi)，噴口中心線與爐膛中心兩個(gè)假想切圓相切，假想切圓直徑分別為φ772和φ681。燃燒器上一次風(fēng)噴口，中心距離屏底為17.36m，下一次風(fēng)噴口中心到冷灰斗拐點(diǎn)距離為4.306m，每個(gè)燃燒器共存在15層噴口，包含了六層，一次噴口，一層頂二次風(fēng)噴口，八層二次風(fēng)噴口。燃燒器蜂箱被阻隔成了15層的風(fēng)室，各個(gè)風(fēng)室的方向分別對(duì)應(yīng)了一次風(fēng)噴口、二次風(fēng)噴口和頂二次風(fēng)噴口的位置，各個(gè)風(fēng)室的通風(fēng)量主要通過(guò)風(fēng)門(mén)擋板的開(kāi)張程度來(lái)實(shí)現(xiàn)有效調(diào)控。在鍋爐機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，通風(fēng)量要堅(jiān)持均等分配原則。

2.300MW機(jī)組鍋爐燃煤和氮氧化物排放情況

該機(jī)組運(yùn)行燃燒過(guò)程中所選擇的燃煤為太原西山培灰份29%，揮發(fā)份33%，發(fā)熱量為1.2MJ/kg，該燃煤灰分較高，揮發(fā)份和發(fā)熱量較低。在現(xiàn)有煤質(zhì)不能得到改善的情況下，脫硝裝置入口處氮氧化物濃度約為680～890mg/m3，通過(guò)脫硝裝置進(jìn)行脫硝處理后，鍋爐所排放出來(lái)的煙氣氮氧化物濃度能夠控制在130mg/m3，脫硝率維持在85%。

3.300MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造方案

本次低氮燃燒技術(shù)改造方案主要選擇了立體分級(jí)低氮燃燒技術(shù)，它是利用先進(jìn)的技術(shù)，通過(guò)改造之后，實(shí)現(xiàn)燃煤濃淡燃燒，鍋爐內(nèi)部燃燒和空氣分級(jí)燃燒的有效融合，燃煤在整個(gè)燃燒過(guò)程中，能夠顯著降低氮氧化物的生成和排放量，與此同時(shí)，在鍋爐內(nèi)燃料的燃燒性能更加穩(wěn)定，能夠有效避免水冷壁出現(xiàn)腐蝕以及在高溫高壓條件下鍋爐底部出現(xiàn)結(jié)焦現(xiàn)象。該項(xiàng)技術(shù)改造方案，能夠提高鍋爐對(duì)燃煤的適用性，能夠更好的適應(yīng)低質(zhì)量燃煤的燃燒要求。通過(guò)進(jìn)一步更換相應(yīng)燃燒器，選擇特殊的燃燒器設(shè)備，能夠進(jìn)一步提高燃燒效果。該項(xiàng)改造方案在能夠得到較好的燃燒效果的同時(shí)，對(duì)節(jié)能減排有著很大幫助。整個(gè)低氮燃燒技術(shù)改造方案分為以下幾個(gè)方面：

首先，技術(shù)改造方案中選用了分級(jí)送入的高位分離燃盡送風(fēng)系統(tǒng)，在距離主燃燒器上排一次風(fēng)約6.3m的位置安裝了三層共12只的頂二次風(fēng)噴口，技術(shù)改造中所布置的頂二次風(fēng)噴口全部基于層角布置原則，需要保障新布置的頂二次風(fēng)噴口，送入風(fēng)通風(fēng)量不能低于總二次風(fēng)通風(fēng)量的1/4；其次，還要確保該噴口能夠在水平方向和垂直方向自由擺動(dòng)，有效調(diào)整鍋爐內(nèi)的氣溫偏差；再次，在技術(shù)改造過(guò)程中，還對(duì)燃盡風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了改造，鍋爐四周的燃盡風(fēng)系統(tǒng)選擇了各自獨(dú)立的風(fēng)箱進(jìn)行風(fēng)量輸送，低氮燃盡風(fēng)直接由二次封箱提供。整個(gè)燃燒器四個(gè)燃燒角的進(jìn)風(fēng)噴口組件的供風(fēng)風(fēng)道均由其相對(duì)應(yīng)的兩側(cè)墻二次風(fēng)箱入口熱二次風(fēng)道分別引出。配置兩個(gè)垂直的風(fēng)道，分別向四個(gè)燃盡風(fēng)水平風(fēng)道內(nèi)送風(fēng)；第四，在改造過(guò)程中，還需要配置主燃燒進(jìn)風(fēng)調(diào)節(jié)擋板，利用該擋板對(duì)各個(gè)風(fēng)道進(jìn)行風(fēng)量分配和流量控制。要維持主燃燒器原有位置不變，不能更換噴頭管屏；最后，要重新對(duì)1、2、3次風(fēng)燃燒器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)和布置。將一層風(fēng)燃燒器下層油然噴口與二層風(fēng)噴口組合成二次風(fēng)噴口，從而對(duì)整個(gè)機(jī)組的送風(fēng)方式作出優(yōu)化調(diào)整，保證鍋爐內(nèi)部燃料還原時(shí)間，充足通風(fēng)量，實(shí)現(xiàn)燃煤充分燃燒，降低氮氧化物濃度，降低排放數(shù)量。在改造過(guò)程中，還應(yīng)該確保1、2、3次風(fēng)呈現(xiàn)原有的垂直擺動(dòng)形式，有效調(diào)節(jié)再熱氣溫。

4.低氮燃燒技術(shù)改造方案優(yōu)勢(shì)