淺析低氮燃燒技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

靳森嘉

（中國電能成套設(shè)備有限公司，北京 100080）

中國科研實(shí)力逐步提升致使中國在鍋爐低氮燃燒技術(shù)方面獲得更高成就，但中國在低氮燃燒技術(shù)方面仍然處于探索階段，在應(yīng)用過程中難免存在一些問題。隨著中國工業(yè)生產(chǎn)前景愈發(fā)明晰，人們逐漸認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，在保證工業(yè)生產(chǎn)正常運(yùn)行情況下，減輕環(huán)境方面污染。電廠生產(chǎn)所產(chǎn)生氮氧化合物嚴(yán)重影響環(huán)境，有效控制氮氧化合物產(chǎn)生與排放，成了電廠重要的發(fā)展目標(biāo)。為了更好地控制氮氧化合物，火電廠重視燃燒器改造，旨在加強(qiáng)對(duì)燃燒技術(shù)的改進(jìn)，為構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)打下良好的基礎(chǔ)。

1 低氮燃燒技術(shù)概述

電廠在生產(chǎn)運(yùn)行過程中，主要憑借燃燒原料來獲得熱量，原料燃燒過程中，由于多種因素影響催生氮氧化合物，氮氧化合物直接影響環(huán)境。電廠運(yùn)行過程中，氮氧化合物的產(chǎn)生途徑主要有燃料型氮氧化合物、熱力型氮氧化合物以及快速型氮氧化合物。為了能夠減少電廠氮氧化合物的產(chǎn)生與排放，需要明確氮氧化物產(chǎn)生原因與產(chǎn)生途徑，采取針對(duì)性措施，經(jīng)由分析進(jìn)一步了解氮氧化物產(chǎn)生方式，如降溫、增加鼓風(fēng)、降時(shí)間等，經(jīng)過降低燃燒溫度，有利于減少氮氧化物產(chǎn)生，造成燃燒效率降低，威脅供電生產(chǎn)，因此，采取降低燃燒溫度需要在正常供電前提下使用，考慮到全面降溫難度較高，在降溫時(shí)很難保證不出現(xiàn)局部高溫情況，那么，可以借助降溫方式來降氮。為了能夠達(dá)到更理想的降氮效果，那么，注重注重燃燒技術(shù)改進(jìn)，逐漸調(diào)整燃燒器技術(shù)，同時(shí)，調(diào)整燃燒器布局、燃燒器和主燃燒區(qū)距離。燃燒時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注送風(fēng)技術(shù)，做好燃料分級(jí)燃燒，重視鼓風(fēng)量掌控，這樣不僅有利于控制氮?dú)猓€有利于提升燃燒效率。總之，為了能夠優(yōu)化低氮燃燒技術(shù)，首先，要做好燃燒原料固態(tài)脫硝處理，避免氧化出現(xiàn)氮氧化物，燃燒時(shí)若出現(xiàn)燃料氣化后，需要做好鼓風(fēng)量控制，盡可能降低氮的產(chǎn)生，確保燃燒效率，有效控制整個(gè)燃燒過程的溫度，最終實(shí)現(xiàn)降氮。

2 煤燃燒氮氧化合物生成原理與生成方式

2.1 氮氧化合物生產(chǎn)原理

NO與NO2統(tǒng)稱為氮氧化合物，燃煤電廠通過煤燃燒產(chǎn)生氮氧化合物。氮氧化合物主要由90%以上的一氧化氮與10%以下的二氧化氮構(gòu)成，從氮氧化合物的生成機(jī)理，氮氧化合物分為燃料型氮氧化合物、熱力型氮氧化合物與快速型氮氧化合物。

2.2 熱力型氮氧化合物

熱力型氮氧化合物是爐膛溫度超過1350攝氏度以上，高溫下的氮?dú)獗谎趸a(chǎn)生氮氧化合物，若是爐膛溫度足夠高，熱力型氮氧化合物甚至可能達(dá)到20%，影響空氣內(nèi)氮分轉(zhuǎn)化成氮氧化合物各類因素中，溫度因素的影響非常顯著。為了能夠縮短高溫區(qū)域煙氣停留時(shí)間，降低煙氣的溫度與高分區(qū)局部氧氣濃度，有利于降低熱力型氮氧化合物。

2.3 燃料型氮氧化合物

燃料型氮氧化合物指燃料中有機(jī)氮化物燃燒中生成氮氧化合物，空氣燃料混合比直接影響氮氧化合物生成量。燃料型氮氧化合物占氮氧化合物總生成量75%～90%左右。燃料型氮氧化合物是經(jīng)由燃料固有氮氧化合物燃燒后轉(zhuǎn)化。燃料氮是燃煤中氮氧化合物主要來源，燃料型一氧化氮比熱力型一氧化氮更容易形成。經(jīng)過研究來看，燃料氮所形成氮氧化合物占鍋爐氮氧化合物總量60%～80%。此外，燃料氮主要存在于焦碳與揮發(fā)分中。由于煤的種類不同，揮發(fā)份氮生成的氮氧化合物占燃料氮總量60%～80%，焦碳氮生產(chǎn)則占20%～40%。

2.4 瞬發(fā)型氮氧化合物

瞬發(fā)型氮氧化合物生成機(jī)理是分子氮在火焰前沿，在參與氮?dú)浠衔飾l件下，經(jīng)由中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)成一氧化氮，氧量與溫度直接影響一氧化氮轉(zhuǎn)化率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，瞬發(fā)型氮氧化合物在富燃料碳氧化合物火焰中具有非常重要的作用。溫度升高，一氧化氮生成顯著性越強(qiáng)，證明瞬發(fā)型氮氧化合物排放量僅占總量5%，很好進(jìn)行詳細(xì)研究。

3 低氮燃燒技術(shù)的分類

3.1 燃燒分級(jí)技術(shù)

所謂燃燒分級(jí)技術(shù)，主要是主燃燒形成初期燃燒區(qū)上方產(chǎn)生二次燃料噴入，構(gòu)成富燃料燃燒再燃區(qū)，當(dāng)?shù)趸衔镞M(jìn)入再燃區(qū)后，將會(huì)被還原成為氮?dú)?。燃燒分?jí)技術(shù)有利于保證再燃區(qū)不完全燃燒產(chǎn)物可以燃燼，那么，再燃區(qū)上需要設(shè)置燃盡風(fēng)噴口。燃燒分級(jí)技術(shù)關(guān)鍵在于轉(zhuǎn)變?cè)偃紵齾^(qū)燃料和空氣間比例；燃燒分級(jí)技術(shù)問題則有利于降低不完全燃燒損失，那么，就需要對(duì)再燃區(qū)煙氣加強(qiáng)三級(jí)燃燒，這就使得配風(fēng)系統(tǒng)更加復(fù)雜。

3.2 低氮燃燒器技術(shù)

空氣分級(jí)原理、燃料分級(jí)原理融入燃燒器設(shè)計(jì)，有利于減少著火區(qū)溫度與氧濃度，有效控制氮氧化合物的生成量，那么，低氮燃燒器技術(shù)在其中具有至關(guān)重要的作用，在正常條件下，低氮燃燒器技術(shù)能夠減少氮排放濃度30%～50%。

3.3 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)

空氣分級(jí)燃燒技術(shù)是目前應(yīng)用范圍更廣泛低氮燃燒技術(shù)，空氣分級(jí)燃燒技術(shù)主要原理在于燃燒燃燒過程的分段?？諝夥旨?jí)燃燒技術(shù)獎(jiǎng)燃燒用風(fēng)分成一次風(fēng)與二次風(fēng)，旨在于降低燃料燃燒區(qū)空氣量，提升燃燒區(qū)燃料濃度，推遲一次風(fēng)與二次風(fēng)間混合時(shí)間，燃料進(jìn)入爐膛后構(gòu)成富燃料區(qū)，致使富燃料區(qū)燃料出現(xiàn)缺氧燃燒，借此減少燃料型氮氧化合物生成。缺氧燃燒所產(chǎn)生煙氣和二次風(fēng)進(jìn)行混合，致使燃料完全燃燒。從目前來看，空氣分級(jí)燃燒技術(shù)和其他初級(jí)控制措施相結(jié)合，構(gòu)成新建鍋爐整體設(shè)計(jì)組成部分，在適度控制氮氧化合物排放要求下，鍋爐的低氮排放技術(shù)改造成為了首選。以水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)為例，水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)主要是選擇與煙氣垂直的爐膛斷面組織分級(jí)燃燒，借助一次風(fēng)與二次風(fēng)不等切圓，一部分二次風(fēng)射流偏向于爐墻實(shí)現(xiàn)。水平方向空氣分級(jí)燃燒技術(shù)不僅避免出現(xiàn)水冷壁高溫腐蝕，還能夠規(guī)避由于還原性氣氛造成的灰熔融性溫度下降，致使燃燒器附近出現(xiàn)結(jié)渣。

4 低氮燃燒技術(shù)在火電廠的應(yīng)用

4.1 重視低氮燃燒技術(shù)的改進(jìn)

國外技術(shù)較為發(fā)達(dá)國家在燃燒中控制氮氧化合物主要是改進(jìn)燃燒技術(shù)、氮氧化合物燃燒器分級(jí)和還原燃燒所形成的氮氧化合物，為有效改進(jìn)燃燒技術(shù)的濃淡燃燒與煙氣再循環(huán)，合理改進(jìn)低氮燃燒技術(shù)，減少氮氧化物排放量，有效改進(jìn)相關(guān)技術(shù)，避免大幅改動(dòng)燃燒系統(tǒng)，減少氮氧化物形成率，降低企業(yè)成本投資。對(duì)于分級(jí)氮氧化物燃燒器，著重改造煤粉爐燃燒器，降低燃燒器內(nèi)氧的濃度，減少氮氧化物產(chǎn)生。對(duì)有偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)燃燒器的改造最為典型，通過改造燃燒器技術(shù)有利于減少氮氧化物排放量。對(duì)于還原燃燒產(chǎn)生的氮氧化物，則需要保證燃煤內(nèi)氮氧化物形成量降低至350mg，有效控制氮氧化物。

4.2 注重弄低氮燃燒技術(shù)創(chuàng)新

中國在火電廠生產(chǎn)過程中，更加注重國外低氮燃燒控制技術(shù)的引進(jìn)，并根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，研究出更適合中國工業(yè)生產(chǎn)情況低氮燃燒控制技術(shù)。對(duì)于空氣分級(jí)燃燒技術(shù)，借助煤粉燃燒中對(duì)氧的控制，提升煤粉爐內(nèi)煤粉燃燒的還原性，減少氮氧化物產(chǎn)生。從目前來看，整體分級(jí)低氮燃燒技術(shù)廣泛應(yīng)用到火電廠煤粉鍋爐低氮燃燒技術(shù)中。對(duì)于新型燃燒器，有效利用國外引進(jìn)的新興燃燒器，為有效控制燃煤中氮氧化物提供保證。新型燃燒器技術(shù)有利于降低氮氧化物形成，為燃煤燃燒穩(wěn)定性提供保證。從目前來看，燃煤中的常用燃燒器為圓形旋流燃燒器、多功能旋流燃燒器等，通過使用新型燃燒器有效降低氮氧化物形成，有效控制氮氧化物的排放量。

5 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)建設(shè)過程中，需要充分考量環(huán)境因素，因此，火電廠建設(shè)過程中，注重改造低氮技術(shù)，減少環(huán)境污染，提升環(huán)境保護(hù)力。在應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)過程中，需要以氮氧化合物產(chǎn)生機(jī)理為基礎(chǔ)，注重技術(shù)改進(jìn)與操作改進(jìn)，有效降低氮氧化合物的排放量。具體實(shí)施時(shí)，通過改進(jìn)燃燒器，實(shí)現(xiàn)燃燒器分層結(jié)構(gòu)重新劃分，不僅需要降低氮氧化物的排放量，還需要提升電廠鍋爐燃燒效率。通過控制鼓風(fēng)力度與鼓風(fēng)速度，實(shí)現(xiàn)各層間差異化送風(fēng)，有效滿足各層燃燒中風(fēng)量需求，提升燃燒效率。此外，在應(yīng)用低氮燃燒技術(shù)時(shí)，需要加大設(shè)備改進(jìn)力度與廢氣處理力度，優(yōu)化低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用效果，真正減少氮排放量，有效保護(hù)環(huán)境。