火电厂锅炉风机节能及低氮燃烧技术发展探讨

摘要：本文通过对火电厂风机节能方法和锅炉低氮燃烧技术发展的介绍，探讨了火电厂节能减排的发展方向，最终达到降低能源消耗净化烟气的目的。

关键词：风机低氮燃烧节能减排

中图分类号： TE08 文献标识码： A

一、前言

火电厂锅炉风机是一种以空气为主要介质的从动流体机械，在能量转换上主要是将电能转换为机械能，通过较强的机械能形成对空气的强大压力，从而将空气排出。在火力发电厂中，锅炉风机是必不可少的辅助设备，但耗电量过大，从而在节能方面具有较大的空间。因此，必须采用行之有效的方法降低火电厂锅炉风机的耗电量。另外，在国家最新环保标准的要求下，新建及现有火电机组氮氧化物必须达标排放，根据《火电厂氮氧化物防治技术政策》(环发[2010]10号)规定，低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术，因此，对低氮燃烧技术的深入研究具有重要的意义。

二、火电厂锅炉风机的节能方法

在火力发电厂中，火电厂锅炉风机可具体分为三类，分别是一次风机、送风机以及吸风机。火电厂锅炉风机在正常条件下运行时，通常会出现功率过度富裕的现象。大部分的火电厂锅炉风机在运行时都会将功率调节到最大值，并没有结合风机的实际工作情况进行调整，通过研究发现，火电厂锅炉风机的实际运行效率仅占最大值的40%左右。目前，我国很多现有火力发电厂在风机功率调节方面常用的方法是开关风门，但是这种调节方法存在一定的缺陷，主要表现在启动的时候会产生较大的电流，而且灵活度不足，调节速度较慢，稳定性不足。针对这种现状的改造方法主要有变频改造节能法和风量调节节能法，这两种方法具有较好的效果，具体的方法如下。

（一）变频改造节能法

火力发电成的锅炉风机主要分为离心和轴流两种形式，这两种形式产生能量的方式主要是通过叶片对流体介质的做功完成的。可将火电厂锅炉风机的流量调节方式根据速率分为两种，既非变速调节方式和变速调节方式。变速调节凭借它显著的效果和更加精细的调节范围，已经得到了广泛的应用，其中变速调节需要的设备有双速电动机和液力耦合器，变频调速的方法不仅可以满足电机节能的要求，而且对火力发电厂内部电网和电机的冲击较小，不会干扰到火力发电厂的正常运行，也不需要对这种节能发放的应用作过多的调整。

通过对流体力学的研究得知，火电厂锅炉风机的负载特性方程如下所述：

（公式中物理量的下角标表示火电厂锅炉风机的不同工况，Q表示火电厂锅炉风机在该工况中的风量；H表示火电厂锅炉风机在该工况下的风压；N表示火电厂锅炉风机在该工况下的实际功率；n表示火电锅里风机在该工况下的转速，且n2

火电厂锅炉风机转速的方程可表达为：

公式中的f表示火电厂锅炉风机转速的运行频率，p表示火电厂锅炉风机所选电机的级数，n表示火电厂锅炉风机的转速。通过规格相应的变频器，对火电厂锅炉风机内部电机的电频进行改变，进而实现了对电机转速的准确控制，实现了火电厂锅炉风机的变频。在实际工作中，如果系统所需的风量较小时，可以通过减小电机转速的方式来控制功率，以此实现火电厂锅炉风机的节能。

（二）风量调节节能法

要实现火电厂锅炉风机风量的调节，首先要对风机内部管网的特性曲线进行相应的修改。通过改善，会使火电厂锅炉风机内部的流体压力发生不同程度的改变，当流量呈下降趋势时其内部的压力会随之上升，在此时锅炉风机的转换效率也会受到影响，从而实现对风量的调节。还有一种更为简单的操作方法，就是改变火电厂锅炉风机的扇叶角度，但是这种方法对扇叶具有较高的要求，因为在改变调度以后，会加重扇叶的磨损程度，而且在改变扇叶角度的同时需要风机暂停工作，违背了火电厂锅炉风机需要不间断运行的要求。因此，改变火电厂锅炉风机转速的方法是实现风量调节的主要手段，根据实际的要求，适当的降低转速，从而降低了风机内部的压力和流量，最终降低风机的实际运行功率，真正实现了节能的目的。

三、低氮燃烧技术发展

由NOx的形成条件可知，对NOx的形成起决定作用的是燃烧区域的温度和过量空气量。因此，低氮燃烧技术就是通过控制燃烧区域的温度和空气量，以达到阻止NOx生成及降低其排放的目的。逐步发展并得到应用的低氮燃烧技术有：燃烧优化、空气分级燃烧技术、燃烧分级燃烧技术以及使用低氮燃烧器。

(1) 燃烧优化

燃烧优化是通过调整锅炉燃烧配风，控制NOx排放的一种实用方法。它采取的措施是通过控制燃烧空气量、保持每只燃烧器的风粉(煤粉)比相对平衡及进行燃烧调整，使燃料型NOx的生成降到最低，从而达到控制NOx排放的目的。

(2) 空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术是目前应用较为广泛的低NOx燃烧技术，它的主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行。该技术是将燃烧用风分为一、二次风，减少煤粉燃烧区域的空气量(一次风)，提高燃烧区域的煤粉浓度，推迟一、二次风混合时间，这样煤粉进入炉膛时就形成了一个富燃料区，使燃料在富燃料区进行缺氧燃烧，充分利用燃烧初期产生的氮基中间产物，提高燃烧过程中的NOx自还原能力，以降低燃料型NOx的生成。缺氧燃烧产生的烟气再与二次风混合，使燃料完全燃烧。

(3) 燃烧分级燃烧技术

该技术是将锅炉的燃烧分为二个区域进行，将85%左右的燃料送入第一级燃烧区进行富氧燃烧，生成大量的NOx，在第二级燃烧区送入15%的燃料(天然气为主)，进行缺氧燃烧，将第一区生成的NOx进行还原，同时抑制NOx的生成，可降低NOx的排放。但大多燃煤电厂无法落实稳定的天然气气源，且燃气价格较高，通常使用超细煤粉作为二次燃料。

(4) 低NOx燃烧器

将空气分级及燃料分级的原理应用于燃烧器的设计，尽可能的降低着火区的氧浓度和温度，从而达到控制NOx生成量的目的，目前广泛采用浓淡型燃烧器，主要分为水平浓淡燃烧器和垂直浓淡燃烧器。

现代低氮燃烧技术将煤质、制粉系统、燃烧器、二次风及燃尽风等技术作为一个整体考虑，以低氮燃烧器与空气分级为核心，在炉内组织适宜的燃烧温度，气氛与停留时间，形成早期的、强烈的、煤粉快速着火欠氧燃烧，利用燃烧过程产生的氮基中间产物来抑制或还原已经生成的NOx。目前，对低氮燃烧技术的要求是，在降低NOx的同时，使锅炉燃烧稳定，且飞灰含碳量不能超标，并兼顾锅炉防结渣与腐蚀等问题，从而发展成为综合了多种低氮燃烧技术的新型低NOx燃烧技术

新型低NOx燃烧技术以炉内影响燃烧的两大关键过程(炉膛空间过程和煤粉燃烧过程)为重点关注对象，全面实施系统优化，达到防渣、燃尽、低NOx一体化的目的，综合了烟气再循环、空气分级、燃料分级等技术。首先将炉内大空间整体作为对象，通过炉流合理组合及喷口合理布置，炉膛内中心区形成具有较高温度、较高煤粉浓度和较高氧气区域，同时炉膛近壁区形成较低温度、较低CO和较低颗粒浓度的区域，使在空间尺度上中心区和近壁区三场(温度场、速度场及颗粒浓度场)特性差异化。在燃烧过程尺度上通过对一次风射流特殊组合，采用低NOx喷口或等离子体燃烧器，热烟气回流等技术，强化煤粉燃烧、燃尽及NOx火焰内还原，并使火焰走向可控，最终形成防渣、防腐、低NOx及高效稳燃多种功能的一体化燃烧技术。

新型低NOx燃烧技术可以实现更深入的空气分级，建立更大的还原区，采用低氧燃烧及低NOx燃烧器等措施,通过采用贴壁风技术及纵向空气分级在炉内最终形成空间空气分级,实现减少及抑制NOx生成；最终可实现防渣，防腐、高效燃烧，超低NOx燃烧综合一体化。因此，现在新机组的NOx排放水平明显得到了控制，多数烟煤锅炉的NOx排放浓度在400mg/Nm3左右，甚至更低。国内有多家锅炉厂及一些从事燃烧器改造的公司均已掌握了新型低NOx燃烧器的配套技术，在锅炉燃用较好煤质的条件下，氮氧化物排放浓度可控制在300mg/Nm3，甚至250mg/Nm3以下。因此，新型低NOx燃烧技术是火电厂锅炉首选的低氮燃烧技术，并将在新建及改造项目中得到广泛应用。

四、结语

总之，我国对火力发电站的节能减排研究还在不断完善，与发达国家之间差距正在逐渐缩小。通过对火电厂锅炉风机节能方法和火电厂低氮燃烧技术的深入研究，相信我国火力发电站的节能减排效果会上升到新的高度。

参考文献：

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