煤粉锅炉低NOx燃烧调整

【摘要】环境是人类赖以生存和发展的基础，当今工业快速发展的同时工业的排放物给环境造成了很大的压力，国家越来越重视对环境的治理，发电厂也在积极的参与到治理环境污染的大军当中。发电厂主要能耗就是燃烧煤，在燃料的燃烧过程中，氮氧化物的生成是燃烧反应的一部份，燃烧生成的氮氧化物主要是NO和NO2，统称为NOx。大气中的NOx溶于水后会生成为硝酸雨，酸雨会对环境带来很大的危害，造成巨大的经济损失。因此低氮燃烧技术是在电厂应用最广泛、经济实用的措施。

【关键词】低NOx；分段燃烧；缺氧燃烧；调整

一、氮氧化物的生成类型

NOx的生成类型可分为燃料型、温度型和快速型三种。

1、燃料型的氮氧化物主要受温度，过氧量和燃料含氧量的影响，一般在10%-45%范围内，随着氮的转化率不断提高，但这主要发生在700―800℃温度区间的。因为燃料NOx既可通过均相反应又可通过多相反应生成，燃烧温度很高时，70%-90%N以挥发分的形式析出，，浙江大学研究表明，850℃时，70%的NOx来自焦炭燃烧，1150℃时，这一比例降至50%，由于多相反应的限速机理，在高温时可能向扩散控制方向转变，故温度高于900℃后，燃料N只有少量升高，挥发分N向NOx化物转化对当地氧浓度很敏感，通过造成区域性还原性气体可以有效地抑制NOx得生成量。

2、温度型NOx化物在锅炉燃烧水平下，NOx生成反应还没达到化学平衡，因而NO的生成量将随烟气在高温区域内的停留时间增长而增大，另外氧的浓度直接影响NOx的生成量，氧浓度水平越高，NOx生成量就越多。当温度高于1500℃时，NOx生成变得十分明显，随温度的升高反应速度按阿罗尼乌斯定律按指数规律迅速增加。可见温度具有（对NOx的生成）决定性的影响。因此也就是把这种在高温下空气中的NOx称之为温度型NOx。

3、快速型NOx化物是煤通常的燃烧温度下产生燃料型和热力型NOx为主，对不含N的碳燃料，只在较低温度燃烧时，才需要重点考虑快速型的NOx。

二、NOx燃烧目前采用的方法

低NOx燃烧是通过改变燃烧设备的燃烧条件来降低NOx的形成，具体来说，是通过调节燃烧温度、烟气中的氧的浓度、烟气在高温区的停留时间等方法来抑制NOx的生成或破坏已生成的NOx。通过采取以下方法可以降低NOx的生成。

1、排烟再循环法：利用一部分温度较低的烟气返回燃烧区，含氧量较低，从而降低燃烧区的温度和氧浓度，从而抑制氮氧化物的生成，此法对温度型NOx比较有效，对燃烧型NOx基本上没有效果。

2、二段燃烧法：该法是目前应用最广泛的分段燃烧技术，将燃料的燃烧过程分阶段来完成。第一阶段燃烧中，只将总燃烧空气量的70%―75%（理论空气量的80%）供入炉膛，使燃料在先在缺氧的富燃料条件下燃烧，由于富燃料缺，该区的燃料只能部分燃烧（含氧量不足），降低了燃烧区内的烘烘速度和温度水平，能抑制NOx的生成；第二阶段通过足量的空气，使剩余燃料燃尽，此段中氧气过量，但温度低，生成的NOx也较少。这种方法可使烟气中的NOx减少25%―50%。

三、运行中锅炉燃烧的调整改变

我以我厂300MW机组，锅炉采用正压直吹式制粉系统，配5台ZGM95G型中速磨煤机（由下层到上层磨煤机分别以A，B，C，D，E来编名称），燃烧器四角布置，切圆燃烧方式，采用上下浓淡分离一次风喷嘴和同心反切燃烧技术为例，采用二段燃烧法谈谈我的运行经验。

采用低NOx燃烧技术现阶段主要通过分段燃烧法，即合理的分配炉膛二次风及锅炉的过氧量，要实现以上的方法，磨煤机出口一次粉管均匀性直接影响着锅炉运行的安全性和经济性。一次风速过低会造成喷口结渣，甚至烧坏火嘴，一次风速过高会引起火焰中心上移，破坏四角燃烧，严重时会冲击到对面水冷壁上，造成受热面结渣，不利于低NOx燃烧调整。所以需要对磨煤机出口进行一次风速的调平试验，建议由热工院来完成。我厂一般一次粉管中一次风速在30～40m/s左右。如果磨煤机出口粉量偏差较大，建议电厂加装煤粉分配器。

经过以上的试验调试可以保证较好的锅炉燃烧动力场，在高低负荷调整二次风分配时才能保证锅炉的安全燃烧。现在我以我厂锅炉在不同负荷下通过分段燃烧（我厂煤种以烟煤为主）调整NOx做一阐述：

在150―160MW负荷下，A，B，C三套磨煤机运行，锅炉配风采用“束腰型”配风方式，让住燃烧区缺氧燃烧，拉长煤粉的燃烧区间，维持合适的主燃烧区域温度降低温度型NOx的生成，具体配风如图1：

随着负荷的不断增加，控制锅炉总过风量不宜过大，过氧系数控制在3.0%-4.0%区间内。锅炉运行氧量不仅影响着干烟气带走的热损失，而且也影响着未燃碳引起的热损失和一氧化碳引起的热损失。在一定限度内减少运行氧量，将使干烟气带走的热损失降低，但未燃碳引起的热损失和一氧化碳引起的热损失会增大。

当负荷在170MW―190MW负荷时，A，B，C，D四套磨煤机运行，依然采用“束腰型”的配风方式，综合考虑实测省煤器出口烟气中NOX浓度及飞灰、大渣含碳量，有如配风图2。

在170MW-190MW的负荷下，NOx比较难控制，可以增加DE或EE层二次风的开度来降低NOx的生成，一般情况下调整过氧量不超过3.5%，控制总风量在550―650t/h，可以保证省煤器出口NOx在350mg/Nm3。

当负荷在200MW―250MW时，锅炉配风方式以“均等配风”为宜，四套磨煤机运行，配风如图3：

在以上所述负荷下，随负荷的增加逐渐开大HOFA和LOFA的开度，使在主燃烧区域未完全燃烧的煤粉在炉膛出口处充分燃烧，即可减小飞灰含碳量还可以有效抑制温度型的NOx的生成。

在250MW以上负荷的配风方式和250MW时基本是一样的。此时有A，B，C，D，E五套磨煤机运行，随负荷的增加逐渐开大周界风和二次风的开度，最终（负荷300MW时）保持所有层周界风开度在30%左右，所有层二次风开度30%≤K≤40%，保持过氧量在2.5%--3.5%之间，总风量小于额定风量100―150t/h。这样省煤器出口的NOx浓度可以控制在300mg/Nm3以下。

通过以上的配风可以看出炉膛是一种长期缺氧燃烧状态， 应定期进行炉膛吹灰工作来保证水冷壁的清洁，遇见大小修时应及时检查水冷壁的结焦情况，必要时及时清理。在大于80%负荷时应注意炉膛不宜过分缺氧燃烧造成水冷壁大量结焦或灭火、甚至发生锅炉爆燃等恶性事故。

锅炉要低NOx燃烧的目的是减少NOx排放，为达到这一目的，火电厂还应加装脱硝设备，脱硝设备最终将锅炉排放的NOx浓度能维持在国家规定的小于100mg/Nm3以下。

四、结束语

采用低NOx燃烧必须保证锅炉安全燃烧为基础进行控制主燃烧区域的氧浓度和温度来控制NOx的生成及排放，对于不同的锅炉对调节量如磨煤机的出力，一次风压力，送风量，二次风挡板开度等特性不尽相同，故应先进行对以上参数的热工调整后采用针对性的调整。NOx的实际排放受燃烧调整的影响，也受锅炉其他一些参数的限制。因此低NOx燃烧必须综合考虑锅炉燃烧参数。