锅炉低氮燃烧技术的应用与浅析

背景

随着时代的发展，中国逐渐成迈入先进技术的行列，赶超了外国的先进技术，同时人民群众的环保意识逐步的增强，中国也开始要准备颁布严格的氮氧化物的排放标准，这样就对发电厂提出了一个要求，就是如何有效的降低锅炉烟气中的氮氧化物的含量。

近年来国内新建了很多大型的火力发电厂，在这些电厂的的锅炉燃料系统中普遍采用了一些先进的氮燃烧技术来降低氮氧化物的排放，而这些技术通常是伴随着锅炉的主体设备采购的，同时也有部分设备是通过研究国外成熟的技术以后，经过消化结合本土的特色开发的。

这些经过国内科研院所和电力生产企业的研究开发的技术，在低氮燃烧技术方面通常都取得了比较好的效果，而且国内的很多锅炉生产设备厂家在低氮燃烧系统设计领域也渐渐的从过去的完全模仿向着独立自主的研发方向发展，目前在低氮燃烧领域，国内存在的主要的问题就是在独立知识产权方面缺乏与之相关的产品，因此如何完善相关的技术，形成成熟的技术，并将该技术运用到实际的生产中是将来需要解决的问题。

1、锅炉氮燃烧产生原理

在火力发电厂锅炉燃烧产生的氮氧化物中通常包含着2种成分，一中是NO2，含量大概在5%-10%左右，剩下的大量的是NO，含量在90%左右，占大部分。氮氧化物中的NO在氧气的作用下就会生成NO2，在锅炉中NO的形成通常分为如下三种方式：

（1）燃料类型的NO

燃料型类型的NO产生的方式是以化合物形式存在于燃料中的氮原子，在锅炉燃烧过程中被氧化而生成的。其生成温度为600～700摄氏度，化石燃料中的氮通常是煤炭燃烧过程中产生的NOX的最主要的来源，通常燃料类型的NO相比其他类型的NO更加容易的生成。通常在锅炉中的NOX的60%～80%是由于燃料燃烧形成的，燃料中的氮比空气中的氮容易生NO，在实际生产中由于燃煤种类的不同，燃烧产生气体中的含氮量有所不同。

（2）热力类型的NO

热力类型的NO，通常是由于空气中的氮气和氧气在高温下产生，在锅炉中经过燃烧生成NOX，而在该类型下影响空气中氮转化为为当氧化物的各种影响因子中，温度占了相当大的一个因素，据一项研究表明，当锅炉中的燃烧温度高于1500摄氏度的时候NO生成量会成指数规律性的速效增加，其他的几个因素，包括在高温下停留的时间，氧气的浓度大小都与NO的形成成正比，如果减少在高温下的停留的时间，降低氧气的浓度的时候就可以在一定范围内降低NOX产生的数量。

（3）快速类型的NO

快速类型的NO产生的原理是氮分子在锅炉内火焰的边缘燃烧的时候快速的形成的，通常需要在碳氢化合物的参与中完成，影响因子同样为氧气的含量还有锅炉内温度的含量，在温度升高的时候，转化率逐渐提高，但是通过实验发现快速类型产生的NO在锅炉中所有氮氧化物中的比例只有不到5%，所以一般可以忽略不做考虑。

2、低氮燃烧技术存在的主要问题

目前电厂采用的低氮燃烧技术都存在着一定的问题，因为在使用该技术的时候锅炉燃烧器区域水冷炉壁会在高温下会产生腐蚀，对锅炉的炉膛会产生炉膛结成焦块，燃烧过后灰渣的含碳量居高不下都是目前低碳燃烧技术存在较大的问题。

低氮燃烧技术上的改进

虽然经过多年的技术改造，采取了一定的措施来解决上述的问题，比如通过让燃烧器迅速的点火，从氮氧化物形成的原理上抑制氮氧化物的产生量，同时将多余的空气排除锅炉，使得燃烧区域内部减少结焦的条件，并且减少高温腐蚀的环境，比如根据锅炉中高温腐蚀的原理，采用在冷却管管壁制造一定量的氧化气体，或者在冷却管加工的时候保证管壁表面的光滑度，延长管壁表面的清洁度的时间来达到降低高温腐蚀发生的进度。近几年，低氮燃烧技术在国内得到了众多科研机构的多年的研究和探索，在技术上有了较大的创新，在设计上已经不在是简单的仿制外国的技术，而是有了不少的创新在上述的高温防腐蚀方面，还有锅炉的同轴燃烧的技术，防止煤粉结成焦块技术等等，比如在锅炉运行时候加大风机吹风量，使得煤粉的燃烧更加充分，包括燃尽风的调整，煤粉细腻程度的控制能，都能有效的降低氮氧化物的排放量。

3、解决氮排放量高的办法

3.1采用空气空气分级燃烧技

为了有效的降低在燃烧时排放气体中氮氧化物的含量，从燃烧的过程上来解决问题，也是目前使用较为广泛的技术之一。空气分级燃烧技术是将燃烧所需的空气分级送入炉内，使燃料在炉内分级分段燃烧。

燃烧区的氧浓度对各种类型的NOx生成都有很大影响。当过量空气系数α

3.2采用高效平浓淡煤粉燃烧技术对主燃烧器进行改造

陡河发电厂利用#5机大修的机会，采用新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器对原有16只一次风燃烧器进行了改造，新一代高浓缩比水平浓缩一次风煤粉燃烧器主要在高效煤粉浓缩技术上有了大幅度的改进。改造后一次风喷口风速由原来28m/s适当减低至25m/s，改造后一次风率维持不变，保证原制粉系统的出力不变。燃烧器在浓一次风向火侧出口壁面处加装多个大尺寸稳燃齿。稳燃齿起到卷吸高温烟气、强化扰动的作用，当煤粉气流流经钝体后形成炽热的高温烟气回流旋涡，在回流区边缘，由于速度梯度大，煤粉浓度及燃烧温度较高，具有极好的着火稳燃条件，大幅度提高一次风煤粉气流的出口火焰稳定性。此外在一次风喷口周围加装适当大小的周界风，形成较大出口动量的侧二次风喷口，起到有效防止炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀以及回火和高温受热变形或烧坏喷口的作用。

同时二次风喷口采用收缩型结构，推迟一二次风的混合。一次风浓淡喷口之间采用垂直V型隔板，推迟浓淡一次风的混合速度。采用这样的措施，可以有效地推迟浓淡煤粉气流的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量。高浓度的浓一次风煤粉气流，强化一次风的着火和稳燃性能，利用早期快速析出挥发分有效降低NOx生成量，可保持高的煤粉颗粒的燃尽度。一次风喷口出口四周设计有偏置型周界风喷口，对运行或停运的一次风喷口起到冷却保护作用，一次风在向火侧和上下两侧设有小扳边，推迟周界风与一次风的混合。

4、结语

随着我国NOX排放总量的逐年上升，由此造成的环境污染也不断加剧，对NOX的控制迫在眉睫。低NOX燃烧技术投资低，且有较好的效果与运行经验，特别是低氮氧化物燃烧器与空气分级燃烧的联合使用，效果更佳；烟气脱硝技术中SCR和SNCR具有较多的商业化运行业绩，且脱硝效率较高。我国NOX控制起步较晚，低NOX燃烧系统是在进口燃烧器的基础上进行开发研制的，烟气脱硝技术也是刚刚起步。我国应在广泛采用低NOX燃烧器与空气分级燃烧联合使用等低NOX燃烧的基础上，加快烟气脱硝示范工程的建设，广泛开展国际合作，在引进消化国外烟气脱硝技术的基础上，尽快实现烟气脱硝国产化，降低烟气脱硝的投资与运行费用，从而有效控制NOX的排放，推动国民经济和环境保护的协调发展。