发电厂锅炉低氮燃烧技术的问题与分析

袁高峰

摘要：节能减排是我国可持续发展的一项长远发展战略，是我国的基本国策。当前，实现节能减排的目标面临着十分严峻的形势。氮氧化物是火力发电厂锅炉排放的大气污染物之一。锅炉的运行排放着大量的氮氧化物，本文就发电厂锅炉的运行产生氮氧化物的原理，以及低氮燃烧技术存在的问题，探讨如何降低锅炉烟气中的氮氧化物的含量，有效地实现节能减排的目的。

关键词：发电厂；锅炉；氮氧化物；燃烧技术；节能减排

中图分类号：TM62文献标识码：A文章编号：

一、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。

二、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。

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。

三、解决氮氧化物排放量高的办法

1.严格控制炉膛温度

炉膛温度与的生成有着很紧密的联系，经研究表明，温度超过1500K时，生成的量与炉膛温度的关系近似呈指数曲线，也就是说一旦炉膛温度过高，生成的量将会达到一个惊人的高度，对环境及人身健康方面的危害十分严重。因此，严格控制炉膛温度是减少热力型生成量的最重要措施。

控制炉膛温度可分为预防和运行期间调节两个方面。保证换热器表面清洁是预防炉膛超温的有效手段之一，在换热器表面清洁的条件下，换热器能够正常工作，炉膛中燃料燃烧产生的热量能够被及时带走，因此炉内不会超温，热力型能够得到较好的控制。因此，应对水冷壁、过热器等受热面定期检修，避免水冷壁结渣、过热器积灰结垢等现象。此外，选用高挥发分的煤种也能够有效预防炉膛超温，挥发分较高的煤受热后能够产生大量可燃气体，有助于燃烧，因此能够在较低的温度下稳定燃烧，有利于降低炉膛温度，防止热力型生成。

在锅炉运行期间，采用加快烟气流速、乏汽回炉等方法也能够有效调节炉膛温度，降低热力型的生成。

2.采用空气分级燃烧技

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<1，燃烧区处于“贫氧燃烧”状态时，抑制NOx的生成量有明显效果。根据这一原理，把供给燃烧区的空气量减少到全部燃烧所需用空气量的70%左右，从而降低了燃烧区的氧浓度，也降低了燃烧区的温度水平。因此，第一级燃烧区的主要作用就是抑制NOx的生成并将燃烧过程推迟。燃烧所需的其余空气则通过燃烧器上面的燃烬风喷口送入炉膛与第一级所产生的烟气混合，完成整个燃烧过程。低NOx燃烧技术主要是控制和减少燃料型N0x在燃烧过程中的产生。燃料型NOx的生成机理目前还不十分清楚，一般认为其形成与煤的热解产物和氧气浓度．及其分布密切相关。为了尽可能地减少燃料型NOx的生成，既要抑制燃烧过程中NOx的生成。

3.采用高效平浓淡煤粉燃烧技术对主燃烧器进行改造

某发电厂利用#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。

四、结论

经济发展与环境保护协调是21世纪能源发展的主导方向。经济有效地降低燃煤过程中氮氧化物的排放对于控制大气污染具有重要的意义。我国人口众多，能源消耗量和浪费量巨大，推广节能技术迫在眉睫。因此研究发电厂锅炉氮氧化物的排放量是关键，争取在科学管理的运行下低量排放，实现节能减排的目标。

参与文献：

[1]章荣顶，燃煤锅炉降低NOx燃烧和排放控制技术研究，企业技术开发，2012年第7期

[2]陈浩，锅炉低氮燃烧技术的应用与浅析，科技与企业，2012年第19期