低氮燃烧器改造对锅炉运行的影响研究

李士玉

摘 要：现代火电厂中仍旧需要使用锅炉来完成火力发电以及其他的电力生产任务，随着锅炉设备改造工作持续展开，锅炉设备在电力能源生产过程中可保持更高的应用效率与安全水平。考虑到环境保护与节省能源方面的全面工作要求，不少火电厂对锅炉设备进行了改造，通过增加低氮燃烧器装置来减少锅炉排放的有害气体。现分析这种锅炉改造行为给锅炉的实际使用与运行带去的影响。

关键词：低氮燃烧器；锅炉改造；运行；影响

一次能源系统中的不少能源都不具有可再生的能力，在实际使用这种能源时，必须要坚持节约应用的工作理念，火电厂这一类工业化的生产单位在运行锅炉设备时，往往需要消耗极多的煤炭资源，同时还会排放出NOx与SO2等有害气体，导致火电厂周边的环境存在严重的气体污染问题，因此可以尝试对锅炉设备进行环保方面的改造工作。现分析通过增加低氮燃烧器的方式来改造锅炉设备的可行性。

1 低氮燃烧器概述

基于控制锅炉排放的NOx气体的工作需求，不少生产单位都给锅炉使用了新型低氮燃烧装置，该装置的实际运行原理如下：该装置可以对一次风进行分割，将其分割成两股，淡相在外侧，与水冷壁之间的距离比较短，浓相处于内侧，与火焰中心部位有比较短的距离。浓相在内部位置着火之后，火焰可以保持比较高的温度，但是并不会产生过多的氧气，因此不会过多地生成氮氧化物；淡相处于外侧，形成的氧气量相对比较多，同时与火焰的高温区域保持着相对比较远的距离，实际温度也偏低，最终生成的氮氧化物的总量也比较少。

使用低氮燃烧器时，必须关注以下的低氮燃烧器，该装置帮助有效降低了氧气浓度和过量空气系数，在缺氧的条件之下，煤粉并不会轻易燃烧；燃烧温度必备大幅降低之后，锅炉内部并不会产生局部高温的情况，烟气停留在锅炉的高温区域的时间也被缩短，以低氮燃烧技术为核心的控制技术有很多种，除了低氮燃烧器之外，还有烟气再循环系统、空气分级燃烧系统以及燃料分级燃烧系统等。

2 锅炉运行受到的主要影响

2.1 燃烧稳定性受到的影响

由于低氮燃烧器一次风喷口集中且浓淡组合并且采用了接力热回流环涡稳燃等技术手段，在燃烧过程尺度上利用热力与动力不对称性原理使三种动涡连续相扣，特别是喷口处煤粉热解着火后碳的着火燃烧区段的三场特性利于与炉中心复合射流大涡的复合连接。环涡内碳粒有较高的内回流率延长了在环涡内停留时间，显著提高了环涡内碳燃烧发热量，这是热量积累主要来源。环涡稳燃、着火、碳燃烧、碳燃尽全过程链环稳固，这是优于单纯喷口稳燃的原因所在。根据机组运行情况看采用低氮燃烧器后由于燃烧器喷口间距离减小使燃烧区更集中，在低负荷烧劣质煤时燃烧的稳定性增强，出现火检大幅摆动的次数明显減少。减少了因燃烧不稳投油助燃的次数，与同期相比锅炉因煤质、燃烧造成的灭火次数大大减少，提高了锅炉燃烧的安全性。

2.2 锅炉内部氧量受到的影响

锅炉在运行过程中形成的氧气量也会受到低氮燃烧器的影响。为了使锅炉内部可以保持稳定的燃烧状态，工作人员需要形成完整的二次风供给系统，同时还要对实际的氧量进行调整与控制，在同一的负荷条件之下，通过控制最佳运行氧量可以帮助减少未燃尽的固体燃料以及气体损失，排烟损失也可以被控制，锅炉也因此可以保持比较高的应用效率，但是使用低氮燃烧器之后，锅炉的运行方式抽选了变动，内部负荷以较快的速度变动，送风调节工作不能及时展开，基于负荷控制方面的考量，锅炉工人会调节送风量，同时还要改变各处二次风门的实际开度，以保持合理的送风量，不可使燃尽风门或者二次风门的实际开度过小，导致锅炉不能维持正常的运行状态，形成安全隐患。另外燃烧器还会影响锅炉内部的正常燃料燃烧活动，导致实际脱硫处理效率被降低。

2.3 锅炉运行效率与飞灰受到的影响

根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度、燃烧产物在高温区停留时间和煤的特性，而降低氮氧化合物生成量的途径主要有两个方面：一是降低火焰温度，防止局部高温；二是降低过量空气系数和氧浓度，使煤粉在缺氧的条件下燃烧。低氮改造后燃烧器下移合并为主燃烧区要求采用低氧燃烧，过剩空气系数低，完全依靠顶层燃尽风燃烧，煤粉燃尽效果不明显，在线飞灰采集显示飞灰偏大。同时为维持再热汽温，现经常采用上层制粉系统，且一次风压大，二次风辅助风开度不足，加剧了飞灰的产生。锅炉飞灰增加使煤粉不完全燃烧程度增加，降低了锅炉效率。

2.4 再热与过热气温受到的影响

由于机组协调本身存在调整缓慢的问题，压力跟踪与调整跟不上，容易造成超调，连带着汽温变化幅度大。加上主燃烧器只有一组摆动火嘴，一、二次风配比上受低氧燃烧要求的限制，所以汽温调整手段受限，调整时间较长，也影响机组效率。为保证出口温度在规定范围内在低负荷时需使用上层制粉系统并将火咀摆至较高位置，这又会导致受热面超温。因此如何保证在受热面不超温的情况下保持出口温度在规定范围内成为低氮燃烧器改造后的另一课题。通过调整试验发现当燃尽风的喷口向上摆动式，再热蒸汽的温度会有所上升，向下摆动时，温度会有所下降。在正常负荷下，当喷口向上摆动0°～10°时，蒸汽温度会提升10℃～20℃范围内。摆角超过10°时，对蒸汽温度温度的提升效果就不再明显。因此摆动角度范围控制在±15°之间，以防止摆动范围过大摆动火咀销子受力过大而拉折。另外还可在保持安全供氧余度的前提下，采用在一定范围内调节氧气供给量来对再热蒸汽的温度进行调整。在低氮燃烧工况下，一般规律是减少氧量会引起气温上升，否则就会有所下降。在调节时，应视负荷大小每次增减空气供给量在20～50Nm3/h之间，每次调节应等待锅炉状态稳定后，视气温变化幅度和效果再行决定是否继续调节。

2.5 其他方面的影响

使用低氮燃烧器之后，锅炉内部炉膛结焦情况也会和搜到影响，主要是因为在布置该燃烧器时，需要采用横向双曲布置的方式，同时还要启动纵向空气分级系统，结合加装贴壁风和逆向射流措施，锅炉的受热面存在的结焦问题可被消除，然而在锅炉的实际运行过程中，燃烧装置的喷口部位与水冷壁处存在比较严重的结焦情况，启用锅炉下层处的制粉装置时，负压影响也会随之被扩大，这种现象证明锅炉的主要燃烧区的实际燃烧工况比较差，主燃烧区域存在缺氧燃烧的现象，因此导致炉膛的多处位置都存有严重的结焦情况，降负荷之后，结焦问题也没有被消除，同时主燃区域的运行情况并未被改变。

3 结束语

给锅炉设备使用低氮燃烧器之后，锅炉生产过程中排放出的NOx气体量逐渐缩减，提升了锅炉设备的环保性的同时，也将一些负面影响带给锅炉，锅炉运行会受到直接影响，对低氮燃烧器的应用情况进行考察之后，发现其虽然可以控制NOx，但是控制效果比较差，并不能达到现有的环保指标，因此需要进一步改造低氮燃烧器装置，结合烟气脱硝技术手段，来提升锅炉在环保型社会中的应用可行性。

参考文献

[1]刘裕，王玉良，张海强.低氮燃烧器改造对锅炉运行的影响研究[J].石化技术，2018（3）.

[2]郭跃武.低氮燃烧器改造对锅炉经济运行的影响[J].电工技术，2016（9），00139-00140.

[3]武志超.350MW锅炉低氮燃烧器改造方案及性能试验研究，2016.