浅析低氮燃烧技术在火电厂的应用

靳森嘉

（中国电能成套设备有限公司，北京 100080）

中国科研实力逐步提升致使中国在锅炉低氮燃烧技术方面获得更高成就，但中国在低氮燃烧技术方面仍然处于探索阶段，在应用过程中难免存在一些问题。随着中国工业生产前景愈发明晰，人们逐渐认识到环境保护的重要性，在保证工业生产正常运行情况下，减轻环境方面污染。电厂生产所产生氮氧化合物严重影响环境，有效控制氮氧化合物产生与排放，成了电厂重要的发展目标。为了更好地控制氮氧化合物，火电厂重视燃烧器改造，旨在加强对燃烧技术的改进，为构建环境友好型社会打下良好的基础。

1 低氮燃烧技术概述

电厂在生产运行过程中，主要凭借燃烧原料来获得热量，原料燃烧过程中，由于多种因素影响催生氮氧化合物，氮氧化合物直接影响环境。电厂运行过程中，氮氧化合物的产生途径主要有燃料型氮氧化合物、热力型氮氧化合物以及快速型氮氧化合物。为了能够减少电厂氮氧化合物的产生与排放，需要明确氮氧化物产生原因与产生途径，采取针对性措施，经由分析进一步了解氮氧化物产生方式，如降温、增加鼓风、降时间等，经过降低燃烧温度，有利于减少氮氧化物产生，造成燃烧效率降低，威胁供电生产，因此，采取降低燃烧温度需要在正常供电前提下使用，考虑到全面降温难度较高，在降温时很难保证不出现局部高温情况，那么，可以借助降温方式来降氮。为了能够达到更理想的降氮效果，那么，注重注重燃烧技术改进，逐渐调整燃烧器技术，同时，调整燃烧器布局、燃烧器和主燃烧区距离。燃烧时，需要重点关注送风技术，做好燃料分级燃烧，重视鼓风量掌控，这样不仅有利于控制氮气，还有利于提升燃烧效率。总之，为了能够优化低氮燃烧技术，首先，要做好燃烧原料固态脱硝处理，避免氧化出现氮氧化物，燃烧时若出现燃料气化后，需要做好鼓风量控制，尽可能降低氮的产生，确保燃烧效率，有效控制整个燃烧过程的温度，最终实现降氮。

2 煤燃烧氮氧化合物生成原理与生成方式

2.1 氮氧化合物生产原理

NO与NO2统称为氮氧化合物，燃煤电厂通过煤燃烧产生氮氧化合物。氮氧化合物主要由90%以上的一氧化氮与10%以下的二氧化氮构成，从氮氧化合物的生成机理，氮氧化合物分为燃料型氮氧化合物、热力型氮氧化合物与快速型氮氧化合物。

2.2 热力型氮氧化合物

热力型氮氧化合物是炉膛温度超过1350摄氏度以上，高温下的氮气被氧化，产生氮氧化合物，若是炉膛温度足够高，热力型氮氧化合物甚至可能达到20%，影响空气内氮分转化成氮氧化合物各类因素中，温度因素的影响非常显著。为了能够缩短高温区域烟气停留时间，降低烟气的温度与高分区局部氧气浓度，有利于降低热力型氮氧化合物。

2.3 燃料型氮氧化合物

燃料型氮氧化合物指燃料中有机氮化物燃烧中生成氮氧化合物，空气燃料混合比直接影响氮氧化合物生成量。燃料型氮氧化合物占氮氧化合物总生成量75%～90%左右。燃料型氮氧化合物是经由燃料固有氮氧化合物燃烧后转化。燃料氮是燃煤中氮氧化合物主要来源，燃料型一氧化氮比热力型一氧化氮更容易形成。经过研究来看，燃料氮所形成氮氧化合物占锅炉氮氧化合物总量60%～80%。此外，燃料氮主要存在于焦碳与挥发分中。由于煤的种类不同，挥发份氮生成的氮氧化合物占燃料氮总量60%～80%，焦碳氮生产则占20%～40%。

2.4 瞬发型氮氧化合物

瞬发型氮氧化合物生成机理是分子氮在火焰前沿，在参与氮氢化合物条件下，经由中间产物转成一氧化氮，氧量与温度直接影响一氧化氮转化率。根据实验，瞬发型氮氧化合物在富燃料碳氧化合物火焰中具有非常重要的作用。温度升高，一氧化氮生成显著性越强，证明瞬发型氮氧化合物排放量仅占总量5%，很好进行详细研究。

3 低氮燃烧技术的分类

3.1 燃烧分级技术

所谓燃烧分级技术，主要是主燃烧形成初期燃烧区上方产生二次燃料喷入，构成富燃料燃烧再燃区，当氮氧化合物进入再燃区后，将会被还原成为氮气。燃烧分级技术有利于保证再燃区不完全燃烧产物可以燃烬，那么，再燃区上需要设置燃尽风喷口。燃烧分级技术关键在于转变再燃烧区燃料和空气间比例；燃烧分级技术问题则有利于降低不完全燃烧损失，那么，就需要对再燃区烟气加强三级燃烧，这就使得配风系统更加复杂。

3.2 低氮燃烧器技术

空气分级原理、燃料分级原理融入燃烧器设计，有利于减少着火区温度与氧浓度，有效控制氮氧化合物的生成量，那么，低氮燃烧器技术在其中具有至关重要的作用，在正常条件下，低氮燃烧器技术能够减少氮排放浓度30%～50%。

3.3 空气分级燃烧技术

空气分级燃烧技术是目前应用范围更广泛低氮燃烧技术，空气分级燃烧技术主要原理在于燃烧燃烧过程的分段。空气分级燃烧技术奖燃烧用风分成一次风与二次风，旨在于降低燃料燃烧区空气量，提升燃烧区燃料浓度，推迟一次风与二次风间混合时间，燃料进入炉膛后构成富燃料区，致使富燃料区燃料出现缺氧燃烧，借此减少燃料型氮氧化合物生成。缺氧燃烧所产生烟气和二次风进行混合，致使燃料完全燃烧。从目前来看，空气分级燃烧技术和其他初级控制措施相结合，构成新建锅炉整体设计组成部分，在适度控制氮氧化合物排放要求下，锅炉的低氮排放技术改造成为了首选。以水平方向空气分级燃烧技术为例，水平方向空气分级燃烧技术主要是选择与烟气垂直的炉膛断面组织分级燃烧，借助一次风与二次风不等切圆，一部分二次风射流偏向于炉墙实现。水平方向空气分级燃烧技术不仅避免出现水冷壁高温腐蚀，还能够规避由于还原性气氛造成的灰熔融性温度下降，致使燃烧器附近出现结渣。

4 低氮燃烧技术在火电厂的应用

4.1 重视低氮燃烧技术的改进

国外技术较为发达国家在燃烧中控制氮氧化合物主要是改进燃烧技术、氮氧化合物燃烧器分级和还原燃烧所形成的氮氧化合物，为有效改进燃烧技术的浓淡燃烧与烟气再循环，合理改进低氮燃烧技术，减少氮氧化物排放量，有效改进相关技术，避免大幅改动燃烧系统，减少氮氧化物形成率，降低企业成本投资。对于分级氮氧化物燃烧器，着重改造煤粉炉燃烧器，降低燃烧器内氧的浓度，减少氮氧化物产生。对有偏转二次风燃烧器的改造最为典型，通过改造燃烧器技术有利于减少氮氧化物排放量。对于还原燃烧产生的氮氧化物，则需要保证燃煤内氮氧化物形成量降低至350mg，有效控制氮氧化物。

4.2 注重弄低氮燃烧技术创新

中国在火电厂生产过程中，更加注重国外低氮燃烧控制技术的引进，并根据现有技术进行创新，研究出更适合中国工业生产情况低氮燃烧控制技术。对于空气分级燃烧技术，借助煤粉燃烧中对氧的控制，提升煤粉炉内煤粉燃烧的还原性，减少氮氧化物产生。从目前来看，整体分级低氮燃烧技术广泛应用到火电厂煤粉锅炉低氮燃烧技术中。对于新型燃烧器，有效利用国外引进的新兴燃烧器，为有效控制燃煤中氮氧化物提供保证。新型燃烧器技术有利于降低氮氧化物形成，为燃煤燃烧稳定性提供保证。从目前来看，燃煤中的常用燃烧器为圆形旋流燃烧器、多功能旋流燃烧器等，通过使用新型燃烧器有效降低氮氧化物形成，有效控制氮氧化物的排放量。

5 结语

经济建设过程中，需要充分考量环境因素，因此，火电厂建设过程中，注重改造低氮技术，减少环境污染，提升环境保护力。在应用低氮燃烧技术过程中，需要以氮氧化合物产生机理为基础，注重技术改进与操作改进，有效降低氮氧化合物的排放量。具体实施时，通过改进燃烧器，实现燃烧器分层结构重新划分，不仅需要降低氮氧化物的排放量，还需要提升电厂锅炉燃烧效率。通过控制鼓风力度与鼓风速度，实现各层间差异化送风，有效满足各层燃烧中风量需求，提升燃烧效率。此外，在应用低氮燃烧技术时，需要加大设备改进力度与废气处理力度，优化低氮燃烧技术应用效果，真正减少氮排放量，有效保护环境。