摘要：本文探討了鍋爐燃燒器低氮燃燒改造，用于鍋爐燃燒運(yùn)行的性能分析，討論了低氮燃燒改造方案和燃燒器設(shè)計目標(biāo)，分析了燃燒器氮低燃燒改造的要點(diǎn)，介紹了低氮燃燒改造。對于鍋爐燃燒器氮燃燒改造，需要基于節(jié)能減排理念，拓寬低氮燃燒的應(yīng)用范圍。降低NO_x排放值，符合相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，改造后進(jìn)行調(diào)整測量，優(yōu)化鍋爐運(yùn)行，控制燃燒參數(shù)，提高鍋爐的運(yùn)行效率。滿足鍋爐燃燒器低氮燃燒要求，證明了燃燒器低氮燃燒改造效果有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：鍋爐燃燒器；低氮燃燒改造；分析

中圖分類號：TK227文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

引言

隨著電力和煤炭市場的變化，為提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，需要通過提高鍋爐的適應(yīng)性，減少使用煤的負(fù)面影響。由于一些鍋爐系統(tǒng)不能有效緩解爐渣，由于這個問題，電廠運(yùn)行不敢大量燃燒廉價煤。由于爐膛燃燒的限制，即使采用先進(jìn)的低氮燃燒器也無法降低NOx排放，這個問題導(dǎo)致了鍋爐運(yùn)行效率和安全性的下降。爐內(nèi)氮氧化物排放量會影響脫硝設(shè)備，不能滿足國家超低排放環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。因此，需要對機(jī)組進(jìn)行升級改造，做好改造后的燃燒器性能分析，確保低氮燃燒器工況轉(zhuǎn)換后的運(yùn)行效果。

1鍋爐燃燒器的低氮燃燒改造概述

近年來，一些地區(qū)頻繁的發(fā)生霧霾。因此，政府相關(guān)部門制定了法律法規(guī)，鍋爐燃燒需要嚴(yán)格的限制，要求氮氧化排放低于30毫克/立方米。一些地區(qū)已經(jīng)完成了鍋爐低氮改造，空氣質(zhì)量得到了改善。但是低氮增壓技術(shù)在鍋爐上的應(yīng)用較短，許多應(yīng)用技術(shù)范圍和專業(yè)知識正在優(yōu)化中，相關(guān)技術(shù)管理部門發(fā)布了燃?xì)忮仩t使用風(fēng)險防范指南?；诖?，需要結(jié)合燃燒器工程設(shè)計原則，分析鍋爐低氮改造后故障，基于燃?xì)忮仩t改造運(yùn)行情況，提出了相應(yīng)的對策，確保改造具有一定的應(yīng)用價值。

2低氮燃燒技術(shù)

低氮改造中低NOX燃燒器有全預(yù)混金屬纖維網(wǎng)、分級擴(kuò)散+煙氣外循環(huán)和水冷預(yù)混。全預(yù)混金屬纖維網(wǎng)是預(yù)混氣體的燃燒，混合物流向燃燒器并在纖維布表面層燃燒。燃燒器以微焰燃燒，因此具有熱量均勻的特點(diǎn)。燃燒后釋放的熱量通過對流帶走，氮氧化物排放量會相對較低。燃料和空氣經(jīng)過預(yù)混合，使燃燒更加完全，確保有空氣供應(yīng)，減少了二氧化碳的實(shí)際排放。金屬纖維網(wǎng)燃燒分為噴射式和吹氣式，噴射器型用于低氮轉(zhuǎn)化?？諝饧壢紵侨剂虾涂諝饣旌先紵?。沒有空氣造成了燃料很濃，釋放的熱量不夠，會直接導(dǎo)致燃燒溫度低。當(dāng)空氣不足時，氧氣濃度也較低，可以有效的抑制NOX。一次燃燒后，將未燃?xì)怏w和混合物進(jìn)行燃燒，保證燃料的充分燃燒。二次燃燒由于一次燃燒氣體的存在，氧氣濃度和燃燒溫度較低，有效的抑制了NOx。燃料分級與空氣分級燃燒相反，燃油漸進(jìn)式供氣，效果優(yōu)于分段供氣。燃料分級技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)有的燃燒器。燃料被分成燃燒器氣流，通常在燃燒器的返回區(qū)中的燃料被用作燃燒器火焰。另一種燃料是通過高速氣流或燃料高速射流在外部找到，將相應(yīng)的空氣和燃燒氣體包裹起來，在下游混合。自動煙氣再循環(huán)使氣體吸入煙氣，在燃燒中循環(huán)。氣體的混合燃燒氧氣濃度降低。由于煙氣吸熱降低了溫度，縮短了停留時間，有效的避免NOX的形成。內(nèi)燃再循環(huán)是將氣體返回燃燒區(qū)反應(yīng)，通過燃燒器設(shè)計，使燃燒氣體從后面回流。外排煙氣再循環(huán)是煙氣從鍋爐出口通過與燃燒器相連的外管，通過燃燒器加回爐膛參與燃燒。煙氣外循環(huán)可減少NOX產(chǎn)生，外循環(huán)對NOX控制影響較大。盡管NOX排放減少，但CO并未增加。串級燃燒+煙氣再循環(huán)低氮燃燒使NOX低于30mg/m3采用水冷預(yù)混燃燒低氮燃燒器，燃燒頭為燃燒爐排板，孔板設(shè)有燃燒孔。在安裝燃燒頭過程中，如果有耐火泥厚度不超過17厘米（如圖1所示）。耐火泥的長度太長會影響檢測角度。然后進(jìn)行固定燃燒頭，保證火檢的位置在正上方。安裝燃燒器時先把兩側(cè)的蓋板拆下。氣嘴先拆下推桿的連接桿，從氣嘴中間穿過，固定氣嘴，注意氣嘴的密封墊。在連接推桿時，需要用插銷鎖住。先進(jìn)行點(diǎn)火變壓器電纜與電極連接，然后是點(diǎn)火火檢連接和溫度傳感器連接，把隔熱棉塞嚴(yán)實(shí)，在用耐火泥涂抹，隔熱效果會更好。

圖1 進(jìn)入到爐膛檢測長度

空氣和氣體在裝置中混合，通過混風(fēng)機(jī)進(jìn)入分配器。空腔分布在孔板上，從孔口移出進(jìn)行預(yù)混燃燒。燃燒面由小火焰組成。防火穿孔板夾層用作火焰淬火水，降低火焰溫度和火焰蔓延速度。圖2所示為煙氣再循環(huán)示意圖。對于調(diào)節(jié)循環(huán)風(fēng)機(jī)控制煙氣量，循環(huán)煙氣進(jìn)入混合器與預(yù)熱后的空氣進(jìn)行混合，再送入爐內(nèi)來降低氮氧化物NOx排放^[1]。

圖2煙氣再循環(huán)示意圖

3當(dāng)前存在的問題

氮氧化物排放嚴(yán)重，一旦環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)更新，鍋爐必須改用低氮燃燒。由于一些電廠鍋爐尚未進(jìn)行改造，燃燒煤粉含硫量較高，單位含硫量已達(dá)2%-3%；燃燒煤堆中的石塊放，石塊的熱值小，后燃效果不好。煤在鍋爐中燃燒時，產(chǎn)生氮氧化物的燃燒比硫化物復(fù)雜，混合物氮氧化物的濃度與硫化物不同。碳氮氧化物的產(chǎn)生量與燃燒方式、溫度和空氣有關(guān)。鍋爐時可產(chǎn)生三種氮氧化物，主燃燒區(qū)和再混流區(qū)滿足產(chǎn)生氮氧化物的條件。燃料煤中的含氮在燃燒過程中受熱分解，氧化成氮氧化物，氮氧化物比例為60-80%，在鍋爐的主燃燒區(qū)。快速氮氧化物在燃燒中，空氣氮與燃料中的烴離子反應(yīng)生成氮氧化物。形成于主燃燒區(qū)?？諝庵械牡诟邷貤l件下被氧化成氮氧化物，氮氧化物達(dá)20%，發(fā)生在鍋爐的主燃燒區(qū)^[2]。

4改造思路

將現(xiàn)有鍋爐燃燒升級為低氮燃燒模式。新型鍋爐燃燒器由中心管、火焰補(bǔ)償環(huán)和通風(fēng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。將鍋爐改用低氮燃燒方式，需要設(shè)計新型燃燒器，在使用中附在鍋爐上，燃燒器由中心管、火焰補(bǔ)償、風(fēng)葉和風(fēng)量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等部件組成。中心管兩側(cè)通過火焰固定環(huán)和風(fēng)道彎頭連接。穩(wěn)焰環(huán)的裝有風(fēng)旋風(fēng)葉片，旋風(fēng)葉片與中心管相連，風(fēng)旋風(fēng)葉片的另一側(cè)一次風(fēng)彎頭部件。導(dǎo)向風(fēng)葉和中心管沒有連接，空間上沒有直接接觸。伸縮套置于風(fēng)彎頭與風(fēng)旋轉(zhuǎn)扇葉的中間，伸縮套與中心管有間隙，套筒外側(cè)也與風(fēng)彎頭平行，扇葉隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)無直接接觸。通風(fēng)量調(diào)節(jié)位于伸縮罩附近，通風(fēng)量調(diào)節(jié)功能可以調(diào)節(jié)二次通風(fēng)的大小。內(nèi)部二次風(fēng)扇葉和外部風(fēng)扇葉分別安裝在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)上。二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)扇葉由伸縮套連接，風(fēng)旋風(fēng)葉片安裝有一次墊片腔，一次墊片與中心管無接觸，外置風(fēng)旋風(fēng)葉片安裝在一次墊片腔面上。儲存在收縮套中的氣體通過內(nèi)部二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)葉片進(jìn)行二次混合，提高氧氣濃度，使空氣系數(shù)達(dá)到0、8%左右。在這種環(huán)境下，燃燒可以防止氮元素在燃燒中轉(zhuǎn)化為氮氧化物，轉(zhuǎn)化為低氮含量的混合煙氣。風(fēng)扇葉片隨空氣混合后，不斷向氣體中注入氧氣，增加氧氣濃度。通過穩(wěn)焰環(huán)，可將混合氣輸送至燃燒器，在燃燒器出口形成富氧區(qū)，可減緩氮氧化物的生成。逐漸加大二次通風(fēng)量，與混合氣體進(jìn)行混合，使所有燃料充分反應(yīng)，降低反應(yīng)速率，使火焰溫度降低，進(jìn)一步減少氮氧化物?？梢詫D(zhuǎn)換進(jìn)行一些優(yōu)化。第一連接腔水平定位，連接腔的內(nèi)壁與燃燒器的中心管相連。燃燒器的中心在管道中垂直放置，以提高氣體的均勻性，使氣體流動均勻。也可以在燃燒器中心管下端的組件內(nèi)安裝主空氣擋板，擋板的作用使混合氣體更加順暢。同時，改造后的燃燒器在現(xiàn)有鍋爐的兩側(cè)，鍋爐內(nèi)燃區(qū)分布為主燃燒區(qū)、燃燒區(qū)。通過多區(qū)分布，實(shí)現(xiàn)鍋爐低氮燃燒，達(dá)到環(huán)保排放的標(biāo)準(zhǔn)^[3]。

5更換后燃燒器的運(yùn)行

低氮燃燒器改造后，火焰中心向上移動，蒸汽溫度高負(fù)荷上升，再熱器兩側(cè)的蒸汽溫度偏差基本消除。鍋爐效率略有提高，高負(fù)荷時NOx含量降低。主再熱蒸汽溫度偏差大大減小，高負(fù)荷運(yùn)行的主蒸汽溫度也得到了優(yōu)化。但是低氮燃燒器在轉(zhuǎn)換后運(yùn)行中容易出現(xiàn)問題。可能出現(xiàn)的問題是氧氣和溫度水平低導(dǎo)致了燃燒運(yùn)行效率降低，在不增加煤粉細(xì)度下增加粉煤灰燃料；燃燒區(qū)缺氧，CO2的增加引起爐壁附近物料中的腐蝕；點(diǎn)火穩(wěn)定性降低，低負(fù)荷燃燒穩(wěn)定性降低。煤種適應(yīng)性差，高負(fù)荷煙氣CO含量高，由于存在的燃燒不完全導(dǎo)致化學(xué)損失，尤其是低負(fù)荷時。煤種的變化CO相對較高，飛灰燃料有可能因煤種的變化而使燃燒效率降低。考慮鍋爐的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行安全，燃燒器運(yùn)行低NOx時應(yīng)考慮減少過量空氣量在主燃燒區(qū)，保證燃燒穩(wěn)定，確保在運(yùn)行中不增加飛灰含碳量，不引起高溫腐蝕。當(dāng)空氣量減少時，NOx的產(chǎn)生量會減少，但當(dāng)過量空氣量到一定程度時，飛灰碳含量和CO含量會增加。運(yùn)行時全風(fēng)量必須平衡和平衡NOx、飛灰含碳量和排熱損失，鍋爐的燃燒效果體現(xiàn)在鍋爐效率上。在燃煤鍋爐中，在缺氧條件下運(yùn)行時，調(diào)節(jié)燃燒器的空煤比極為重要。各燃燒器空煤比不均容易造成爐膛內(nèi)部的一些某些區(qū)域過量風(fēng)量低，飛灰含碳量的增加，將導(dǎo)致鍋爐運(yùn)行效率的降低。通過減少空氣量來減少NOx排放量，以降低燃燒效率，這會增加飛灰的碳含量。因此，需要通過較低的煤粉細(xì)度來進(jìn)行運(yùn)行過程中的抵消。鍋爐在缺氧條件下運(yùn)行溫度不要太高，保持燃燒的穩(wěn)定性和飛灰的含碳量。為保證鍋爐的燃燒效率，對于磨煤機(jī)的旋轉(zhuǎn)分離器不要調(diào)整，參數(shù)設(shè)定時應(yīng)自動控制燃燒器的旋轉(zhuǎn)角度，避免人為因素發(fā)生的降低。避免低負(fù)荷下金屬過熱，負(fù)荷增減和吹灰時過熱蒸汽溫度的變化。將煙灰吹入鍋爐內(nèi)，防止鍋爐結(jié)焦。合理調(diào)整再熱器吹灰時間，對于增加或減少負(fù)荷時要注意燃燒器角度的變化和調(diào)整^[4]。

6低氮燃燒運(yùn)行優(yōu)化

在燃燒過程中，氮氧化物會隨著燃燒風(fēng)量的變化而變化。通過調(diào)整運(yùn)行工況，對配風(fēng)方式進(jìn)行對比，可以得出倒塔運(yùn)行的氮氧化物相對較低。在一定程度上可以減少氮氧化物的污染，但在運(yùn)行中氮氧化物和燃燒效率必須結(jié)合，嚴(yán)格控制二次風(fēng)開度，各層外風(fēng)開度控制在15%-20%。在運(yùn)行優(yōu)化過程中，需要結(jié)合具體情況優(yōu)化調(diào)整方案，同時應(yīng)根據(jù)情況的變化而不斷做出優(yōu)化。根據(jù)低氮燃燒過程中一氧化氮的形成，燃燒器角度和過量空氣的控制在燃燒中起著重要作用。將火用過剩空氣的旋轉(zhuǎn)調(diào)整為上升，可減少兩側(cè)的溫度偏差，提高旋轉(zhuǎn)角度效率。在再生過程中，優(yōu)化過量燃燒空氣是保證鍋爐常用部件的穩(wěn)定性，并結(jié)合運(yùn)行條件降低氮含量。為了減少爐內(nèi)氧的增加，通過控制氧含量減少一氧化氮的產(chǎn)生。通常含有氧氣量越少，一氧化氮量越低。但爐內(nèi)含氧量低會導(dǎo)致燃燒中可燃灰分增加，碳含量偏高。將爐內(nèi)氧含量控制在2.5%-3.5%，是保證燃燒效率的同時減少一氧化氮排放的有效途徑。在相同參數(shù)和煤質(zhì)下，燃燒器的功率越低，減少氮氧化物能力就越高。為了增加穩(wěn)定性，燃燒器要盡可能集中，提高燃燒性能，達(dá)到穩(wěn)定燃燒的目的。低氮燃燒器改造后，有利于提高爐膛溫度和煤粉點(diǎn)火的穩(wěn)定性。加強(qiáng)混煤燃燒管理，制定煤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使用適合的燃料，以灰熔點(diǎn)作為考核指標(biāo)，防止煤灰熔點(diǎn)降低鍋爐結(jié)焦。應(yīng)根據(jù)采購煤源和煤種確定，對于異常問題應(yīng)及時分析并采取措施。加強(qiáng)煤質(zhì)量管理，關(guān)注煤熔化溫度指標(biāo)，確保準(zhǔn)確得出入爐煤質(zhì)量結(jié)果。

結(jié)束語

本文分析了鍋爐燃燒器低氮燃燒改造的必要性，并制定了相關(guān)的改造方案，確保技術(shù)應(yīng)用貫穿改造整個階段的實(shí)施方案?？紤]到鍋爐運(yùn)行的效果，掌握影響鍋爐運(yùn)行的因素，監(jiān)控鍋爐的工作效率，低熱轉(zhuǎn)化降低對環(huán)境的破壞。燃燒器符合節(jié)能和環(huán)保發(fā)展的理念?？蔀楹罄m(xù)應(yīng)用提供基礎(chǔ)保障，提高鍋爐燃燒器運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，對技術(shù)的提升和鍋爐轉(zhuǎn)化有顯著的變化，同時達(dá)到了預(yù)期的改造目標(biāo)和要求。此外，對于鍋爐低氮燃燒器在有降低脫硝設(shè)備和運(yùn)行成本，也會帶來爐膛CO濃度升高和爐渣含碳量高等影響。因此，還需要通過運(yùn)行時工況分析尋求調(diào)整措施，使鍋爐運(yùn)行工況達(dá)到技術(shù)要求和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

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