【原】锅炉燃烧器的低氮燃烧改造分析

摘要：本文探讨了锅炉燃烧器低氮燃烧改造，用于锅炉燃烧运行的性能分析，讨论了低氮燃烧改造方案和燃烧器设计目标，分析了燃烧器氮低燃烧改造的要点，介绍了低氮燃烧改造。对于锅炉燃烧器氮燃烧改造，需要基于节能减排理念，拓宽低氮燃烧的应用范围。降低NO_x排放值，符合相关排放标准，改造后进行调整测量，优化锅炉运行，控制燃烧参数，提高锅炉的运行效率。满足锅炉燃烧器低氮燃烧要求，证明了燃烧器低氮燃烧改造效果有一定的现实意义。

关键词：锅炉燃烧器；低氮燃烧改造；分析

中图分类号：TK227文献标识码：B

引言

随着电力和煤炭市场的变化，为提高电厂的经济效益，需要通过提高锅炉的适应性，减少使用煤的负面影响。由于一些锅炉系统不能有效缓解炉渣，由于这个问题，电厂运行不敢大量燃烧廉价煤。由于炉膛燃烧的限制，即使采用先进的低氮燃烧器也无法降低NOx排放，这个问题导致了锅炉运行效率和安全性的下降。炉内氮氧化物排放量会影响脱硝设备，不能满足国家超低排放环保标准。因此，需要对机组进行升级改造，做好改造后的燃烧器性能分析，确保低氮燃烧器工况转换后的运行效果。

1锅炉燃烧器的低氮燃烧改造概述

近年来，一些地区频繁的发生雾霾。因此，政府相关部门制定了法律法规，锅炉燃烧需要严格的限制，要求氮氧化排放低于30毫克/立方米。一些地区已经完成了锅炉低氮改造，空气质量得到了改善。但是低氮增压技术在锅炉上的应用较短，许多应用技术范围和专业知识正在优化中，相关技术管理部门发布了燃气锅炉使用风险防范指南。基于此，需要结合燃烧器工程设计原则，分析锅炉低氮改造后故障，基于燃气锅炉改造运行情况，提出了相应的对策，确保改造具有一定的应用价值。

2低氮燃烧技术

低氮改造中低NOX燃烧器有全预混金属纤维网、分级扩散+烟气外循环和水冷预混。全预混金属纤维网是预混气体的燃烧，混合物流向燃烧器并在纤维布表面层燃烧。燃烧器以微焰燃烧，因此具有热量均匀的特点。燃烧后释放的热量通过对流带走，氮氧化物排放量会相对较低。燃料和空气经过预混合，使燃烧更加完全，确保有空气供应，减少了二氧化碳的实际排放。金属纤维网燃烧分为喷射式和吹气式，喷射器型用于低氮转化。空气级燃烧是燃料和空气混合燃烧。没有空气造成了燃料很浓，释放的热量不够，会直接导致燃烧温度低。当空气不足时，氧气浓度也较低，可以有效的抑制NOX。一次燃烧后，将未燃气体和混合物进行燃烧，保证燃料的充分燃烧。二次燃烧由于一次燃烧气体的存在，氧气浓度和燃烧温度较低，有效的抑制了NOx。燃料分级与空气分级燃烧相反，燃油渐进式供气，效果优于分段供气。燃料分级技术应用于现有的燃烧器。燃料被分成燃烧器气流，通常在燃烧器的返回区中的燃料被用作燃烧器火焰。另一种燃料是通过高速气流或燃料高速射流在外部找到，将相应的空气和燃烧气体包裹起来，在下游混合。自动烟气再循环使气体吸入烟气，在燃烧中循环。气体的混合燃烧氧气浓度降低。由于烟气吸热降低了温度，缩短了停留时间，有效的避免NOX的形成。内燃再循环是将气体返回燃烧区反应，通过燃烧器设计，使燃烧气体从后面回流。外排烟气再循环是烟气从锅炉出口通过与燃烧器相连的外管，通过燃烧器加回炉膛参与燃烧。烟气外循环可减少NOX产生，外循环对NOX控制影响较大。尽管NOX排放减少，但CO并未增加。串级燃烧+烟气再循环低氮燃烧使NOX低于30mg/m3采用水冷预混燃烧低氮燃烧器，燃烧头为燃烧炉排板，孔板设有燃烧孔。在安装燃烧头过程中，如果有耐火泥厚度不超过17厘米（如图1所示）。耐火泥的长度太长会影响检测角度。然后进行固定燃烧头，保证火检的位置在正上方。安装燃烧器时先把两侧的盖板拆下。气嘴先拆下推杆的连接杆，从气嘴中间穿过，固定气嘴，注意气嘴的密封垫。在连接推杆时，需要用插销锁住。先进行点火变压器电缆与电极连接，然后是点火火检连接和温度传感器连接，把隔热棉塞严实，在用耐火泥涂抹，隔热效果会更好。

 

图1 进入到炉膛检测长度

空气和气体在装置中混合，通过混风机进入分配器。空腔分布在孔板上，从孔口移出进行预混燃烧。燃烧面由小火焰组成。防火穿孔板夹层用作火焰淬火水，降低火焰温度和火焰蔓延速度。图2所示为烟气再循环示意图。对于调节循环风机控制烟气量，循环烟气进入混合器与预热后的空气进行混合，再送入炉内来降低氮氧化物NOx排放^[1]。

 

图2烟气再循环示意图

3当前存在的问题

氮氧化物排放严重，一旦环保标准更新，锅炉必须改用低氮燃烧。由于一些电厂锅炉尚未进行改造，燃烧煤粉含硫量较高，单位含硫量已达2%-3%；燃烧煤堆中的石块放，石块的热值小，后燃效果不好。煤在锅炉中燃烧时，产生氮氧化物的燃烧比硫化物复杂，混合物氮氧化物的浓度与硫化物不同。碳氮氧化物的产生量与燃烧方式、温度和空气有关。锅炉时可产生三种氮氧化物，主燃烧区和再混流区满足产生氮氧化物的条件。燃料煤中的含氮在燃烧过程中受热分解，氧化成氮氧化物，氮氧化物比例为60-80%，在锅炉的主燃烧区。快速氮氧化物在燃烧中，空气氮与燃料中的烃离子反应生成氮氧化物。形成于主燃烧区。空气中的氮在高温条件下被氧化成氮氧化物，氮氧化物达20%，发生在锅炉的主燃烧区^[2]。

4改造思路

将现有锅炉燃烧升级为低氮燃烧模式。新型锅炉燃烧器由中心管、火焰补偿环和通风调节机构等组成。将锅炉改用低氮燃烧方式，需要设计新型燃烧器，在使用中附在锅炉上，燃烧器由中心管、火焰补偿、风叶和风量调节机构等部件组成。中心管两侧通过火焰固定环和风道弯头连接。稳焰环的装有风旋风叶片，旋风叶片与中心管相连，风旋风叶片的另一侧一次风弯头部件。导向风叶和中心管没有连接，空间上没有直接接触。伸缩套置于风弯头与风旋转扇叶的中间，伸缩套与中心管有间隙，套筒外侧也与风弯头平行，扇叶随风旋转无直接接触。通风量调节位于伸缩罩附近，通风量调节功能可以调节二次通风的大小。内部二次风扇叶和外部风扇叶分别安装在调节机构上。二次风旋转扇叶由伸缩套连接，风旋风叶片安装有一次垫片腔，一次垫片与中心管无接触，外置风旋风叶片安装在一次垫片腔面上。储存在收缩套中的气体通过内部二次风旋转叶片进行二次混合，提高氧气浓度，使空气系数达到0、8%左右。在这种环境下，燃烧可以防止氮元素在燃烧中转化为氮氧化物，转化为低氮含量的混合烟气。风扇叶片随空气混合后，不断向气体中注入氧气，增加氧气浓度。通过稳焰环，可将混合气输送至燃烧器，在燃烧器出口形成富氧区，可减缓氮氧化物的生成。逐渐加大二次通风量，与混合气体进行混合，使所有燃料充分反应，降低反应速率，使火焰温度降低，进一步减少氮氧化物。可以对转换进行一些优化。第一连接腔水平定位，连接腔的内壁与燃烧器的中心管相连。燃烧器的中心在管道中垂直放置，以提高气体的均匀性，使气体流动均匀。也可以在燃烧器中心管下端的组件内安装主空气挡板，挡板的作用使混合气体更加顺畅。同时，改造后的燃烧器在现有锅炉的两侧，锅炉内燃区分布为主燃烧区、燃烧区。通过多区分布，实现锅炉低氮燃烧，达到环保排放的标准^[3]。

5更换后燃烧器的运行

低氮燃烧器改造后，火焰中心向上移动，蒸汽温度高负荷上升，再热器两侧的蒸汽温度偏差基本消除。锅炉效率略有提高，高负荷时NOx含量降低。主再热蒸汽温度偏差大大减小，高负荷运行的主蒸汽温度也得到了优化。但是低氮燃烧器在转换后运行中容易出现问题。可能出现的问题是氧气和温度水平低导致了燃烧运行效率降低，在不增加煤粉细度下增加粉煤灰燃料；燃烧区缺氧，CO2的增加引起炉壁附近物料中的腐蚀；点火稳定性降低，低负荷燃烧稳定性降低。煤种适应性差，高负荷烟气CO含量高，由于存在的燃烧不完全导致化学损失，尤其是低负荷时。煤种的变化CO相对较高，飞灰燃料有可能因煤种的变化而使燃烧效率降低。考虑锅炉的经济效益和运行安全，燃烧器运行低NOx时应考虑减少过量空气量在主燃烧区，保证燃烧稳定，确保在运行中不增加飞灰含碳量，不引起高温腐蚀。当空气量减少时，NOx的产生量会减少，但当过量空气量到一定程度时，飞灰碳含量和CO含量会增加。运行时全风量必须平衡和平衡NOx、飞灰含碳量和排热损失，锅炉的燃烧效果体现在锅炉效率上。在燃煤锅炉中，在缺氧条件下运行时，调节燃烧器的空煤比极为重要。各燃烧器空煤比不均容易造成炉膛内部的一些某些区域过量风量低，飞灰含碳量的增加，将导致锅炉运行效率的降低。通过减少空气量来减少NOx排放量，以降低燃烧效率，这会增加飞灰的碳含量。因此，需要通过较低的煤粉细度来进行运行过程中的抵消。锅炉在缺氧条件下运行温度不要太高，保持燃烧的稳定性和飞灰的含碳量。为保证锅炉的燃烧效率，对于磨煤机的旋转分离器不要调整，参数设定时应自动控制燃烧器的旋转角度，避免人为因素发生的降低。避免低负荷下金属过热，负荷增减和吹灰时过热蒸汽温度的变化。将烟灰吹入锅炉内，防止锅炉结焦。合理调整再热器吹灰时间，对于增加或减少负荷时要注意燃烧器角度的变化和调整^[4]。

6低氮燃烧运行优化

在燃烧过程中，氮氧化物会随着燃烧风量的变化而变化。通过调整运行工况，对配风方式进行对比，可以得出倒塔运行的氮氧化物相对较低。在一定程度上可以减少氮氧化物的污染，但在运行中氮氧化物和燃烧效率必须结合，严格控制二次风开度，各层外风开度控制在15%-20%。在运行优化过程中，需要结合具体情况优化调整方案，同时应根据情况的变化而不断做出优化。根据低氮燃烧过程中一氧化氮的形成，燃烧器角度和过量空气的控制在燃烧中起着重要作用。将火用过剩空气的旋转调整为上升，可减少两侧的温度偏差，提高旋转角度效率。在再生过程中，优化过量燃烧空气是保证锅炉常用部件的稳定性，并结合运行条件降低氮含量。为了减少炉内氧的增加，通过控制氧含量减少一氧化氮的产生。通常含有氧气量越少，一氧化氮量越低。但炉内含氧量低会导致燃烧中可燃灰分增加，碳含量偏高。将炉内氧含量控制在2.5%-3.5%，是保证燃烧效率的同时减少一氧化氮排放的有效途径。在相同参数和煤质下，燃烧器的功率越低，减少氮氧化物能力就越高。为了增加稳定性，燃烧器要尽可能集中，提高燃烧性能，达到稳定燃烧的目的。低氮燃烧器改造后，有利于提高炉膛温度和煤粉点火的稳定性。加强混煤燃烧管理，制定煤质量标准，使用适合的燃料，以灰熔点作为考核指标，防止煤灰熔点降低锅炉结焦。应根据采购煤源和煤种确定，对于异常问题应及时分析并采取措施。加强煤质量管理，关注煤熔化温度指标，确保准确得出入炉煤质量结果。

结束语

本文分析了锅炉燃烧器低氮燃烧改造的必要性，并制定了相关的改造方案，确保技术应用贯穿改造整个阶段的实施方案。考虑到锅炉运行的效果，掌握影响锅炉运行的因素，监控锅炉的工作效率，低热转化降低对环境的破坏。燃烧器符合节能和环保发展的理念。可为后续应用提供基础保障，提高锅炉燃烧器运行的可靠性和稳定性，对技术的提升和锅炉转化有显著的变化，同时达到了预期的改造目标和要求。此外，对于锅炉低氮燃烧器在有降低脱硝设备和运行成本，也会带来炉膛CO浓度升高和炉渣含碳量高等影响。因此，还需要通过运行时工况分析寻求调整措施，使锅炉运行工况达到技术要求和环保标准。

参考文献：

[1]      秦宏波,薛恒荣,申婷婷,朱凯.燃气工业锅炉低氮改造冷凝水产生状况分析和对策研究[J].上海节能,2018(09):675-678.

[2]      郭宏梁.300MW火力发电机组锅炉低氮燃烧技术改造分析[D].华北电力大学,2018.

[3]      胡庆权,张华聪.锅炉燃烧器低氮改造后发生高温腐蚀的原因分析及防止措施[J].重庆电力高等专科学校学报,2017,22(05):32-34.

[4]      袁宏伟,余岳溪,李方勇.600MW四角切圆锅炉深度分级配风低NO_x燃烧系统的改造分析[J].发电设备,2017,31(03):196-199.