分級燃燒降低鍋爐NO_X排放的初步探討

內蒙古電力技術分級燃燒降低鍋爐NOx排放的初步探討佐雙吉，邱廣明，閆志勇（內蒙古電力學院，內蒙古呼和浩特010080）通過烏拉山發電廠3號鍋爐分級燃燒改造，測定改造前后的鍋爐效率及煙氣中NOx排放量，分析分級燃燒對NOx排放的影響，得出改造后的脫硝效率為30%~50%，并保證了鍋爐的安全、經濟運行。研究探索適合我國國情的低NOx燃燒技術，以適應電力環保技術和可持續發展的要求。

　　鍋爐；分級燃燒；降低；Ox排放0刖目我國是以燃煤發電為主的國家，隨著經濟的發展，火電廠對大氣環境的污染已受到人們普遍關注。

　　高效和清潔將是未來火電技術發展的一個比較明顯的特征。根據發電技術規劃和我國資源分析，在21世紀，火力發電（特別是燃煤發電）仍將占主導地位，采用和發展潔凈煤發電技術與電力環保技術，是適應可持續發展戰略的必然要求和選擇。

　　在火電機組排放的眾多大氣污染物中，氮氧化物（NOx）因其對環境危害較大，是主要控制的污染物之一。工業發達國家自70年代起就對火電機組的NOx排放作了限制，并隨控制技術的發展標準日趨嚴格。當今世界上的低NOx燃燒技術及煙氣脫硝技術已比較成熟，鑒于我國經濟發展的現狀，在相當長的一段時期內，還不可能全面引進、推廣、采用，也就是說，經濟快速發展對電力的旺盛需求和燃煤造成的日趨嚴重的環境污染以及治理資金的短缺，在一段時間內將是困擾我國電力工業發展的主要問題。積極探索、研究、開發適應我國國情的高效穩燃型低NOx燃燒技術在今后一段時間內將是一項重要任務，特別是對現有300MW及以下容量國產機組的低NOx技術改造任務十分艱巨。

　　烏拉山發電廠3號鍋爐分級燃燒技術改造項目是內蒙古電力學院與德國斯圖加特大學合作的環保技術課題，于1997年至1998年在烏拉山發電廠實施，目的是通過對鍋爐燃燒系統的適當改造，優化燃燒方式，降低NOx排放量，實現清潔燃燒。

　　3號爐的運行現狀和NOx的排放情況烏拉山發電廠3號爐是由武漢鍋爐廠制造的WGZ―41000―12型高壓鍋爐。1987年投產運行，至今已有10a以上，主要運行參數基本上接近設計值，但是個別參數值偏差較大：過熱蒸汽溫度降低5°C左右，鍋爐送風溫度偏高約10°C，爐膛及煙道漏風系數比設計值偏高，鍋爐熱效率也偏低2%~5%.此外爐膛結焦和火嘴燒損也比較嚴重，火嘴平均壽命只有5~6個月。

　　3號爐燃煤以烏達煙煤為主，同時摻燒大量小窯煤，煤中含氮量約為1.01%左右，揮發分含量約為31. 77%，見表1，由于采取高溫，高氧量（爐膛出口過剩氧量7%）運行方式，煤中氮基本轉化為NOx.3號爐實測NOx排放濃度見表2.表1鍋爐實際燃煤含量表2分級燃燒前3號爐NOx的排放實測值3號爐的低NOx分級燃燒系統分級燃燒旨在通過改變送風方式，控制爐內空氣分布，實現有計劃的分區燃燒，即在燃燒中心造成適度的缺氧（0.74< 1.0），形成局部的還原氣氛，進而減少NOx的形成。3號爐分級燃燒技術改造主要有以下幾方面：2.1軸向分級燃燒沿著爐膛軸向（主氣流方向）實施分級燃燒，減少主二次風量，通過分級二次風噴口（燃燼風噴口）分流到爐膛上部的燃燼區，這樣既可降低主燃燒區的氧氣濃度，減少NOx的生成量，又可維持燃燼區的高氧量，減少機械不完全燃燒損失q4.燃燼風噴口距燃燒器最上層噴口距離H可用（1）式計算如下：艮P燃燼風噴口高度為20.08m.考慮到鍋爐22m處現存8個吹灰孔和4個觀火孔可以利用，確定將這12個孔改造為燃燼風噴口，分級二次風管路系統見（圖中單位為mm）。

　　2.2徑向分級燃燒在主燃燒區的橫斷面（即沿爐膛徑向）組織分級燃燒。將現有的2個中二次風噴口和1個上二次風噴口的面積減少15%在二次風速基本不變的前提下，總二次風量約減少15%；同時在中、上二次風噴口內設置導流板，與中心軸線夾角為22°（見），使部分二次風偏向爐墻，這樣有利于減輕結焦、腐蝕，延長火嘴壽命。

　　2.3三次風三次風是含有煤粉的乏氣，約占總風量的16%，保留三次風噴口，相當于在主氣流方向上實施燃料分級燃燒，可使在主燃燒區已生成的NOx被還原為N2，有利于降低NOx的排放量。

　　2.4運行方式的調整調整主燃燒區的過量空氣系數a介于0.74　　3改造前后的綜合試驗3.1試驗條件求試驗前，在規定負荷下穩定運行1試驗期間，鍋爐蒸汽及過剩空氣系數等運行參數保持在規定值（常規）范圍內，并應盡可能地維持穩定，其允許波動范圍為：3.2測試結果改造前后鍋爐熱效率的變化見表3.改進前后煙氣中NOx排放量的變化見表4.通過運行方式的調整試驗，在保證鍋爐高效、經濟運行的前提下90.85%），把煙氣中NOx的濃度降低到485.5mg/m3（7%2），脫硝效率達到50.60%（70MW）和綜上所述，可以發現3號爐的分級燃技術改造達到了降低NOx排放的目的。不足之處是按常規的運行條件，煙氣中NOx的濃度仍比較大，脫硝效率只有13%~25%.這主要是由于燃燼風份額太小（約3.86%），主燃燒區過量空氣系數未能降低到理想范圍，故NOx的形成未能得到有效的抑制。同時，由于采用了徑向分級燃燒，使結焦、高溫腐蝕有所減輕，延長了火嘴壽命。

　　表3改造前后鍋爐效率負荷/MW改造前7/%改造后T/%表4分級燃燒改造前后煙氣中NOx排放量負荷煙氣中NO，濃度/mS脫硝效率改造前改造后3.3存在的問題采用分級燃燒技術存在的問題主要有：由于初期的燃燒過程受到抑制，爐膛出口煙氣溫度T"/升高；機械不完全燃燒損失q4增加，尤其是當爐膛高度較小時更易出現；鍋爐水冷壁表面有可能出現高溫腐蝕（如果在水冷壁表面附近生成還原性介質的話）屏式過熱器或首先接觸煙氣的對流受熱面（因T"/升高）乃至爐膛水冷壁（因從氧化性介質轉變為還原性介質，灰溶點降低）可能出現結渣。

　　4結論鑒于我國的實際情況，控制火電機組的NOx排放應以調整燃燒技術措施為主，而分級燃燒投資省，降低NOx排放比較顯著，是適合我國國情的一種低NOx燃燒技術。對于不同煤種，不同容量的鍋爐，存在著一個最佳的燃燼風量和燃燼風送入位置，在運行中嚴格控制和調整，將會使NOx的排放量大幅度下降，而效率不會降低或略微降低。

　　烏拉山發電廠3號爐改造后，通過1a多的運行，NOx排放濃度達到了現了預期的目標（00mg/m3），熱效率由改造前的87.45%提高到90. 38%（其中包括大修后效率的提高）。同時，由于燃燼風份額較小，并未出現高溫腐蝕和爐膛結焦等問題，火嘴平均壽命達到12個月，保證了鍋爐的安全、經濟運行。同時，烏拉山發電廠3號爐的技術改造為蒙西電網的環保技術提供一個較好的經驗，為將來推廣采用分級燃燒技術作了有益的嘗試。