電廠煤粉鍋爐的低氮燃燒如何優(yōu)化

　　燃煤污染已成為中國最大的大氣污染源。燃煤電廠的氮氧化物排放問題更為突出。通過燃燒調(diào)節(jié)和煙氣脫氮減少氮氧化物排放已成為當(dāng)前電廠減排的主要技術(shù)手段，接下來小編簡單介紹一篇優(yōu)秀燃煤論文。

　　能源與環(huán)境是制約人類發(fā)展的重要問題。兼顧能源工業(yè)的發(fā)展和環(huán)境保護的需要，是中國這樣一個產(chǎn)煤大國可持續(xù)發(fā)展的重要課題。由于電廠長期燃燒高水分褐煤，以及煤種煤質(zhì)不穩(wěn)定等多重原因，導(dǎo)致鍋爐燃燒排放氮氧化物值一直很高，因此，控制氮氧化物的排放量是迫切需要完成的工作。這需要采用良好的爐內(nèi)低氮燃燒方式，抑制氮氧化物的生成。在鍋爐的尾部煙道加裝脫硝裝置，把粉煤燃燒形成的氮氧化物轉(zhuǎn)化成無害的氮氣和有用的氮肥。

　　1.國內(nèi)外氮氧化物的控制現(xiàn)狀

　　目前國內(nèi)外控制氮氧化物排放的主要技術(shù)可分為燃燒前、燃燒中和燃燒后脫硝。燃燒前脫硝難度大、成本高、處理程序較復(fù)雜，應(yīng)用較少，尚需開展更多研究。燃中脫硝是指抑制氮氧化物在燃燒過程中的生成量，主要包括空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、低過量空氣燃燒和低氮氧化物燃燒器。根據(jù)的生成機理減少氮氧化物生成量的方法主要有三種，即降低反應(yīng)區(qū)內(nèi)氧的濃度、縮短燃料在高溫區(qū)內(nèi)的停留時間、控制燃燒區(qū)溫度。燃燒后脫硝是指把燃燒生成的氮氧化物通過一定方法還原成為氮氣，分干法和濕法兩種，干法有選擇性催化還原、選擇性非催化還原、非選擇性催化還原、活性炭吸附法、分子篩、聯(lián)合脫硫脫硝方法及等離子體法等;濕法分別有采用水、酸、堿液吸收法、吸收還原法和氧化吸收法等。燃燒后脫硝由于技術(shù)成熟性、投資成本、脫硝效率及運行操作等原因在火電廠應(yīng)用較多的是SCR、SNCR技術(shù)，但數(shù)SCR技術(shù)。

　　2.氮氧化物形成機理與控制原理

　　2.1煤燃燒過程中的氮氧化物形成機理

　　一般的燃煤鍋爐燃燒溫度下，煤燃燒生成的氮氧化物中，一氧化氮占90%以上，氧化氮占5%～10%，而一氧化二氮只占1% 左右。因此控制氮氧化物的產(chǎn)生，主要就是抑制一氧化氮和二氧化氮的生成。煤粉燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物三種類型。空氣中的氮氣被高溫氧化而生成的熱力型氮氧化物、燃料中的含氮化合物在燃燒過程中發(fā)生熱分解繼而進一步氧化生成的燃料型氮氧化物以及空氣中的氮與燃料中的碳氫離子團反應(yīng)而生成的速度型氮氧化物。煤粉在燃燒的過程中，氮氧化物的產(chǎn)生量與燃燒方式及燃燒條件的關(guān)系最為密切。煤種品質(zhì)，如燃料煤中氮的質(zhì)量分數(shù)和煤粉中的揮發(fā)分等;爐內(nèi)燃燒溫度;過�？諝庖蜃�α;煤粉以及燃燒產(chǎn)物在爐內(nèi)高溫燃燒區(qū)的停留時間;煙氣中氧氣、氮氣、烴類、氮氫化合物及一氧化碳的體積分數(shù)。根據(jù)燃燒試驗數(shù)據(jù)分析，燃燒溫度以及燃燒中的氧氣的供應(yīng)量對氮氧化物的生成起主要的作用，即在劇烈的燃燒氧化反應(yīng)下，燃燒溫度和過�？諝庖蜃邮且种频�氧化物成的主要因素。

　　2.2空氣分級燃燒技術(shù)

　　在煤粉鍋爐中，燃燒室的燃燒溫度不超過1400 ℃，從熱力型氮氧化物形成機制來看，該條件下熱力型氮氧化物的生成量很少，抑制燃料型氮氧化物的生成才是控制氮氧化物的主要手段。燃燒過程分為三個階段，即燃料的預(yù)熱階段、著火階段和燃料氣化結(jié)束后固體剩余物的燃盡階段。在煤粉的著火階段，由于燃料發(fā)生劇烈氧化，燃燒溫度迅速提高，燃料因熱解而產(chǎn)生大量的揮發(fā)分，容易快速生成燃料型氮氧化物。此時若氧氣富余，根據(jù)氮氧化物形成機理，燃料中的氮將迅速轉(zhuǎn)化成一氧化氮; 若氧氣供應(yīng)不足，則氮氣的形成得到強化，從而抑制了一氧化氮的形成。爐內(nèi)空氣分級燃燒技術(shù)就是根據(jù)這一原理，通過改變送風(fēng)方式，控制鍋爐內(nèi)空氣的分布，使得過�？諝庖蜃�α小于1，煤粉在著火階段處于缺氧狀態(tài)，在燃燒器出口和燃燒中心區(qū)域形成還原性氣氛，從而降低氮氧化物的生成量，未燃盡的炭粒則在爐膛上部的燃盡區(qū)與燃盡風(fēng)混合并完全燃燒，其中燃盡風(fēng)由主燃空氣分流而來，并通過爐膛上部的燃盡風(fēng)噴口噴入燃盡區(qū)。

　　3.低氮燃燒技術(shù)改造技術(shù)方案的選擇

　　3.1燃燒器型式選擇

　　對于低氮燃燒改造方案，燃燒器型式的選擇是一項關(guān)鍵技術(shù)之一�？傮w來講，是被廣泛應(yīng)用的燃燒器型式，主要集中在水平濃淡燃燒器和垂直濃淡燃燒器這兩大類。水平濃淡燃燒器能實現(xiàn)水平方向的煤粉濃淡分離，具有射流偏向爐膛中心、徑向卷吸能力強、“風(fēng)包煤”效果明顯等特點;垂直濃淡燃燒器能實現(xiàn)垂直方向的煤粉濃淡分離，在燃燒組垂直方向布置上，可實現(xiàn)“濃濃-淡淡-濃濃”的布置方式，能夠形成燃燒區(qū)宏觀的濃淡分離效果。對于燃燒器型式的選擇，還要注意濃淡分離效果。以及合理的分離比例與相關(guān)參數(shù)，是確保低氮燃燒的關(guān)鍵所在。

　　3.2邊界風(fēng)的設(shè)置

　　由于電廠鍋爐大多屬于四角切圓燃燒方式，且燃燒煤種多有變化，應(yīng)考慮設(shè)置邊界風(fēng)，使得水冷壁區(qū)域的煤粉濃度得到有效降低，氧濃度提高到最大，有利于提高水冷壁的氧化性氣氛，防止火焰多度吹向水冷壁，弱化水冷壁結(jié)焦傾向。水平濃淡燃燒方式，能設(shè)計采用偏置周界風(fēng)，而對于垂直濃淡燃燒方式，常常設(shè)計采用附壁射流貼壁風(fēng)。二者在設(shè)置邊界風(fēng)的理念中，都充分考慮水冷壁結(jié)焦弱化的思想。邊界風(fēng)的設(shè)置涉及邊界風(fēng)噴口尺寸、邊界風(fēng)風(fēng)速與風(fēng)率等參數(shù)，同時還要考慮邊界風(fēng)與燃燒器噴口的匹配等問題。

　　3.3 OFA噴口選擇及SOFA風(fēng)設(shè)計

　　原有鍋爐燃燒系統(tǒng)中常常設(shè)OFA噴口，能否利舊使用，也是低氮燃燒技術(shù)改造過程中要重點考慮的一個問題。主燃燒器上層 OFA 噴口常常反切，以削弱爐膛氣流旋轉(zhuǎn)，減小爐膛出口煙溫偏差，效果較為明顯。如果原 OFA 噴口尺寸、以及風(fēng)速風(fēng)量設(shè)置與低氮燃燒技術(shù)改造方案有沖突的情況，也可將其封堵或改造利用。將較大比例的二次風(fēng)(SOFA)布置在燃燒器的上部，實現(xiàn)鍋爐燃燒的空氣分級燃燒技術(shù)，不僅能夠控制氮氧化物的生成，同時能夠保證爐膛燃盡區(qū)進一步完全燃燒從而降低飛灰可燃物的含量，維持鍋爐燃燒效率。SOFA 風(fēng)的存在，在于形成燃盡區(qū)。燃盡區(qū)的位置與大小是 SOFA 風(fēng)設(shè)計的關(guān)鍵，SOFA 噴口標(biāo)高、SOFA 噴口組數(shù)與層數(shù)、SOFA 風(fēng)風(fēng)速與風(fēng)量比例等參數(shù)應(yīng)該被設(shè)計者重點考慮。

　　4.結(jié)語

　　綜上所述，國內(nèi)電廠能源利用現(xiàn)狀和鍋爐煤粉燃燒產(chǎn)生的氮氧化物排放情況不容樂觀，電廠管理者應(yīng)該明確氮氧化物排放的危害和控制排放的重要性。對電廠鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造方案應(yīng)該再三斟酌，充分考慮方案選擇過程中需要考慮的眾多因素，從而確保電廠達到氮氧化物排放量最低的效果。 [科]

　　【參考文獻】

　　[1]胡蔭平.電站鍋爐手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.260～365.

　　[2]劉永江，高正平，韓義，等.燃煤機組低NO燃燒技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2011，29(5)：94～97.

　　[3]森康夫.燃燒污染與環(huán)境保護[M].蔡銳彬，盧振雄，譯.廣州：華南理工大學(xué)出版社，1989：221-228.

　　閱讀期刊：粉煤灰

　　《粉煤灰》創(chuàng)建于1989年，由國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管，中國城鄉(xiāng)建設(shè)粉煤灰利用技術(shù)開發(fā)中心承辦。是中國核心期刊遴選數(shù)據(jù)庫收錄期刊，中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計源期刊，中國期刊全文數(shù)據(jù)庫全文收錄期刊。