煤粉锅炉的低氮燃烧技术应用

煤粉锅炉的低氮燃烧技术应用

陈磊

陈磊(东南大学建筑设计研究院有限公司江苏南京210096)

关键词：低氮燃烧技术；煤粉锅炉；应用分析

随着经济的发展，我国的电力需求不断增长，电力行业氮氧化物的排放也在全国NOx排放总量中占有较大比重。控制火力发电厂氮氧化物的排放，对于控制氮氧化物的排放总量具有重要意义。本文主要研究NOx生成途径以及控制技术，探讨NOx改造思路与内容，为我国在煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用方面的进一步发展提供借鉴。

1燃烧过程NOx形成机理在实际的火电厂煤粉锅炉燃烧过程中，煤燃烧形成的氮氧化物主要包括一氧化氮、二氧化氮、一氧化二氮，其中一氧化氮可以占到90%以上，二氧化氮则占到5~10%左右，一氧化二氮所占比例较小大约为1%左右。因此，如果进行氮氧化物控制，其实质主要是控制二氧化氮以及一氧化氮的形成以及控制。总体来分，煤粉燃烧形成的氮氧化物主要是包括三大类型：速度型NOx，热力型NOx以及燃烧型NOx这三大类。其中，热力型NOx指的是氮气在火电厂煤粉锅炉燃烧过程中受到氧化而形成的；速度型NOx则是指的是燃料中碳氢离子团以及空气中氮相互的反映而形成的；燃烧型NOx则是指的是含氮化合物在火电厂煤粉锅炉中燃烧过程中发生热分解而形成的。从煤粉在火电厂煤粉锅炉中燃烧过程中来看，氮氧化物的产生与燃烧条件以及燃烧方式等因素有着密切的联系。总体来讲，影响氮氧化物产生与燃烧的基本因素包括以下几个方面：①煤种的品质，不同的煤炭种类以及煤炭品质对于氮氧化物的产生与燃烧程度是不同的，例如燃料煤中氮的质量分数以及煤粉中挥发程度等，都与氮氧化物的产生与燃烧密切相关。②炉内温度，炉内温度的不同也是氮氧化物的产生与燃烧的重要因素，要想降低氮氧化物产生数量，则需要科学合理控制炉内的温度。③煤粉以及燃烧产物停留时间。合理控制煤粉以及燃烧产物停留时间，可以有效的降低氮氧化物的产生效率。④各类氮氧化物体积分数。煤粉在煤粉锅炉燃烧过程中所产生的烟气中包括氮气、氧气、氢类、氮氢化合物、一氧化碳等，他们体积分数不同则氮氧化物的产生与燃烧条件也就不同。

2低氮燃烧控制技术应用2.1低氮燃烧控制技术改进在欧美其他工业发达国家，在进行氮氧化物控制方面的技术主要是分为以下三大类型：①对燃烧技术的改进，燃烧以及运行技术的改进主要包括着烟气再循环、预热温度降低以及空气系数降低、浓淡燃烧等。通过这些措施可以有效的改进低氮燃烧控制技术，降低氮氧化物的排放量，而且方法相对比较简单，不需要对燃烧系统进行大范围的改动，可以降低经济成本。但是这种措施也存在着一定的缺点，例如氮氧化物降低幅度相对较下，一般不会超过30%。②空气分级低氮氧化物燃烧器。

氮氧化物燃烧器改造，其主要目的是降低燃烧器的氧浓度，进而降低燃烧温度的高峰，这一措施在火电厂低氮燃烧控制中广泛运用。最为典型的氮氧化物燃烧器改造形式有偏转二次风、低氮氧化物燃烧系统以及Babcock墙式燃烧双调风燃烧器。这种低氮氧化物燃烧器改造技术，其氮氧化物降低幅度在40%左右，最大排放量可达600mg/m3。

③还原燃烧形成的氮氧化物。还原燃烧形成氮氧化物技术主要包括空气分级以及燃料分级氮氧化物形成技术、低氮氧化物燃烧器以及炉膛内再燃法，这样可以使得氮氧化物的排放量减低大约350mg/m3。以再燃烧技术为例，再燃烧技术是20世纪德国提出的IFNR技术，这种技术可以将氮氧化物的排放量降低至200mg/m3。同时，日本大型电站锅炉通过对于再燃烧技术的改进，可以做到将氮氧化物的排放量减低至50%以上。

2.2我国创新低氮燃烧控制技术我国火电厂在引进其他国家先进低氮燃烧控制技术的基础上进行创新，最终创造出适合本国国情的低氮燃烧控制技术。总体来讲，我国创新低氮燃烧控制技术主要包括三大创新技术：①空气分级燃烧技术。空气分级燃烧技术主要是利用对于氧量的控制，使得炉内燃烧中心保持一定的还原性气氛，通过控制氧量，进而达到抑制氮氧化物的目的，从而提高燃烧的经济性。国家“九五科技计划”提出的整体分级低氮氧化物燃烧技术，早已通过了技术鉴定，目前广泛的运用在火电厂低氮燃烧控制中。②新型燃烧器。新型燃烧器的创新以及运用，其重要功能是保持稳定燃烧，这样对于降低氮氧化物的生成有着极其重要的作用。目前常用的新型燃烧器主要包括多功能旋流燃烧器、多级浓缩直流煤粉燃烧器、圆形旋流燃烧器以及富集型煤粉直流燃烧器等。通过采用新型的燃烧器，可以有效地降低氮氧化物的形成速度以及产量。③其他氮氧化物降低技术。其他氮氧化物降低技术例如燃尽风系统的改造、制粉系统的改造等，都是创新型低氮燃烧控制技术。

燃尽风系统的改造，主燃烧器区域风量减少20%，进行低氧燃烧，形成富燃料区域、还原性氛围，将燃烧生成的NOx还原为氮气和水，减少氮氧化物的生成。

主燃烧器区域减少的20%风量通过燃尽风系统吹入炉膛，形成富氧燃烧区域，将主燃烧器区域未燃烧完全的煤粉燃烬，减少飞灰含碳量。制粉系统的改造，为了保证低氮燃烧系统下锅炉的燃烧效率，降低飞灰可燃物，可以对制粉系统的粗粉分离器进行了改造，将原径向式粗粉分离器改造为轴向式粗粉分离器，以提高煤粉细度和均匀性，保证燃烧效率。

3总结综上所述，根据国家有关部门要求，锅炉氮氧化物NOx排放量不得超过100mg/Nm3。在控制煤粉锅炉NOx生成方面，主要采取以下两项技术：①采用良好的炉内低氮燃烧方式，抑制NOx的生成；②在锅炉的尾部烟道加装脱硝装置，把粉煤燃烧形成的NOx转化成无害的氮气和有用的氮肥。尽管我国火电厂在煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用方面积累了一定的经验，但是在实际的煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用过程中，很多问题仍然存在。为此，深入研究煤粉锅炉上低氮燃烧技术应用策略，创新低氮燃烧技术，是目前以及以后火电厂煤粉锅炉上低氮燃烧技术创新应用的重要课题以及目标。

参考文献：［1］高商牛.低氮燃烧技术在煤粉锅炉上的应用［J］.石油化工技术与经济，2010（5）.［2］吴碧君，刘晓勤.燃烧过程NOx的控制技术与原理［J］.电力环境保护，2011（2）.［3］董利，李瑞扬.炉内空气分级低NOx燃烧技术［J］.电站系统工程，2012（6）.