摘 要：为提高川维厂9#燃煤锅炉燃烧的稳定性及降低NOX排放量，对9#炉进行了低氮燃烧器改造。改造后，NOX浓度由改造前的645.1 mg/m3降低到改造后的463mg/m3，低负荷不投天然气能保证稳燃，达到了节能减排效果。

关键词：锅炉；低氮燃烧器；NOX

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.059

1 引言

随着经济的发展，环境问题已成为当今社会日益关注的问题，而电站燃煤锅炉是大气NOX污染的主要污染源之一。按照《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）的规定，2014年现有火力发电锅炉NOX排放浓度降到100 mg/m3以下。中国石化四川维尼厂（简称川维厂）锅炉车间9#炉是四川锅炉厂制造的中温、中压煤粉炉。锅炉露天布置、固态排渣、燃烧器为四角切圆布置形式，额定蒸发量为240t/h 。锅炉改造前，NOX的排放浓度平均在645.1 mg/m3，如果使用低热值煤，排放浓度还要较高。随着国家对燃煤锅炉氮氧化物排放控制越来越严格，降低NOX排放浓度刻不容缓。

2 NOX的生成途径

燃烧过程中，NOX的生成主要为三种：热力型NOX、燃料型NOX和快速性NOX。NOX的产生量和炉膛温度、氧含量等有关密切关系。

①热力型NOX：空气中的氮气在高温下氧化而成。

②燃料型NOX：燃料中含有氮氧化物在燃烧过程中分解后，接着又氧化而成。

③快速型NOX：燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团等反应而成。

通常来说，锅炉氮氧化物的生成的主要来源在于燃料型NOX，占总生成量的60%到80%。温度足够高时，热力型NOX的产生量占总产生量的20%，但在温度小于1500度时，基本上没有热力型NOX的产生。而快速型NOX产生量较少可忽略不计。

3 NOX控制技术

煤粉锅炉降低NOX排放控制技术一般采用改变燃烧条件的低NOX燃烧技术和烟气脱硝技术。改变锅炉燃烧条件的低NOX燃烧技术简单易行，投资和运行费用较低，尽管降低NOX的幅度有一定限制，但是联合脱硝技术的使用最终能达到国家规定的排放标准。结合川维厂自身实际，2014年4月使用哈尔滨工业大学立体分级低氮燃烧技术对9#炉进行了低氮燃烧器改造。锅炉设计参数见表1。

3.1 原燃烧器参数

锅炉原燃烧器为百叶窗式燃烧器，假想切原直径为Φ600mm，每角燃烧器共布置6层喷口，包括有2层一次风喷口，1层三次风喷口，3层二次风喷口（最下层布置有燃气装置），一次风装置两侧布置有周界风喷口。改造前燃烧器的主要设计参数（B-MCR工况）为一次风温147℃，一次风速28 m/s；二次风温330℃，二次风速42 m/s；三次风温60℃，三次风速50 m/s。原燃烧器结构型式欠妥，不利于抑制NOX 生成。炉内空气分级燃烧效果不明显，无法起到大幅降低NOX的目的，NOX排放浓度过高，额定工况下平均达到645.1 mg/m3。

3.2 立体式低氮燃烧技术

低氮燃烧器降低燃料型和热力型NOX形成是基于：

①在燃烧的前期阶段最大量地释放挥发份；

②造成一个最初的缺氧区域以抑制燃料氮转化成NOX和热力型NOX的生成；

③延迟燃料和空气的混合，降低火焰温度抑制热力型NOX的生成；

④后期延长富氧区的滞留时间（三次风）保证燃尽；

⑤良好的煤粉细度有助于燃料氮更早地逸出和燃尽；

在实际中，将水平空气分级燃烧技术、垂直空气分级燃烧技术与水平燃料分级技术结合起来，形成立体分级低氮燃烧技术。在炉膛烟气流动的主流方向上采取空气分级燃烧技术，增设若干层燃尽风喷口，使主燃烧区域形成缺氧燃烧状态，降低炉温及NOX的生成量。在水平方向上，采取水平方向上高效分离技术对燃料进行水平方向上的分级，使得火焰外部形成氧化性气氛，有效缓解了炉膛受热面的结渣和高温腐蚀问题，火焰内部为高煤粉浓度的还原性气氛，不仅降低了煤粉气流的着火点，还有利于保证燃烧稳定性，特别是在低负荷情况下燃烧的稳定，而且还原性气氛也有效抑制了燃料N向NO的转变。

4 低氮燃烧器的运用

根据川维厂的原常燃用煤质挥发份较高煤质特性与燃烧系统设计特点，充分考虑燃烧器的煤质适应性进行了改造。改造后的燃烧器主要设计参数为一次风温200℃，一次风速23.5 m/s；二次风温340℃，二次风速约45 m/s；燃尽风温340℃，燃尽风速约45 m/s；三次风温80℃，三次风速50～60 m/s。

4.1 一次风燃烧器改造

将一次风燃烧器改为高浓缩比水平浓淡燃烧器，改造后一次风风速由原来26m/s～30m/s适当减低至23m/s，适用于燃用低挥发分劣质煤种，改造后一次风率维持不变，保证原制粉系统的出力不变。在燃烧器浓一次风喷口内加装大尺寸水平波形钝体和在浓一次风向火侧出口壁面处加装多个大尺寸稳燃齿。钝体和稳燃齿起到卷吸高温烟气、强化扰动的作用，当煤粉气流流经钝体后形成炽热的高温烟气回流旋涡，在回流区边缘，由于速度梯度大，煤粉浓度及燃烧温度较高，具有极好的着火稳燃条件，大幅度提高一次风煤粉气流的出口火焰稳定性。

同时在一次风喷口周围加装适当大小的周界风。在一次风喷口的背火侧周界风喷口面积适当增加，形成较大出口动量的侧二次风喷口，形成偏置型周界风喷口。侧二次风的喷入有效避免水冷壁壁面形成还原性气氛，起到在燃用高挥发份煤质时，防止炉膛水冷壁结渣和高温腐蚀的作用。此外，在一次风喷口四周均设有周界风，运行时利用各自独立的风量控制挡板调整得到合适喷口周界冷却风量，以便在煤质较大幅度变化下，如变为挥发分高的烟煤时，在喷口四周投运冷却风保证充分风量冷却喷口，以防止回火和高温受热变形或烧坏喷口。

4.2 主燃烧器区二次风喷口改造

主燃烧器区二次风喷口面积根据主燃烧器区有组织二次风减少的程度进行相应缩小，保证出口的二次风风速达到较高风速（45 m/s）。保证最下层较大二次风喷口面积，使其具有较大出口二次风动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的掉渣量和大渣的含碳量。一二次风切圆布置没有改变，与原设计相同。

4.3 燃尽风改造

在主燃烧器上方布置一层共8只燃尽风喷口，整个燃尽风喷口在燃烧器区上部相同的水冷壁角部位置开出燃尽风安装口，燃尽风量占总空气量约为25 %～30 %，燃尽风喷口风速采用较高风速45 m/s，所有燃尽风喷口均可以垂直和水平方向摆动，上下摆动± 15°，水平方向上± 10°左右摆动，可根据锅炉运行状况进行喷口角度的适当调整，可有效调节炉膛出口烟温偏差，并保证过热器管壁不出现超温问题。各个燃尽风喷口的供风风道均由相对应的各角主二次风道引出分别向燃尽风喷口供风，保证供风阻力小，运行中燃尽风喷口风量均由各自独立的风门挡板及电动执行器进行自动控制。主燃烧器区二次风喷口面积根据主燃烧器区有组织二次风减少的情况进行相应缩小，炉内燃烧器喷口布置如图1。

5 改造效果

改造完成后，调试小组对9#炉低氮燃烧器在不同锅炉负荷进行了性能调试，主要是保持下层燃尽风全部关闭，分别改变上层燃尽风开度进行测量。每个工况保证稳定运行不低于两个小时，变燃尽风测试结果如下表2。

在进行低氮燃烧器改造后，通过对低氮燃烧器进行调试，由试验结果可以看出：随着燃尽风风门开度的增加，NOX排放量呈明显递减趋势。燃尽风开度为60%时，NOX值降低为463mg/Nm3，比改造前NOX排放值降低显著，脱硝效率达到28%。随着炉膛出口氧量的降低，NOX排放量呈递减趋势，入炉总风量减小时，主燃烧器区域的供氧量减少，增加了主燃烧器区还原性气氛，主燃烧器区形成富燃料燃烧，燃料型NOX的生成量随之减少，NOX排放量下降。

6 结论

本次#9锅炉燃烧器经过低氮改造后，燃烧稳定，煤粉燃烧器着火，脱硝入口的浓度平均在480㎎/Nm3，达到烟气脱硝设计进口小于550㎎/Nm3要求，经喷氨反应后，脱硝出口NOX排放浓度平均在80㎎/Nm3以下，达到国家环保标准低于100mg/Nm3的要求，低氮燃烧器技术的可行性和有效性得到充分体现。

参考文献：

[1]李明.浅析火电低氮燃烧器的改造与应用[J].科技风，2011（15）.

[2]顾卫荣，周明吉，马薇.燃煤烟气脱硝技术的研究进展[J].化工进展，2012（09）.