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摘要：煤粉在燃烧过程中会排放氮氧化物（NOx）对生态环境和人体健康产生危害，火力发电厂燃煤锅炉通过低氮燃烧为主、脱硝为辅，对氮氧化物的排放量进行有效控制，减少环境、生态问题。但在低氮燃烧改造的同时因技术、调试、设备等问题，造成锅炉大渣含碳量、飞灰可燃物偏高、喷燃器结焦、锅炉效率降低等问题。
关键词：低氮燃烧;调整试验;数据分析;改进措施;脱硝
前言
某化工100万吨/年聚氯乙烯循环综合利用项目配套热电厂的锅炉是由华西能源工业股份有限公司于2009年制造的4×480T/H高温、高压、自然循环、∏型布置、单汽包室内布置、紧身封闭、四角切圆燃烧、固态排渣的电站锅炉、锅炉房高度约60000mm、炉膛为宽度10400mm、深度10400mm的正方形炉膛，在由膜式水冷壁形成的炉膛上部布置全辐射式大屏过热器，折焰角上方布置高温过热器，水平烟道布置低温过热器，过热器采用两次混合，一次左右交叉，两级喷水减温，锅炉炉膛、过热器采用全悬吊结构[1]，尾部布置省煤器和空气预热器，分别支撑在尾部构架上。与2014年2015年，分别对四台锅炉全部进行了低氮燃烧改造与SCR脱硝改造，改造后四台锅炉大渣含碳量、飞灰可燃物不同程度偏高，后期经过调整飞灰可燃物平均值为3.84%、大渣可燃物平均值在3.92%。但四台锅炉低氮燃烧出口氮氧化物值达到350mg/Nm?左右，远远高于设计值205±15mg/Nm?，造成喷氨量过大及氨逃逸增大，烟气中氨气含量过大，甚至可能造成爆炸，同时造成尾部烟道受热面腐蚀加剧。
一、 低氮燃烧技术
燃煤锅炉排放的NOx主要由NO、NO2及微量N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5-10%，N2O量只有1%左右。煤粉燃烧过程中理论上NOx的生成有三条途径即：热力型、燃料型与瞬态型。其中燃料型NOx产生于煤粉燃烧初期，所占NOx比例超过80-90%，是通过燃烧控制NOx减排的主要对象。炉内低NOx燃烧技术通过控制炉膛局部区域的燃烧温度与停留时间，生成中间产物HCN与NH3来抑制与还原已经生成的NOx。适用于切园与墙式燃烧锅炉的低氮燃烧技术主要有低NOx燃烧器、空气分级、燃料再燃及燃烧优化等。
（一）直流低NOx燃烧器
在燃烧器喷嘴上游，采用特定机构将煤粉浓缩分离，在煤粉喷嘴处形成局部的煤粉浓淡偏差燃烧，提高浓相煤粉的加热速率与挥发分（尤其是挥发分氮）的析出量，来控制燃烧初期的NOx生成。直流型浓淡低NOx燃烧器主要有：利用水平弯头离心力或强制转向机构的水平浓淡型（百叶窗）、利用垂直弯头离心力的WR型垂直浓淡型以及依靠惯性分离的PM型[1]。
（二）炉内空气分级
将部分助燃空气从燃烧器区域分离出来，通过燃烧器上方的喷口送入炉内，在炉膛高度方向形成空气分级燃烧，维持火焰下游足够长的還原停留时间，是配合燃烧器控制炉内NOx生成的重要措施。分级风装置主要有紧凑型、单级分离型及多级分离混合型等三种，与燃烧器配合，能够降低NOx排放约40-70%，适用于四角切园、旋流燃烧器、“W”火焰燃烧的所有锅炉。
空气分级程度决定燃烧器区域的还原气氛程度，而分级风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间，还原气氛程度越深，停留时间越长，越有利于控制NOx的生成。但深度空气分级会使水冷壁处于还原气氛，导致水冷壁腐蚀与结渣，且不利于煤粉燃烬，为此实施空气分级燃烧时，必须采取边界风或侧壁风等措施，保证水冷壁处于氧化气氛，并提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬。
二、 低氮燃烧后对锅炉的影响：
（一）对炉渣可燃物的影响
改造后的低氮燃烧器，虽然NO的产量得到了降低，但同时也造成了大渣含碳量、飞灰可燃物升高。低氮燃烧技术采用的是低温低氧条件燃烧，燃烧区温度下降越多煤粉着火受到的影响就越大，燃烧区的氧气量降低煤粉燃尽能力就下降，燃烧的过程也就被加长了，使得飞灰、大渣可燃物变多，同时会使锅炉的尾部磨损增加，从而减少锅炉的使用寿命。
（二）对主蒸汽温度的影响
低氮燃烧器在一次喷风口安装了浓淡组合，低氮燃烧器的改造又在氧气的数量上进行了控制，在燃烧过程中氧气需要满足燃烧条件产生热量，由于氧量受到了控制、热量的产生也就受到抑制从而影响着锅炉的运行，两种运行方式的存在影响着锅炉的稳定运行。
（三）对燃烧器的结焦影响
虽然喷燃器采用煤粉浓淡，但由于主燃烧区进行缺氧燃烧，在喷燃器口有明显结焦，喷燃器结焦后，致使火焰方向发生了移动。
（四）对锅炉运行效率的影响
根据氮氧化合物反应生成原理，主要影响氮氧化合物生成数量的因素，有燃烧火焰温度、氧浓度、燃烧时间，而降低氮氧化合物生成数量的有效途径是降低燃烧火焰温度和降低氧浓度。低氮燃烧器改造后燃烧器下移采用低氧燃烧，只靠最顶层的燃尽风燃烧，燃尽效果不明显影响效率，而降低火焰燃烧温度使得不完全燃烧程度增加，也影响锅炉运行效率。
三、 优化措施
（一）合理控制氧量，根据各台锅炉特性，分别制定氧量控制要求，使大渣、飞灰可燃物与氮氧化物达到一个合理平衡状态，氧量可制定为3.2%为最佳。
（二）优化制粉系统运行，实验证明不同的燃烧工况，燃烧生成的氮氧化物值也不同，根据试验介绍在日常运行过程中下三层制粉系统运行为最佳方式。
（三）优化二次风配风方式，各层二次风小风门开度不同，对炉内的燃烧工况影响不同。根据不同的配风方式，分别为均等、正塔、倒塔，缩腰，确定均等配风方式为最佳配风方式。
（四）燃尽风调整，燃尽风调整对锅炉燃烧工况的变化起到重要作用，确认燃尽风开度在70%为最佳。
综上所述，低氮燃烧改造后，可能会造成锅炉效率整体下降，但通过优化调整，在保证氮氧化物的正常排放时，尽可能地提高锅炉效率。
参考文献：
[1]《某热电公司4*125MW机组运行规程 锅炉分册》
作者：贺荣，男，1983年12月出生，目前从事热电锅炉运行维护工作
关键词：低氮燃烧;调整试验;数据分析;改进措施;脱硝
前言
某化工100万吨/年聚氯乙烯循环综合利用项目配套热电厂的锅炉是由华西能源工业股份有限公司于2009年制造的4×480T/H高温、高压、自然循环、∏型布置、单汽包室内布置、紧身封闭、四角切圆燃烧、固态排渣的电站锅炉、锅炉房高度约60000mm、炉膛为宽度10400mm、深度10400mm的正方形炉膛，在由膜式水冷壁形成的炉膛上部布置全辐射式大屏过热器，折焰角上方布置高温过热器，水平烟道布置低温过热器，过热器采用两次混合，一次左右交叉，两级喷水减温，锅炉炉膛、过热器采用全悬吊结构[1]，尾部布置省煤器和空气预热器，分别支撑在尾部构架上。与2014年2015年，分别对四台锅炉全部进行了低氮燃烧改造与SCR脱硝改造，改造后四台锅炉大渣含碳量、飞灰可燃物不同程度偏高，后期经过调整飞灰可燃物平均值为3.84%、大渣可燃物平均值在3.92%。但四台锅炉低氮燃烧出口氮氧化物值达到350mg/Nm?左右，远远高于设计值205±15mg/Nm?，造成喷氨量过大及氨逃逸增大，烟气中氨气含量过大，甚至可能造成爆炸，同时造成尾部烟道受热面腐蚀加剧。
一、 低氮燃烧技术
燃煤锅炉排放的NOx主要由NO、NO2及微量N2O组成，其中NO含量超过90%，NO2约占5-10%，N2O量只有1%左右。煤粉燃烧过程中理论上NOx的生成有三条途径即：热力型、燃料型与瞬态型。其中燃料型NOx产生于煤粉燃烧初期，所占NOx比例超过80-90%，是通过燃烧控制NOx减排的主要对象。炉内低NOx燃烧技术通过控制炉膛局部区域的燃烧温度与停留时间，生成中间产物HCN与NH3来抑制与还原已经生成的NOx。适用于切园与墙式燃烧锅炉的低氮燃烧技术主要有低NOx燃烧器、空气分级、燃料再燃及燃烧优化等。
（一）直流低NOx燃烧器
在燃烧器喷嘴上游，采用特定机构将煤粉浓缩分离，在煤粉喷嘴处形成局部的煤粉浓淡偏差燃烧，提高浓相煤粉的加热速率与挥发分（尤其是挥发分氮）的析出量，来控制燃烧初期的NOx生成。直流型浓淡低NOx燃烧器主要有：利用水平弯头离心力或强制转向机构的水平浓淡型（百叶窗）、利用垂直弯头离心力的WR型垂直浓淡型以及依靠惯性分离的PM型[1]。
（二）炉内空气分级
将部分助燃空气从燃烧器区域分离出来，通过燃烧器上方的喷口送入炉内，在炉膛高度方向形成空气分级燃烧，维持火焰下游足够长的還原停留时间，是配合燃烧器控制炉内NOx生成的重要措施。分级风装置主要有紧凑型、单级分离型及多级分离混合型等三种，与燃烧器配合，能够降低NOx排放约40-70%，适用于四角切园、旋流燃烧器、“W”火焰燃烧的所有锅炉。
空气分级程度决定燃烧器区域的还原气氛程度，而分级风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间，还原气氛程度越深，停留时间越长，越有利于控制NOx的生成。但深度空气分级会使水冷壁处于还原气氛，导致水冷壁腐蚀与结渣，且不利于煤粉燃烬，为此实施空气分级燃烧时，必须采取边界风或侧壁风等措施，保证水冷壁处于氧化气氛，并提高分级风的射流刚性与覆盖广度，强化分级风与烟气的混合，兼顾NOx控制与煤粉燃烬。
二、 低氮燃烧后对锅炉的影响：
（一）对炉渣可燃物的影响
改造后的低氮燃烧器，虽然NO的产量得到了降低，但同时也造成了大渣含碳量、飞灰可燃物升高。低氮燃烧技术采用的是低温低氧条件燃烧，燃烧区温度下降越多煤粉着火受到的影响就越大，燃烧区的氧气量降低煤粉燃尽能力就下降，燃烧的过程也就被加长了，使得飞灰、大渣可燃物变多，同时会使锅炉的尾部磨损增加，从而减少锅炉的使用寿命。
（二）对主蒸汽温度的影响
低氮燃烧器在一次喷风口安装了浓淡组合，低氮燃烧器的改造又在氧气的数量上进行了控制，在燃烧过程中氧气需要满足燃烧条件产生热量，由于氧量受到了控制、热量的产生也就受到抑制从而影响着锅炉的运行，两种运行方式的存在影响着锅炉的稳定运行。
（三）对燃烧器的结焦影响
虽然喷燃器采用煤粉浓淡，但由于主燃烧区进行缺氧燃烧，在喷燃器口有明显结焦，喷燃器结焦后，致使火焰方向发生了移动。
（四）对锅炉运行效率的影响
根据氮氧化合物反应生成原理，主要影响氮氧化合物生成数量的因素，有燃烧火焰温度、氧浓度、燃烧时间，而降低氮氧化合物生成数量的有效途径是降低燃烧火焰温度和降低氧浓度。低氮燃烧器改造后燃烧器下移采用低氧燃烧，只靠最顶层的燃尽风燃烧，燃尽效果不明显影响效率，而降低火焰燃烧温度使得不完全燃烧程度增加，也影响锅炉运行效率。
三、 优化措施
（一）合理控制氧量，根据各台锅炉特性，分别制定氧量控制要求，使大渣、飞灰可燃物与氮氧化物达到一个合理平衡状态，氧量可制定为3.2%为最佳。
（二）优化制粉系统运行，实验证明不同的燃烧工况，燃烧生成的氮氧化物值也不同，根据试验介绍在日常运行过程中下三层制粉系统运行为最佳方式。
（三）优化二次风配风方式，各层二次风小风门开度不同，对炉内的燃烧工况影响不同。根据不同的配风方式，分别为均等、正塔、倒塔，缩腰，确定均等配风方式为最佳配风方式。
（四）燃尽风调整，燃尽风调整对锅炉燃烧工况的变化起到重要作用，确认燃尽风开度在70%为最佳。
综上所述，低氮燃烧改造后，可能会造成锅炉效率整体下降，但通过优化调整，在保证氮氧化物的正常排放时，尽可能地提高锅炉效率。
参考文献：
[1]《某热电公司4*125MW机组运行规程 锅炉分册》
作者：贺荣，男，1983年12月出生，目前从事热电锅炉运行维护工作