當前,，我國霧霾防治形勢逼人,，盡管霧霾產(chǎn)生的成因尚未完全研究清晰,，但在社會輿論的壓力和國家日益嚴格的節(jié)能減排政策面前，電力行業(yè)節(jié)能減排的壓力不斷增大，而燃煤發(fā)電機組在相當長的一段時期內(nèi)仍然是我國發(fā)電行業(yè)中的主力，對于環(huán)保部*新頒布的《火電廠大氣污染物排放標準》（GB13223-2011），即從2014年7月1日起,，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐要達到標準規(guī)定的排放限值，燃煤發(fā)電企業(yè)紛紛進行環(huán)保設(shè)施的改造,，如鍋爐低氮燃燒器的改造,，改造后降低NOx的排放取得較好效果，但也給鍋爐安全,、穩(wěn)定和經(jīng)濟運行帶來了一定的影響,。

 

 

國內(nèi)外已對NOx的危害、燃煤發(fā)電燃燒過程中NOx的生成機理和降低NOx技術(shù)進行了較為充分的研究,，可分為三種[1]：熱力型NOx,、燃料型NOx和快速型NOx；其中,，燃料型NOx約占80-90%,，是各種低NOx技術(shù)控制的主要對象；其次是熱力型,，主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成,，快速型NOx生成量很少。NOx的控制方法可分為燃燒前處理,、燃燒中處理和燃燒后處理,。燃燒前脫氮主要是在燃燒前將燃料轉(zhuǎn)化為低氮燃料，技術(shù)復雜,，難度大,，成本高，目前僅限于研究階段,；燃燒中脫氮主要有：一是抑制燃燒中NOx的形成,，二是還原已形成的NOx；燃燒后脫氮主要是指煙氣脫硝：包括選擇性催化還原法,、選擇性非催化還原法等,。

 

目前被大家公認，并已在各燃煤機組鍋爐上廣為應用的降NOx方法,，主要是燃燒中脫氮的低氮燃燒技術(shù)加燃燒后脫氮的煙氣脫硝技術(shù),；燃燒中脫氮是根據(jù)NOx的生成機理采取的低氮燃燒技術(shù)主要是：低氧燃燒、空氣分級燃燒,、燃料分級燃燒、煙氣再循環(huán)等，該技術(shù)的主要機理就是將燃燒器通過縱向布置形成氧化還原,、主還原,、燃盡三區(qū)，對于四角切圓燃燒鍋爐還可通過橫向雙區(qū)布置形成近壁區(qū)和中心區(qū)兩個區(qū)域,，從而實現(xiàn)燃料與配風在爐膛內(nèi)分區(qū),、分級、低溫,、低氧燃燒,，降低煤粉燃燒過程中NOx生成量。從2011年至今,，該低氮燃燒技術(shù)在全國的燃煤鍋爐上大范圍應用,，通過改造和運行優(yōu)化，NOx減排量可達30%—70%,，對于四角切圓燃燒鍋爐NOx的排放濃度可由原來的400-600mg/m3降為200mg/m3以內(nèi),，對沖燃燒鍋爐NOx的排放濃度可由原來的500-700mg/m3降為370mg/m3以內(nèi)，“W”火焰燃燒鍋爐NOx的排放濃度[3]可由原來的1100-1300mg/m3降為800mg/m3以內(nèi),。目前,，局限于低氮燃燒技術(shù)研究和發(fā)展，且該技術(shù)很短時期內(nèi)在在運鍋爐上快速,、集中,、大量的應用后，其技術(shù)尚未來得及進行消化吸收,、優(yōu)化改進等,，筆者針對產(chǎn)生的問題和應對措施進行探討。

 

 

從低氮燃燒技術(shù)在大量電站燃煤鍋爐應用實踐證明,，降NOx有效且明顯,，但鍋爐由于燃用煤種不同，其爐型也不同,，NOx的排放水平也不同,，低氮燃燒技術(shù)在不同爐型上應用后減排效果和產(chǎn)生的問題也不同；其中,，四角切圓燃燒鍋爐其本身的NOx的排放水平*低,，改造后NOx減排效果*好，產(chǎn)生的其它影響也*小,，對沖燃燒鍋爐次之,，“W”火焰燃燒鍋爐*差。具體產(chǎn)生的問題和原因分析如下：

 

3.1灰,、爐渣可燃物增加,，爐效下降

 

低氮燃燒器改造后，雖然NOx降幅很大，但即使在燃用同一煤種時,，飛灰可燃物升幅也較大,。主要是低氮燃燒技術(shù)采用低溫、低氧燃燒,，主燃區(qū)的溫度下降較多,，控制和推遲煤粉的著火,并降低著火區(qū)的氧量，使煤粉燃燼能力下降,，燃燒過程延長,，飛灰和爐渣可燃物增大。有的改造時,，改變了燃燒器一,、二次風噴口和燃盡風噴口的面積，造成二次風與一次風的混合延遲,，不利于煤粉氣流的著火和燃燒,。根據(jù)已改造鍋爐試驗數(shù)據(jù)表明，對于四角切圓燃燒鍋爐飛灰可燃物升幅為0.5—1個百分點,，對沖燃燒鍋爐飛灰可燃物升幅為1—1.5個百分點,，“W”火焰燃燒鍋爐飛灰可燃物升幅為2—4個百分點，影響鍋爐效率下降0.4—1.6個百分點,。

 

3.2蒸汽參數(shù)偏離設(shè)計值,，過、再熱減溫水量增加,，屏過或再熱器超溫

 

鍋爐采用空氣分級低氮燃燒技術(shù)改造后,，一方面，燃燒延遲,，火焰中心上移,，爐膛出口煙溫上升，鍋爐的過熱汽溫,、再熱汽溫上升,，對于原來存在過熱汽溫、再熱汽溫超設(shè)計值的問題則加劇,，過,、再熱減溫水量增加。而另一方面,，主燃區(qū)溫度降低,，爐內(nèi)溫度分布更加均勻，對于原來爐膛水冷壁的沾污結(jié)渣情況嚴重的則會改善,，水冷壁吸熱增加,，爐膛出口煙溫降低,，過熱器溫升、再熱器溫升下降,，對于原來存在過熱汽溫,、再熱汽溫低的問題則更達不到超設(shè)計值。

 

低氮燃燒技術(shù)改造后,，產(chǎn)生鍋爐過熱器減溫水量增大的問題較多，因為煤粉燃燒過程延長,，加之采用的燃盡風,，爐膛出口煙氣溫度升高；同時爐膛溫度下降,，爐膛水冷壁輻射吸熱量減少,，對流受熱面的吸熱份額增加，導致過熱器減溫水量增加,。

 

3.3爐內(nèi)燃燒工況變差,，配煤、配風,、穩(wěn)燃性能下降

 

因采用低溫,、低氧燃燒，爐膛溫度下降,，煤粉在低溫缺氧情況下著火推遲,同時燃燼能力下降,，爐內(nèi)燃燒工況較改造前變差，改造前原采用的配煤,、配風方式很大程度上不適用,，對鍋爐的蒸汽參數(shù)、飛灰爐渣,、排煙溫度,、熱工品質(zhì)等指標產(chǎn)生新的影響，同時鍋爐低負荷穩(wěn)燃能力下降,。

 

3.4熱工自動控制性能下降,，蒸汽參數(shù)波動大，機組AGC響應速率慢

 

低氮燃燒器改造后,，在同一煤種下同負荷下,，由于燃料在爐內(nèi)燃燒反應減緩，各級受熱面的煙溫分布和吸熱量發(fā)生變化,，具體表現(xiàn)有,，熱工自動控制遲緩和過調(diào)現(xiàn)象明顯增加，導致蒸汽參數(shù)波動大,；對于一些區(qū)域,，對機組AGC響應速率要求較高,，往往出現(xiàn)AGC響應速率遲緩，不能滿足電網(wǎng)的要求,。主要原因是熱工的控制系統(tǒng)定值,、控制曲線沒有進行相應的優(yōu)化調(diào)整，如：原靜態(tài),、動態(tài)負荷—煤量控制曲線,，制粉系統(tǒng)冷、熱風門解耦控制系統(tǒng),，減溫水自動控制系統(tǒng),；一次調(diào)頻鍋爐主控前饋系統(tǒng)。

 

3.5燃燒器上部水冷壁區(qū)域高溫腐蝕加劇,，過熱器產(chǎn)生結(jié)焦

 

鍋爐水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象在對沖燃燒和“W”火焰燃燒鍋爐上較為突出,，主要是燃燒器區(qū)水冷壁存在著較強的還原性氣氛如CO、H2S等,，燃燒區(qū)域氧含量在2%以下會產(chǎn)生大量CO,，由于低氮燃燒其中采用了低氧燃燒，勢必會使增加CO的產(chǎn)生,，加劇水冷壁區(qū)域高溫腐蝕,。

 

因增加了高位燃盡風，在總風量不變的情況下,，二次風量減小,，導致煤粉缺氧燃燒，一次風與二次風摻混時間都發(fā)生推遲,使得爐內(nèi)煤粉燃燒過程拉長,，爐膛火焰中心上移,相應爐膛出口煙溫升高,，未能燃燼的成分隨氣流上升到上部區(qū)域與燃盡風等強烈混合，在此區(qū)域開始劇烈燃燒,，造成此區(qū)域溫度高,，容易引起過熱器超溫、結(jié)焦和積灰,。

 

3.6鍋爐煤種適應性變差

 

低氮燃燒器改造后,，經(jīng)過燃燒優(yōu)化調(diào)整，在一定程度上能使NOx的排放水平和鍋爐經(jīng)濟性取得較好匹配,，但鍋爐燃用煤種發(fā)生變化后,，原先鍋爐經(jīng)濟指標和環(huán)保指標的平衡關(guān)系旋即被打破，如：高熱值,、高揮發(fā)分煤種時,，NOx的排放濃度雖略有增加但較易調(diào)整控制，也伴隨著出現(xiàn)燃燒器噴口易結(jié)焦,、過熱器易超溫,、過熱減溫水量增加等現(xiàn)象,；當燃用劣質(zhì)煤或水分偏大的煤種時,NOx的排放濃度雖略有降低但調(diào)整控制較困難，特別是上層燃燒器煤質(zhì)較差時,再熱器超溫情況明顯增加等,。

 

 

目前,，燃煤電廠鍋爐低氮燃燒技術(shù)尚未全部完成改造，同時該技術(shù)的應用中出現(xiàn)的問題正逐漸暴露,，根據(jù)已發(fā)現(xiàn)問題,，研究對策如下：

 

4.1改造前的充分評估

 

鍋爐的排放指標尤其是NOx的排放濃度與煤種、鍋爐選型,、燃燒器型式密切相關(guān),，對于在運鍋爐，爐型已確定,，但由于近年來，燃煤電廠為了增加營利能力和應對多變電煤的市場,，鍋爐燃用的煤質(zhì)大多進行摻混且劣于原設(shè)計煤種,，因此低氮燃燒技術(shù)改造前，首先應充分評估鍋爐現(xiàn)有主要燃用煤種和常用煤種,，在改造可行性論證中由于煤種選定不當造成改造后NOx減排效果不明顯并產(chǎn)生新的問題的不乏其數(shù),，其次是對在運鍋爐進行摸底試驗，充分評估鍋爐運行中存在的燃燒性能,、蒸汽參數(shù),、受熱面壁溫、結(jié)焦結(jié)渣,、運行調(diào)整,、熱工自動等方面的問題，提出科學合理改造預期目標,，權(quán)衡鍋爐經(jīng)濟指標和環(huán)保指標,，并通過改造有效改善現(xiàn)有存在的問題。

 

4.2科學的燃燒運行優(yōu)化調(diào)整

 

鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造后,，燃燒器的型式已確定,，但對于不同的煤種，燃燒條件的不同,、鍋爐負荷的不同,、燃燒溫度的變化、所需的空氣量不同,，NOx的生成量將會變化,，所以鍋爐運行方式將起主導作用，因此降低NOx排放量的主要措施是燃燒優(yōu)化調(diào)整,，并且在滿足環(huán)保排放要求的前提下要*大程度兼顧運行經(jīng)濟性,。具體措施如下：

 

4.2.1爐內(nèi)分層配煤混燒

 

結(jié)合鍋爐的配煤摻燒,，在兼顧排放濃度、穩(wěn)燃等方面條件下*大程度消化經(jīng)濟煤種,，建議煙煤宜在配置下層燃燒器保鍋爐穩(wěn)燃,；褐煤揮發(fā)分高宜配置在中間層燃燒器低氧燃燒可控制NOx的產(chǎn)生；貧煤宜配置在上層燃燒器有利于著火和二次分級燃燒,。同時各磨煤機應根據(jù)不同煤種確定其合理的經(jīng)濟煤粉細度,。

 

4.2.2根據(jù)煤種、負荷配風

 

額定負荷工況下,，煙煤揮發(fā)分高在下層燃燒器主要用于穩(wěn)燃,，宜配中等風，如配以大風量則不利于控制NOx的產(chǎn)生和整個爐內(nèi)的低氧燃燒,；褐煤若配以大風量則NOx的生成量較大,，宜少配風；貧煤,、無煙煤揮發(fā)分低,，為確保燃燼宜多配風?？紤]穩(wěn)燃,、低氧、分級,，配風方式宜采用縮腰倒寶塔型,，即：下層風門開度30-50%，中間風門開度不宜小于10%,，上層風門開度50-70%,，不建議SOFA風門開度長期在100%。當負荷降低時,，在保證穩(wěn)燃的基礎(chǔ)上經(jīng)濟煤種摻配比例可增大,，對控制NOx的產(chǎn)生有利。

 

4.2.3優(yōu)化控制鍋爐運行氧量

 

燃料在鍋爐燃燒中氧量的大小的控制,，不僅影響鍋爐運行的經(jīng)濟性,，更為重要的是對NOx產(chǎn)生的控制起著決定性作用；鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造后,，更應對低氧燃燒有明確

 

的認識,，額定負荷工況下，燃用貧煤,、無煙煤爐膛氧量宜控制在3.5-4%,，燃用煙煤爐膛氧量宜控制在2.5-3%，燃用褐煤爐膛氧量宜控制在2%,，低負荷運行時爐膛氧量宜在基礎(chǔ)上增加1%,。

 

4.2.4優(yōu)化熱工自動控制

 

鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造后,，燃料在爐內(nèi)燃燒過程相對延緩和延長，熱工的控制系統(tǒng)定值,、控制曲線應做相應的優(yōu)化調(diào)整,。在改造后鍋爐實際運行情況中發(fā)現(xiàn)，在機組增加負荷時,，風量調(diào)節(jié)明顯滯后于煤量的變化,，汽溫快速升高；減負荷時,，煤量調(diào)節(jié)明顯滯后于風量的變化,，汽溫快速下降；存在主汽壓力和主再熱汽溫大幅波動的現(xiàn)象,，氧量自動的投入明顯不協(xié)調(diào),。因此，應優(yōu)化原靜態(tài),、動態(tài)負荷—煤量控制曲線,，優(yōu)化制粉系統(tǒng)冷、熱風門解耦控制,，優(yōu)化減溫水自動控制系統(tǒng)，增加一次調(diào)頻鍋爐主控前饋,，優(yōu)化負荷響應能力,。

 

4.2.5水冷壁噴涂防結(jié)焦、腐蝕材料

 

鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造后,，原先結(jié)焦嚴重的鍋爐,，因主燃區(qū)的溫度下降較多，爐內(nèi)溫度分布更加均勻,，水冷壁的沾污結(jié)渣情況會有很大改善,；另外通過配煤摻燒、優(yōu)化磨煤機組合方式也可有效改善水冷壁的沾污結(jié)渣情況,；在爐底噴灑防結(jié)焦劑在一些鍋爐上應用也較好,。

 

對于對沖燃燒和“W”火焰燃燒鍋爐的高溫腐蝕，可將側(cè)墻部分水冷壁鰭片去掉,通入一定量的二次風,降低側(cè)墻水冷壁附近的氧化性氣氛,高溫腐蝕得到緩解,。目前,，在水冷壁上噴涂防腐蝕材料也可起到有效防腐作用。

 

4.2.6持續(xù)燃燒優(yōu)化調(diào)整

 

鍋爐低氮燃燒技術(shù)改造后,，除與燃用煤種有關(guān)外,，主要與鍋爐的運行方式有關(guān)，鍋爐運行氧量,、配風方式,、磨煤機運行組合方式等在煤種變化和負荷變化后都要進行摸索優(yōu)化,，根據(jù)鍋爐燃燒優(yōu)化調(diào)整試驗，當煤質(zhì)有較大變化后,，一般需近兩個月的調(diào)整,，才能摸索出環(huán)保排放指標和運行經(jīng)濟指標均兼顧的規(guī)律，因此持續(xù)燃燒優(yōu)化調(diào)整是必不可少,。

 

 

由于鍋爐低氮燃燒器改造投運時間不長,，問題暴露的還不完全，同時我們對問題的認識還不充分,，對處理問題的經(jīng)驗還不足,，為緩解燃煤發(fā)電廠的環(huán)保壓力，降NOx的減排技術(shù)沿需進一步研究和發(fā)展,，環(huán)保設(shè)施的水平需進一步提升,，更為重要的是在新的減排技術(shù)和環(huán)保設(shè)施應用后產(chǎn)生的問題處理能力要進一步提升，為燃煤發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展爭取更大的環(huán)保效益,。