安阳电厂燃煤锅炉低氮燃烧器改造浅谈

北极星环保网讯:为降低脱硝改造及运行成本，安阳电厂#9、10锅炉燃烧器进行改造，改造后的燃烧器将降低燃煤在炉膛燃烧过程中NOx的生成量，本文重点介绍锅炉低氮燃烧器改造的方案，并结合安阳电厂#9、10锅炉改造后的实际运行情况及效果，浅谈燃煤机组锅炉低氮燃烧改造技术及对NOx的生成量的控制。

一、前言

我国煤电污染严重，预计到2015年和2020年，我国火电装机容量将分别达到10亿千瓦和12亿千瓦。据此测算，按照目前的排放控制水平，到2015年，火电排放的NOx，将达到1116万吨以上，到2020年，将达到1234万吨以上。由此可见，火电大气污染物的排放对生态环境的的影响将越来越严重。

最新标准（GB13223-2011）要求，现有火力发电锅炉及燃气轮机组从2014年7月1日，新建火力发电锅炉及燃气轮机组从2012年1月1日起执行NOx排放浓度100mg/Nm3的标准，机组烟气脱硝改造在降低烟气NOx含量的同时，高昂的脱硝运行费用又使发电企业不堪重负。为了减少SCR入口处NOx含量，降低脱硝改造及运行成本，低氮燃烧器改造势在必行。

二、低NOx燃烧技术简介

用改变燃烧条件来降低NOx排放的方法称为低NOx燃烧技术。在各种降低NOx排放的技术中，低NOx燃烧技术是采用最广、相对简单、最经济的方法。目前低NOx燃烧技术主要有如下几种：

3.2.1低过量空气系数

低过量空气系数是一种优化装置燃烧、降低NOx生成量的简单方法。随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。它不需对燃烧装置做结构改造，并有可能在降低NOx排放的同时，提高装置运行的经济性。对于燃煤锅炉而言，限制主要来自于过剩空气系数低时会造成受热面的粘污结渣和腐蚀、汽温特性的变化以及因飞灰可燃物增加而造成经济性下降，所以电站锅炉实际运行时的过剩空气系数不能做大幅度的调整。

3.2.2空气分级燃烧

空气分级燃烧的基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成。在第一阶段，将从主燃烧器供入炉膛的空气量减少到总燃烧空气量的70－75%（相当于理论空气量的80%），使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。

此时第一级燃烧区内过量空气系数α＜1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA（overfireair）――称为“燃烬风”喷口送入炉膛，与第一级燃烧区在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α＞1的条件下完成全部燃烧过程。

这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须合理组织空气分级燃烧过程。

3.2.3燃料分级

在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi、未完全燃烧产物CO、H2、C以及CnHm时，会发生NO的还原反应，反应式为：

4NO+CH4=2N2+CO2+2H2O

2NO+2CnHm+(2n+m/2-1)O2=N2+2nCO2+mH2O

2NO+2CO=N2+2CO2

2NO+2C=N2+2CO

2NO+2H2=N2+2H2O

利用这一原理，将80-85%的燃料送入第一级燃烧区，在α>1条件下，燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料，其余15-20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区，在α<1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOx在二级燃烧区内被还原成氮分子，二级燃烧区又称再燃区，送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。

3.2.4烟气再循环

目前使用较多低NOx燃烧技术的还有烟气再循环法，它是在锅炉的空气预热器前抽取一部分低温烟气直接送入炉内，或与一次风或二次风混合后送入炉内，这样不但可降低燃烧温度，而且也降低了氧气浓度，进而降低了NOx的排放浓度。

3.2.5低NOx燃烧器

煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备。从燃烧的角度看，燃烧器的性能对锅炉的可靠性和经济性起着主要作用。从NOx的生成机理看，占NOx绝大部分的燃料型NOx是在煤粉的着火阶段生成的，因此，通过特殊设计的燃烧器结构以及改变燃烧器的风煤比例，可降低着火区氧的浓度及着火区的温度，从而达到最大限度地抑制NOx生成的目的。

3.2.6低NOx燃烧系统

为更好地降低NOx的排放量和减少飞灰含碳量，将低NOx燃烧器和炉膛低NOx燃烧（空气分级、燃料分级和烟气再循环）等组合在一起，构成一个超低NOx燃烧系统。

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