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淺析鍋爐低氮燃燒器改造后存在的問題與對策
發布時間:2019-11-21 14:14:08    [返回]

近年來,我國環境污染嚴重,霧霾對人們生活和工作的方方面面都造成了一定程度的影響。在國家環保政策的嚴格要求下,電力企業非常重視節能減排工作,制定并實施合理有效的措施。將來很長一段時間,我國仍主要使用燃煤發電機組發電,但是很多發電企業的鍋爐都不能達到當前國家的環保要求。因此,煤炭發電企業必須按照國家要求的污染物排放限值進行鍋爐優化改造,積極采取一系列環保措施。鍋爐改造采取低氮燃燒技術,不僅可以大大地降低 NO 的排放量,還可以提高鍋爐工作的穩定性和安全性,同時節約成本。


1、NO 治理現狀


國內外已對NO 的危害、燃煤發電燃燒過程中NO 的生成機理和降低NO 技術進行了較為充分的研究,可分為三種:熱力型NO 、燃料型NO 和快速型NO ;其中,燃料型NO 約占80-90%,是各種低NO 技術控制的主要對象;其次是熱力型,主要是由于爐內局部高溫造成,快速型NO 生成量很少。NO 的控制方法可分為燃燒之前的處理、燃燒過程中的處理和燃燒后的處理。燃燒前脫氮是指把燃料轉化為低氮燃料,技術復雜,難度大,成本高,因此現在處于研究階段;燃燒中脫氮主要有:一是抑制燃燒中NO 的形成,二是還原已形成的NO ;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NO 方法,主要是燃燒中脫氮的低氮燃燒技術加燃燒后脫氮的煙氣脫硝技術;燃燒中脫氮是根據NO 的生成機理采取的低氮燃燒技術主要是:低氧燃燒、空氣分級燃燒、燃料分級燃燒、煙氣再循環等,該技術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,對于四角切圓燃燒鍋爐還可通過橫向雙區布置形成近壁區和中心區兩個區域,從而實現燃料與配風在爐膛內分區、分級、低溫、低氧燃燒,降低煤粉燃燒過程中NO 生成量。


2、低氮燃燒技術應用改造后存在問題及原因分析


從低氮燃燒技術在大量電站燃煤鍋爐應用實踐證明,這項技術對于減少NO 的產生量是非常有效的。但是,在實際工作中,由于鍋爐使用的煤種不同,而且鍋爐型號也不同,使得NO 的產生量也各不同,產生的問題也不盡相同。


2.1 增加灰和爐渣可燃物,導致爐效降低


改造低氮燃燒器后,NO 的產生量降低很多,但是在使用同一種煤種時,飛灰可燃物升幅也較大。主要原因是低氮燃燒技術使用的是低溫和低氧燃燒方式,主燃區的溫度就會下降較多,煤粉是否著火就被控制并且推遲,并降低著火區的氧量,使煤粉燃燼能力下降,燃燒的過程被加長,飛灰和爐渣可燃物變多。部分鍋爐改造時改變了燃燒器的一、二次風噴口和燃盡風噴口的面積發生變化,致使一次風和二次風的混合推遲,這不利于煤粉的氣流著火和燃燒。


2.2 蒸汽參數偏離設計值,過熱器減溫水量增加或再熱器超溫


鍋爐采用空氣分級低氮燃燒技術改造后,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,主燃區溫度降低,爐內溫度分布更加均勻,對于原來爐膛水冷壁的沾污結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計值。


低氮燃燒技術改造后,產生鍋爐過熱器減溫水量增大的問題較多,由于煤粉燃燒的過程變長,加上燃盡風的使用,使得爐膛出口的煙氣溫度變高,這時爐膛的溫度變低,爐膛水冷壁的輻射吸熱量就會降低,形成對流的受熱面的吸熱量就會增加,使得過熱器減溫水量增加。


2.3 鍋爐內部燃燒環境變壞,配煤、配風、穩燃性變低


因采用低溫、低氧燃燒,爐膛溫度下降,在低溫缺氧的環境下煤粉就會推遲著火,而且燃為灰燼的能力也會變弱,鍋爐內的燃燒環境和改造之前比變差。


在鍋爐改造前使用的配煤、配風方式很大程度上不適用,不僅會對鍋爐的各項指標產生影響,還會使鍋爐低負荷穩燃的能力變低。


2.4 鍋爐對煤的種類適應性變差


低氮燃燒器改造后,大力優化調整燃燒,在很大程度上可以很好地匹配NO 的排放水平和鍋爐的經濟性。但鍋爐燃用煤種發生變化后,就會打破一開始鍋爐的經濟指標和環保指標的平衡關系。若使用高熱值、高揮發的煤種時,NO 的排放濃度雖略有增加但較易調整控制;若使用的煤種是劣質的或者含的水分較多會稍許減少NO 的排放量,但是比較難控制。


3 鍋爐低氮燃燒器改造后存在問題的應對策略


現在燃煤電廠的鍋爐低氮燃燒器的改造還未全部完成,同時該技術的應用中出現的問題正逐漸暴露。針對已經出現的問題,提出以下解決策略:


3.1 改造前的充分評估


鍋爐的各項排放指標都很重要,尤其是NO 的排放濃度與煤種、鍋爐選型、燃燒器型式密切相關,對于在運鍋爐,爐型已確定,但由于近年來,燃煤電廠為了自身利益,鍋爐燃用的煤質大多進行摻混且劣于原設計煤種,因此,在使用低氮燃燒技術改造之前,首先應充分評估鍋爐現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NO 減排效果不明顯并產生新的問題的不乏其數,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、受熱面壁溫、結焦結渣、運行調整、熱工自動等方面的問題,提出科學合理改造預期目標,權衡鍋爐經濟指標和環保指標,逐漸解決現有問題,杜絕新問題出現。


3.2 優化調整,使用科學的燃燒方法


鍋爐低氮燃燒器經過改造后,燃燒器的型式已確定,但是在鍋爐不同的條件下,燃燒不同的煤種產生的 NO 的量也會不同,由此可見起主導作用的是鍋爐的運行方式。因此,為了降低 NO 的排放量,必須人們優化調整燃燒方法,并且在滿足環保排放要求的前提下要最大程度兼顧運行經濟性。


3.2.1 鍋爐內分層配煤混合燃燒


在保證排放氣體的濃度符合環保要求并且燃燒穩定的情況下,要使用最經濟的煤種,在爐內分層燃燒,既可保證鍋爐的穩定性也可以控制 NO 的產生。


3.2.2 優化熱工的自動控制


利用低氮技術改造后,鍋爐內的燃料燃燒時間變長,因此要優化調整熱工的控制系統和控制曲線。根據鍋爐在實際工作中出現的問題,應該優化所需的控制曲線及控制系統,改善其在有負荷時的響應能力。


3.2.3 持續燃燒優化調整


鍋爐低氮燃燒技術改造后,除與燃用煤種有關外,主要與鍋爐的運行方式有關,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化,根據鍋爐燃燒優化調整試驗,當煤質有較大變化后,一般需近兩個月的調整,才能摸索出環保排放指標和運行經濟指標均兼顧的規律,因此持續燃燒優化調整是必不可少。


4結束語


改造鍋爐低氮燃燒器的時間較短,問題暴露的還不完全,同時我們對問題的認識還不充分,對處理問題的經驗還不足,為緩解燃煤發電廠的環保壓力,降低NO 的減排技術沿需進一步研究和發展,減少發電廠的環保壓力,更為重要的是在新的減排技術和環保設施應用后產生的問題處理能力要進一步提升,為燃煤發電廠的可持續發展爭取更大的環保效益。


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