浅析电厂低氮燃烧器改进优化探析

王登刚

摘要：在电厂的众多设备中，低氮燃烧器在工作的过程中能够产出大量的污染气体，其中产生最多的污染气体就是氮氧化物。因此对低氮燃烧器进行改进很有必要。目前，我国大部分电厂使用的低氮燃烧器在工作效率方面有待提高。本文分析了低氮燃烧器的改进对环境保护的重要性，然后阐述了对低氮燃烧器的改造方案。最后总结了改造后的低氮燃烧器在实践中的使用，以及对环境保护所做的贡献。

关键词：电厂;低氮燃烧器;改造方案;氮氧化合物

随着环境污染的愈发严重，国家对各污染源的整治力度加大。其中，作为主要污染源的电厂受到了国家的重点关照。在电厂的众多设备中，低氮燃烧器在工作的过程中能够产出大量的污染气体，其中产生最多的污染气体就是氮氧化物。因此对低氮燃烧器进行改进很有必要，能够提高低氮燃烧器的工作效率，节省电厂因治理排放污染物而花费的大量费用，对改善工厂的经济效益有着十分重要的作用[1]。

目前，我国大部分电厂使用的低氮燃烧器在工作效率方面有待提高，锅炉在工作的过程中，以挥发性较高的烟煤为主要燃料，多是一次再热的循环汽炉。每台锅炉都配备辅助系统设备，这些辅助系统设备的主要工作就是调节过热蒸汽温度，把它维持在一定的温度区间之内。

1 低氮燃烧器改进方案

1.1更换全新的燃烧器

在我国，很多电厂使用的低氮燃烧器都是美国FW公司生产的，例如利港电厂1、2号炉、章丘电厂的3号炉等。在对这些低氮燃烧器改进方案的研讨中，经过长时间的研究和激烈的讨论，FW公司定下了最终的改进方案。即：更换原来老旧、效率低、产生污染物多的老式燃烧器，用最新研制的第4代VS/SF型分割火焰低氮燃烧器来替换，对燃烧器的数量、安装位置不做任何改变，并在燃烧器上增加多只喷口，对风向控制系统进行改良以提高对风向流速的均匀控制;改变一次风管的形状，以便能够更好地进入燃烧器;最后在磨煤机的出口处加装均衡器，保证煤粉的均匀分部[2]。更新后的燃烧器在工作中产生的氮氧化物更少，燃料的燃烧效率更高，从而达到提升电厂经济效益的作用。更新后的低氮燃烧器需要在保留原来前、后、侧墙的边界排风系统，并且需要在前墙上新增加多只燃风喷口[3]。另外，为了保证燃料的充分均匀燃烧，可以安装上空气分布测量系统和电荷转换煤粉流量测量系统，这两个检测系统的安装可以进一步降低氮氧化物的产生量，以及再次提高锅炉效率。这种对燃烧器的改进方法利用的原理是：降低燃烧时氧气的含量并且控制和推迟燃料的燃烧。对控制燃料的燃烧采取的主要方法就是利用一次风和二次风来分割火焰，通过调整风向的变化来达到预期的效果。在对风向控制系统进行优化之后，对风向的控制更加简便，控制效果也有了明显的改善。

FW公司提成该改进措施是因为在对各电厂的调研中，它觉得燃烧器性能的落后是导致氮氧化物排量高的主要原因。所以对燃烧器进行更换能够解决主要问题。主要方法就是改变一次风分布，改进风速箱，改进喷燃器。FW公司改进的方案中利用的主要是燃烧的原理以及二次风控制的原理。在对燃烧机的改进中，FW公司经验丰富，能够解决很多困难的问题。通过这次的技术改造，燃烧器的工作效率平均提高了15%，工作中产生的氮氧化物等污染物减少了20%，是电厂的经济效益提升了6%左右。

1.2 优化燃烧器内部装置。

在保留燃烧器数量、规格不变的情况下，对燃烧器内部的装置进行优化是低氮燃烧器的另一个改进措施。该改进方案主要是以原来处于最下方的燃烧器为标准，将上方所有的燃烧器的位置下移，将其合成一个规格大的燃烧器，形成主要燃烧区;然后在该燃烧器的上方增加燃尽风的数量，以此加大燃烧器的功率;接着在二次风箱旁边加装燃尽风箱，加强对燃尽风的控制;最后，加设所有的辅助设备，并完成调试工作。

经过优化后，该燃烧器内部的结构有了些许变化。一次风门、二次风门的位置发生了变化，周界风门全部换新。每一次的一次风、二次风和周界风都需要进入DCS。燃烧器区域的火嘴摆动执行控制系统也作了调整，把原来的三组精简为一组。改造后的主机DCS系统可以发挥监督的作用，可以监视燃烧器四个角的摆动[4]。由于淡相在外，贴近水冷壁，浓相在内着火时，火焰温度相对较高，但是氧气比相对较少，故生成的氮氧化物的几率相对减少;虽然淡相在外，氧气比相对较大，但由于距火焰高温区域较远，温度相对较低，故氮氧化物的生成也不会很多。

2 低氮燃烧器改造后的实施

2.1改造后的优化调整

对燃烧器进行改造之后，还需要根据燃烧器在实际工作中的情况来进行一系列的优化。相关理论表明，氮氧化合物的生成量会受到多种因素的制约，主要包括：燃烧器区段氧浓度、燃烧器內部火焰的温度、燃烧产物在高温区停留时间以及燃料的特性等。据此，可以从降低火焰的温度和减低燃烧区域氧气的浓度两个方面来减少氮氧化合物的产量。以煤粉为主的燃料在缺氧的环境下不充分燃烧，会减少氮氧化合物的产生，但是由于煤粉的不充分燃烧，会导致产生大量的飞灰，由此致使锅炉效率的低下。所以氧气的浓度又不能太过于低，要维持在一个既能够减少氮氧化合物又能降低飞灰提高锅炉效率的浓度。这就需要对燃烧器进一步的优化，通过多次不同氧气浓度的实验来确定一个最佳的氧气浓度标准。

2.2改造方案的实施情况

FW公司的改造方案在现实中的运用证明了该方案的正确性。位于我国宁波的台塑电厂采用的便是FW公司的改造方案[4]。为重工生产提供动力的大型锅炉的燃烧器就是FW公司的分割火焰燃烧器，在对控风系统、助燃器、喷嘴等进行改造后。使该电厂氮氧化物的排量达到了410mg/Nm3以下，最低的排量可以降到300mg/Nm3以下，产生的飞尘中碳的含量在1.4%～1.5%之间。达到了国家要求的标准。

参考文献：

[1]王雷. 电厂锅炉低氮燃烧器改造项目综合评价研究[D].华北电力大学，2016.

[2]张俊锋. 章丘电厂低氮燃烧器改造性能分析[J]. 科技创新导报，2015，12（29）：146-147.

[3]贾宏禄. 国外几种锅炉低氮燃烧改造方案及业绩考察[J]. 江苏电机工程，2006（03）：81-84.

[4]袁力，张殿平，余伟权，宫吉星，筌口泰宏，堂本和宏，松本啓吾，竹内和広. 新型M-PM低氮燃烧器在700MW机组的改造效果[J]. 中国电力，2015，48（04）：61-65.

（作者单位：国电怀安热电限公司）