低氧燃烧技术在电厂锅炉运行中的应用研究

宋亚强

【摘要】燃煤产生的N0x在造成环境污染的同时，对人体的健康也产生了极大的威胁。通过对N0x的来源分析可知，其主要来源于空气中的氮气以及燃煤中的有机氮化合物。目前，针对降低燃煤N0x的产生主要有两种技术，即低氧燃烧技术和烟气净化技术。由于烟气净化投入成本较高，因此，低氧燃烧技术成为普遍采取的技术。

【关键词】低氧量；燃烧；锅炉

一、引言

目前，在我国已经发展的环保行动中，脱硫技术已达到较高水平，PM2.5中硫酸盐的比例有了明显的下降，然而硝酸盐的比例上升很快，对氮氧化物的治理行动迫在眉睫。低氧燃烧正是通过降低烟气中的氧浓度，使氧化金属的可能性降低，尤其是减少氮的氧化物产生，减少氮氧化物排放。

二、低氧燃烧技术分析

1 低氧燃烧原理

低氧燃烧技术实际是在相对稳定的燃烧工况下，降低炉膛出口过剩空气系数，使送入炉内的氧量刚好能满足燃料的燃烧，将炉膛出口过剩空气系数控制在一个合理最优化值。当过剩空气系数超过其优化目标值时，会因排烟热损失的增加而降低锅炉效率；当低于其优化目标值时，又会因不完全燃烧热损失的增加而降低锅炉效率。

2 低氧燃烧特点

（1）减少钢坯氧化烧损

氧化铁皮的生成过程也就是钢与氧化性气体发生反应的过程。氧气与铁的反应在任何温度和氧含量下均是不可逆的，氧气与铁生成的氧化物在所有氧化剂中所占的比例最大，所以控制炉气中的氧含量能减少钢坯的氧化烧损。

（2）提高炉温均匀性

由于燃料在低氧气氛中燃烧，火焰体积成倍扩大，使得燃料燃烧的释热速率及释热强度有所延缓和减弱，火焰中不再存在传统燃烧的局部高温高氧区，火焰峰值温度降低，温度场的分布也相对均匀。

（3）减少氮氧化物排放

由于高温低氧燃烧火焰峰值温度及燃烧区含氧体积浓度降低，氮氧化物的生成大大减少。另外，由于低氧燃烧火焰体积成倍扩大，使得单位体积火焰释放的能量降低，而氧原子与氮气反应的活化能要远高于氧原子与燃气反应的活化能，氧原子与燃气反应更易进行，从而抑制了氧原子与氮气的反应，减少了氮氧化物的生成。

3、低氧燃烧对锅炉的要求

由于采用了低氧燃烧技术，会造成煤燃料的燃烧不充分，降低锅炉效率，甚至造成二次污染。所以为了更好利用燃料，提高利用率，对锅炉提出了更高的要求：

（1）锅炉设备及其辅助设备应有比较大的调节能力，能够快速适应各种温度下的快速调整，保证温度的稳定；

（2） 应尽量注意锅炉漏风，尤其减小炉膛漏风，一般来说在采用微正压燃烧的燃油炉、燃气炉才有可能实现；

（3） 要求有相应的测量和自动控制设备，能够及时准确的分析实时的燃烧状态，特别是能可靠地测量和控制燃料量与空气量，保证合理的比例，保证燃烧的正常进行；

（4） 根据煤质水平，科学合理的配风等运行因素，调整合适的进粉速度，以便能在较小的富裕氧的情况下达到最稳定和最經济的燃烧效果。

三、案例分析

某发电厂5号锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的1025t/h亚临界压力中间再热直流炉，配置直流式燃烧器，四角切圆燃烧，每组燃烧器分5层一次风和7层二次风喷嘴，一、二次风间隔布置。

在5号炉进行逐步降低氧量试验，随着氧量的降低、送风量的减少，逐步关小中、上部二次风门的开度，维持二次风箱与炉膛压差在600～800Pa，并将一次风温从240℃逐步提高至245℃，将一次风压从3700Pa降至3600Pa。5号炉300MW负荷时氧量调整试验结果见表1。

从表1可见，当氧量逐步下降后，锅炉效率逐步上升，NOx排放浓度明显下降，厂用电率逐步下降，飞灰含碳量呈下降趋势，但氧量由3.0%～3.3%降至2.7%～3. 0%时，NOx排放浓度有所下降，但飞灰可燃物明显上升，抵消了排烟热损失减少的作用，锅炉效率反而有所下降，而且水冷壁有结焦现象。因此，综合考虑锅炉安全、经济、环保的各方面要求后，确定5号炉300MW负荷时最佳氧量为3.0%～3.3%。

四、低氧燃烧的缺点与应对措施

对于低氧燃烧来说，面临的最大的问题就是燃料的燃烧不够充分。对于这个问题，我们提出了几点应对措施：首先，我们应严格控制进入煤炉的煤粉质量，保证煤粉的颗粒满足标准水平甚至更优；其次我们可以煤炉内的燃烧情况，实时的调整煤粉的气流速度，保证炉膛内的燃烧温度，使煤粉能够稳定燃烧；最后，根据炉膛内的燃烧情况，我们还可以灵活合理的改变给粉机的转速，燃烧不完全发生时，降低风速甚至停止送粉气流。

电厂锅炉的工作人员应该以身作则，认真观察锅炉的燃烧情况。在运行过程中，保证氧量在合理的范围内供应，保证煤粉的充分燃烧，加强对锅炉温度的稳定性控制。并且在不断的实践与运行中，发掘和总结出更合理的氧量与煤粉的比例。探索出维持温度稳定的手段，提高锅炉的利用率，降低电厂的运行成本，并且把控制污染作为长期坚持的主要目标。

五、结论

通过对比和实际运行结果，我们可以看出，低氧燃烧的确能在锅炉的燃烧过程中减少氮氧化物等污染物的排放。通过相应的措施，我们能够弥补低氧燃烧带来的燃烧不充分的问题。电厂锅炉的工作人员在保证低氧燃烧的正常进行下，应努力探索更高效的燃烧策略，从而不断提高电厂的整体效益，大力保护环境。

参考文献：

[1]李辉.浅析低氧燃烧技术在锅炉运行中的应用[J].电力科学与工程，2012，（5）：12-13.

[2]王朝.低氧燃烧技术在电站锅炉上的应用[J].电力设备，2011，（8）：：3-35.