鍋爐改造采取低氮燃燒技術(shù),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(shí)節約成本。
1、NO 治理現狀
國內外已對NO 的危害、燃煤發(fā)電燃燒過(guò)程中NO 的生成機理和降低NO 技術(shù)進(jìn)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(shù)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(guò)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(shù)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(shù)加燃燒后脫氮的煙氣脫硝技術(shù);燃燒中脫氮是根據NO 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(guò)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(guò)橫向雙區布置形成近壁區和中心區兩個(gè)區域,從而實(shí)現燃料與配風(fēng)在爐膛內分區、分級、低溫、低氧燃燒,降低煤粉燃燒過(guò)程中NO 生成量。
2、低氮燃燒技術(shù)應用改造后存在問(wèn)題及原因分析
從低氮燃燒技術(shù)在大量電站燃煤鍋爐應用實(shí)踐證明,這項技術(shù)對于減少NO 的產(chǎn)生量是非常有效的。但是,在實(shí)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(chǎn)生量也各不同,產(chǎn)生的問(wèn)題也不盡相同。
2.1 增加灰和爐渣可燃物,導致?tīng)t效降低
改造低氮燃燒器后,NO 的產(chǎn)生量降低很多,但是在使用同一種煤種時(shí),飛灰可燃物升幅也較大。主要原因是低氮燃燒技術(shù)使用的是低溫和低氧燃燒方式,主燃區的溫度就會(huì )下降較多,煤粉是否著(zhù)火就被控制并且推遲,并降低著(zhù)火區的氧量,使煤粉燃燼能力下降,燃燒的過(guò)程被加長(cháng),飛灰和爐渣可燃物變多。部分鍋爐改造時(shí)改變了燃燒器的一、二次風(fēng)噴口和燃燼風(fēng)噴口的面積發(fā)生變化,致使一次風(fēng)和二次風(fēng)的混合推遲,這不利于煤粉的氣流著(zhù)火和燃燒。
2.2 蒸汽參數偏離設計值,過(guò)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(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(guò)熱汽溫、再熱汽溫上升,對于原來(lái)存在過(guò)熱汽溫、再熱汽溫超設計值的問(wèn)題則加劇,過(guò)、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(lái)爐膛水冷壁的沾污結渣情況嚴重的則會(huì )改善,水冷壁吸熱增加,爐膛出口煙溫降低,過(guò)熱器溫升、再熱器溫升下降,對于原來(lái)存在過(guò)熱汽溫、再熱汽溫低的問(wèn)題則更達不到超設計值。
低氮燃燒技術(shù)改造后,產(chǎn)生鍋爐過(guò)熱器減溫水量增大的問(wèn)題較多,由于煤粉燃燒的過(guò)程變長(cháng),加上燃盡風(fēng)的使用,使得爐膛出口的煙氣溫度變高,這時(shí)爐膛的溫度變低,爐膛水冷壁的輻射吸熱量就會(huì )降低,形成對流的受熱面的吸熱量就會(huì )增加,使得過(guò)熱器減溫水量增加。
2.3 鍋爐內部燃燒環(huán)境變壞,配煤、配風(fēng)、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(huán)境下煤粉就會(huì )推遲著(zhù)火,而且燃為灰燼的能力也會(huì )變弱,鍋爐內的燃燒環(huán)境和改造之前比變差。
在鍋爐改造前使用的配煤、配風(fēng)方式很大程度上不適用,不僅會(huì )對鍋爐的各項指標產(chǎn)生影響,還會(huì )使鍋爐低負荷穩燃的能力變低。
2.4 鍋爐對煤的種類(lèi)適應性變差
低氮燃燒器改造后,大力優(yōu)化調整燃燒,在很大程度上可以很好地匹配N(xiāo)O 的排放水平和鍋爐的經(jīng)濟性。但鍋爐燃用煤種發(fā)生變化后,就會(huì )打破一開(kāi)始鍋爐的經(jīng)濟指標和環(huán)保指標的平衡關(guān)系。若使用高熱值、高揮發(fā)的煤種時(shí),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(zhì)的或者含的水分較多會(huì )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(wèn)題的應對策略
現在燃煤電廠(chǎng)的鍋爐低氮燃燒器的改造還未全部完成,同時(shí)該技術(shù)的應用中出現的問(wèn)題正逐漸暴露。針對已經(jīng)出現的問(wèn)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(guān),對于在運鍋爐,爐型已確定,但由于近年來(lái),燃煤電廠(chǎng)為了自身利益,鍋爐燃用的煤質(zhì)大多進(jìn)行摻混且劣于原設計煤種,因此,在使用低氮燃燒技術(shù)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(chǎn)生新的問(wèn)題的不乏其數,其次是對在運鍋爐進(jìn)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(dòng)等方面的問(wèn)題,提出科學(xué)合理改造預期目標,權衡鍋爐經(jīng)濟指標和環(huán)保指標,逐漸解決現有問(wèn)題,杜絕新問(wèn)題出現
3.2 優(yōu)化調整,使用科學(xué)的燃燒方法
鍋爐低氮燃燒器經(jīng)過(guò)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(chǎn)生的 NO 的量也會(huì )不同,由此可見(jiàn)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(yōu)化調整燃燒方法,并且在滿(mǎn)足環(huán)保排放要求的前提下要最大程度兼顧運行經(jīng)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(huán)保要求并且燃燒穩定的情況下,要使用最經(jīng)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(chǎn)生。
3.2.2 優(yōu)化熱工的自動(dòng)控制
利用低氮技術(shù)改造后,鍋爐內的燃料燃燒時(shí)間變長(cháng),因此要優(yōu)化調整熱工的控制系統和控制曲線(xiàn)。根據鍋爐在實(shí)際工作中出現的問(wèn)題,應該優(yōu)化所需的控制曲線(xiàn)及控制系統,改善其在有負荷時(shí)的響應能力。
3.2.3 持續燃燒優(yōu)化調整
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(fēng)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(jìn)行摸索優(yōu)化,根據鍋爐燃燒優(yōu)化調整試驗,當煤質(zhì)有較大變化后,一般需近兩個(gè)月的調整,才能摸索出環(huán)保排放指標和運行經(jīng)濟指標均兼顧的規律,因此持續燃燒優(yōu)化調整是必不可少。