关于火电锅炉风机节能及氮氧化物减排的研究

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摘要 火力发电厂为人类生活提供大量二次能源，同时也对一次能源进行极大地消耗。火电厂的节能减排要以降低厂用电和污染物排放为重点。火电锅炉风机耗电约占发电厂耗电总量的70%左右，研究风机节能具有重要的实际意义；火电厂在运营过程中排放大量氮氧化物，对空气造成危害，对污染物氮氧化物的控制是我国减排政策的主要目标。

关键词 火电锅炉风机；氮化物；节能减排

中图分类号TK22 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）84-0057-02

0 引言

风机作为从动的流体机械，以空气为介质，将输入的机械能转化为气体压力并排送气体。目前，与风机配套的电机占各类机械与电气设备的60%，消耗电能占全国发电量30%。火电锅炉风机是重要的电厂辅助设备，耗电量巨大，因此具有节能的极大潜力。因此，如何有效地提高风机功效，降低能耗成为目前研究的热点。氮氧化物（NOx）是电厂排放的主要污染物，其中绝大部分为NO，经氧化最终转化为NO2。NOx不仅对人体器官产生强烈刺激，而且是光化学烟雾和酸雨形成的主要原因。2007年我国火电NOx排放量为838.3万吨，近年来并未得到有效改善。因此，火电厂氮氧化物的减排迫在眉睫。

1 火电锅炉风机节能主要方法

火电锅炉风机包括一次风机、送风机和吸风机。风机在使用过程中存在大马拉小车的现象。锅炉风机的实际功率选择最大工况值，在工作过程中需要根据实际情况进行调节，实际运行效率仅40%左右。目前常用的调节方式为开关风门和阀门，在启动时产生启动冲击电流，调节速度缓慢，系统不稳定。而通过在锅炉风机上安装变频调速器等方法，可以有效减少能耗。

图1 火电锅炉燃烧系统风机作用

1.1 锅炉风机变频节能改造方式

电厂风机主要分为离心和轴流形式，均由叶片对流体做功提供能量。锅炉风机的流量调节包括：变速调节和非变速调节。变速调节包括液力耦合器、双速电动机、变频调速等，其中变频调速节效果显著、调速范围宽、调节精度高、对电网和电机无冲击等优点。

根据流体力学原理，风机类负载特性如下：

（式中Q1、H1、N1、n1为风机在工况1的风量、风压、功率、转速；Q2、H2、N2、n2为工况2时的参数，且n1>n2，其中K1、K2、K3为比例系数。）

风机中电机转速的表达公式是如下：

其中f：风机转速的频率，p：电机的级数（通常p取2、4、6、8...），n：风机的转速。风机在变频的情况下运行，通过变频器来改变风机电机的电压频率，从而对电机的转速进行有效的控制。当需要减少系统风量时，通过调节减少风机转速可以有效降低功率。

1.2 锅炉风机调节输出风量的方法

通过改变锅炉风机管网的特性曲线对锅炉风机的风量进行调节。通过改进，锅炉风机内部的压力发生变化，流量减少时压力上升，风机运行的转换效率降低的同时调节风量。通过改变锅炉风机叶片角度能够实现锅炉风机中的风量调节。这种方法的缺点是：叶片磨损严重，叶片角度的调节需要机器停止运行，部适用于锅炉风机的连续运转。通过改变锅炉风机转速从而实现风量的调节，随着风机转速的降低，风机流量、压力同时减少，达到节能的效果。

2 氮氧化物减排的主要方法

人们开始对氮氧化物的控制已经有20年的历史，我国目前仍处于初步阶段。2003年修订的《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2003）中列出了火电厂氮氧化物的排放标准。对氮氧化物进行控制常见有两类：锅炉上安装烟火脱硝装置；改进燃烧技术降低NOX排放量。

1）低NOX排放量燃烧技术：低NOX排放量燃烧技术从上世纪80年代开始引入我国，并将这种技术应用到锅炉制造上。国家推出一系列政策和标准推动了低NOX燃烧技术的发展。目前，低NOX燃烧技术在125-1000MW的燃煤发电锅炉上的应用已经达到300多台。并且研究改进，获得了众多自主知识产权专利，如清华大学的船型煤粉燃烧器和双通道低NOX燃烧技术等，这些技术已经在现实生产制造中得到广泛的应用；

2）烟气脱硝技术：烟气脱硝技术分为干法和湿式两种。干式氨接触还原法。在250℃～450℃下向烟气中通入一定量的氨，在特定介质的条件下使NOX分解为N2和H2O，脱销率可以达到90%左右。但这种技术存在介质价格高，周期短的缺点；

NOX+NH3+O2N2+H2O

3）干式氨无介质还原法：此法不需要介质，但反应温度高，一般达到1 000℃以上。优点有：经济、设备运行简单。缺点为：脱硝效果差，当系统中出现SO2时有堵塞热交换管和通道的危险；

4）综合还原法：这种方法是干式无介质法与干式介质还原法的综合。首先对烟气进行高温无介质脱硝，然后进行低温介质精脱。着种方法效果最为明显；

5）湿式脱硝：使用臭氧将锅炉排放的NO进行氧化，氧化后主要为NO2。然后将处理后的烟气排入特定的溶液，进行吸收后排出。或是直接使用有机金属盐直接进行净化处理；

6）烟气再循环技术：将燃烧产生的烟气循环至燃烧器，利用这种方法可以降低炉膛温度，降低NOX的生成率。并且烟气中的惰性气体抑制NOX的生成。烟气循环至初始燃烧区时减排效果明显，但存在热效率低、花费高等缺点。

3 结论

目前，国内火电锅炉风机节能及氮氧化物减排的研究与先进国家水平还有很大的差距。“他山之石，可以攻玉”为了快速提升节能减排能力，我们应该在借鉴国外先进水平的同时不断提升自身水平，完善适合中国实际情况的节能减排技术。

参考文献

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