黄岛发电公司低氮燃烧调整
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【摘 要】本文介绍了黄岛电厂670MW机组四角切圆燃烧锅炉利用空气分级燃烧技术对锅炉进行的低氮燃烧调整情况，对低氮燃烧调整前后的NOx排放浓度进行了对比分析。从低氮燃烧调整后的试验结果看，分离燃尽风SOFA风量、紧凑燃尽风CCOFA风量、二次风箱/炉膛差压的变化对NOx排放影响比较大。结果表明，通过燃烧调整，可使锅炉NOx排放浓度明显下降。
【关键词】四角切圆燃烧；锅炉；低氮燃烧
前言
我国能源构成以煤炭为主，燃煤所产生的大气污染占污染物排放总量的比例较大。特别是燃煤烟气中的氮氧化物（NOx）的排放量高达67% ，是大气污染的主要污染物之一。因此，降低燃烧过程中的NOx排放是当前防止大气污染的一项重要内容。2010年初，环境保护部出台了《火电厂氮氧化物防治技术政策》，对控制氮氧化物的排放量要求逐渐严格，火力发电厂节能减排任务艰巨。所以运行中通过燃烧调节减少氮氧化物的排放既可以减少液氨的使用量又可以降低氮氧化物的排放量。
1 黄岛电厂三期锅炉结构及低氮原理
1.1 黄岛电厂三期锅炉结构
黄岛电厂三期锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构П型、露天布置燃煤锅炉。锅炉燃烧系统为中速磨冷一次风直吹式制粉系统，24只直流式燃烧器分6层布置于炉膛下部四角，煤粉和空气从四角送入，切圆燃烧。三期锅炉在燃用设计煤种B-MCR工况下Nox的排放浓度不超过400mg/Nm3（ O2=6%）。
喷燃器采用LNCFS低氮同轴燃烧系统。该喷燃器的OFA采用CCOFA和SOFA实现对燃烧区域过量空气系数的多级控制。主风箱上部设有2层紧凑燃尽风（CCOFA）；在主风箱上部布置有SOFA风箱，包括5层可水平摆动的分离燃尽风（SOFA）喷嘴，能有效调整SOFA和烟气的混合过程，降低飞灰含碳量和一氧化碳（CO）含量。
LNCFS具有良好的煤粉燃尽特性。 煤粉的早期着火提高了燃少效率。LNCFS通过在炉膛的不同高度布置CCOFA和SOFA，将炉膛分成三个相对独立的部分：初始燃烧区，NOX还原区和燃料燃尽区。在每个区域的过量空气系数由三个因素控制：总的OFA风量，CCOFA和SOFA风量的分配以及总的过量空气系数。这种空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系数，在有效降低NOx排放的同时能最大限度地提高燃烧效率。另外在每个主燃烧器最下部采用火下风（UFA）喷嘴设计，通入部分空气，以降低大渣含碳量。
1.2 低氮原理
电厂锅炉中的NOx包括NO和NO2 ，煤在燃烧过程中生成的氮氧化合物主要是NO（90%--95%），而NO2是由NO被O2在低温下氧化而生成的。一般将Nox根据其生成方式分为三种类型：热力型NOx；燃料型NOx；瞬发型NOx。
1.2.1热力型NOx生成原理
燃烧过程中空气里的N2在高温下氧化而形成的氮氧化物，它占总的氮氧化物排放量的20-50%。影响热力型NOx生成的主要因素是温度、氧浓度以及在高温区的停留时间。其中温度对热力NOx生成速率的影响最大，其生成速率与温度几乎成指数的关系。氧浓度增大和在高温区停留时间的延长，都会使热力NOx生成量增加。
1.2.2快速型NOx生成原理
碳氢化合物燃料燃烧时，在燃料过浓时，在反应区附近会瞬间快速生成NOx 。快速型NOx是燃料燃烧时产生的烃类等撞击空气中N2分子而生成CN、HCN等再被氧化成NOx。研究表明快速型NOx仅占氮氧化物排放量5%左右。
1.2.3燃料型NOx生成机理
燃料型NOx是由燃料本身固有氮化合物在燃烧时转化而成。燃料氮是燃煤过程中NOx的主要来源，燃料型NOx比热力型NOx更易于形成。研究表明，燃料氮形成的NOx要占锅炉NOx排放总量的75%～90%。
NOx生成的最大特点就是与煤的燃烧方式、燃烧工况有关系。NOx生成量强烈地依赖于燃烧的温度水平，此外与风煤比，传热和煤种以及煤、空气和燃烧产物的混合程度有关。正因为这样，可以通过改善燃烧方式，改变锅炉运行条件来降低NOx生成量。
2 通过燃烧调整对锅炉NOx排放的影响
大唐山东黄岛发电有限责任公司6号机组3个小时低氮燃烧调整数据列表
根据氮氧化物生成和抑制机理，燃烧器区域还原性气氛的强烈程度和范围对NOx的排放浓度高低起着关键的作用。因为SOFA风量占总风量的30%，开度越大，即增加了燃烬风的风量，又使燃烧器区域还原性越强，故而NOx排放浓度越低；CCOFA风量占总风量的10%，阀门开度越大，也可以使NOx排放浓度降低；燃烧器摆角上摆后，由于炉膛火焰中心的上移，使得锅炉NOx排放浓度上升；反之，锅炉NOx排放浓度下降。
3 结论
（1）炉膛采用低氧燃烧，可以降低炉内过剩空气量，进而使烟气中的过量氧减少，来抑制热性型NOx的生成。但要实现低氧燃烧，必须准确的控制各燃烧器与空气的均匀分配，防止炉内CO浓度的急剧增加，从而大大增加了化学未完全燃烧热损失，易造成炉壁内结交和腐蚀。
（2）通过此次低氮燃烧调整试验的结果来看，SOFA风风量的变化对NOx排放影响比较大，SOFA风风量增加后，NOx排放减少，但锅炉排烟温度与锅炉飞灰含碳量会略有上升，但上升幅度不是很大。然而在低负荷时，由于二次风箱/炉膛差压比较低，SOFA风的风量必须相应减少，使得SOFA风降低NOx排放的效果不明显，因此，在低负荷时，要尽量减小辅助风风门开度，以提高二次风箱/炉膛差压，降低NOx排放。
（3）在确保机组安全稳定下运行，通过正确的低氮燃烧调整，，确实可以使NOx的排放量降到300mg/ m3以下，远低于国家环保部或直接改成国家规定的标准。
参考文献：
[1]周新雅.大型燃煤电站锅炉低氮燃烧技术分析及应用策略[J].华东电力.
[2]大唐黄岛发电有限公司标准委员会的670MW机组主机、辅机运行规程.