燃煤锅炉低氮燃烧配风技术探讨

赵玉臻

中国石油兰州石化公司化肥厂动力车间 甘肃兰州 730060

关键词： 锅炉 NOx 分段燃烧 配风技术

一、装置简介

A/B锅炉装置采用东方锅炉厂设计的单锅筒高压自然循环锅炉，于1996年建成投用，采用单台中速磨煤机直吹式送粉系统，四角切向燃烧方式，平衡通风，固态排渣，悬吊结构，呈倒U型布置。单炉设计产汽能力145吨/小时，总能力为290吨/小时，产出的10.5MPa（G）、495℃的过热蒸汽，供蒸汽透平及生产工艺用汽。

锅炉烟气，主要含SO2、NOx、粉尘等。

二、联合脱硝改造说明及工艺原理

A/B锅炉于2014年5月进行了加装脱硝系统的改造，联合脱硝过程由低氮燃烧系统、选择性非催化还原（SNCR）系统和选择性催化还原（SCR）系统三部分组成。改造主要分为锅炉燃烧器改造、加装SOFA风喷箱和ROFA风喷箱、加装氨水喷枪、加装选择性催化剂（SCR）。

低氮燃烧系统是利用低氮燃烧器将燃料在相对温度不高、低氧的条件下，组织有效气流将燃料送入炉膛进行燃烧，生成NOx较低的烟气，经SOFA、ROFA系统进行分级配风燃烧， SOFA、ROFA风直接送入燃烧器上方进行分层燃烧，使主燃烧区在微缺氧的环境下燃烧，抑制NOx生成，减少飞灰可燃物。

SOFA（分离燃尽风）系统实现燃烧分级配风，将锅炉30%的二次风引出,其中的12%热风作为SOFA风直接送入燃烧器上方炉膛中实现分层燃烧，

ROFA（加压燃尽风）系统是将锅炉30%的二次风引出，其中18%热风经ROFA风机增压后，从不对称安放的喷嘴中以高速射流的形式分多点送入炉膛上部，使炉内烟气的混合和旋转更加剧烈，随着烟气的旋转上升，利用氨枪喷出的氨水在高温下与烟气中的NOx充分反应还原，烟气中的NOx在高温下NH3反应生成N2和H2O，反应后的NOx控制在小于280mg/Nm3。

选择性催化还原（SCR）是烟气经SNCR反应后残余的NOx随着烟气的流通进入格栅式SCR催化剂进行进一步反应，烟气自上向下流经反应器平行流经催化剂表面，以少量的氨作为反应添加剂，使反应器出口NOx控制在小于100 mg/Nm3。

三、NOx的生成途径

1、热力型NOx，指空气中的氮气在高温下氧化而生成。

2、燃料型NOx，指燃料中有机氮化合物在燃烧过程中进行热分解，进一步氧化而生成。

3、快速型NOx，指燃烧时空气中的氮和燃料中的CH离子团等生成CN、HCN，再被氧化生成的NOx。

在煤粉燃烧过程中，三种NOx的生成情况不相同，快速型NOx所占比例不到5%；在温度超过1600℃时，热力型NOx的比例一般占总量30%以下，通常煤粉锅炉的燃烧温度大部分在1500℃以下，故对常规燃煤锅炉而言，NOx主要是通过燃料型的生成途径而产生的。因此，控制和减少NOx在煤燃烧过程中的产生，主要是抑制燃料型NOx的生成，并创造还原条件，使一部分生成的NOx还原为N₂。

四、 分段燃烧有优点

通过特殊设计的燃烧器结构及改变通过燃烧器的风煤比例，尽可能降低着火区的温度和氧的浓度，最大限度地抑制NOx的生成，使燃烧器不仅能保证煤粉着火和燃烧的需要，而且能抑制NOx的生成。

分级燃烧系统是将70%二次风从主燃烧器送入炉膛，30%通过上部的燃尽风喷嘴送入。其中12%经SOFA送人；18%经ROFA风机增压后，以高速射流的形式送入炉膛。

二次风喷口设置了偏置风，偏置角25度，风量约总风量的5%，可以确保水冷壁周围始终处于富氧气氛，避免煤粉喷口投用时燃烧器区域结焦。

一次风采用百叶窗水平浓淡燃烧器，并设置有周界风，其中淡侧周界风为偏置结构。不但可以降低NOx，同时可以避免水冷壁结焦。

五、配风操作要领及注意事项

分段燃烧关键应根据锅炉负荷、燃料性质、氧含量、NOx控制等综合指标进行科学有效地调整，如果调整措施运用不当，不仅会增加锅炉不完全燃烧损失，飞灰含碳量升高，而且还会造成NOx控制难度增大，氨逃逸急剧升高，所以在运行时，应综合考虑。

1、合理分配低氮燃烧系统二次风量

低氮燃烧器既要满足煤粉中大量固定炭完全燃烧，又要形成还原条件，因此，燃烧所需应二次风量小于或接近理论空气量。一般控制空气过剩系数≤1，降低燃烧区氧浓度，抑制NOx的生成，同时降低燃烧区温度，还原生成的NOx。

2、合理分配SOFA风燃烧所需二次风

SOFA风是以辅助燃烧为主，一般控制空气过剩系数＜1，降低燃烧区氧浓度，形成还原条件，减少生成的NOx。

3、合理分配ROFA风燃烧所需二次风

ROFA风是加压风，高速度下烟气充分混合、搅动，使燃料完全燃烧为主，因此，燃烧所需应二次风量大于理论空气量，一般控制空气过剩系数＞1，在完全燃烧的同时抑制NOx的生成。

4、优化调整低氮燃烧器二次风配比

为了降低火焰中心温度，抑制NOx的生成，应适当减少中间二次风量，中心风挡板控制在20～25%；为了减少炉底残碳不完全燃烧损失，炉底托火风挡板开度控制在30～40%；为了减少炉膛飞灰残碳不完全燃烧损失，燃尽风挡板开度控制在10～15%。

5、如果运行过程中，主汽温度出现超温或不达标，应及时调整ROFA、SOFA风箱的开度。

6、为了满足燃烧需要，在保持氧含量前提下，尽量提高二次风压，保证煤粉完全燃烧，在保持一次风量前提下，尽量降低一次风压。

7、气体专烧时，为了降低氧含量，保证燃气所需二次风刚性，一般工况下，其它二次风风门及ROFA、SOFA挡板尽可能关小，以金属温度不超温为准，建议5~10%左右；

8、选择较低一次风量

锅炉燃煤燃烧器喷口设计成水平浓淡型，在保证火焰稳定的前提下，根据锅炉燃煤量，应尽量选择较低的一次风量，使浓相煤粉处于低氧浓度燃烧，局部形成还原性条件，从而使NOx生成量减少。

六、结束语

通过对低氮燃烧配风技术探讨，总结出在燃烧过程中，采取合理配风、优化燃料的方法，在低温、低氧条件下，能有效降低NOx含量，减少SNCR系统氨水加入量，降低氨逃逸，减缓锅炉尾部受热面腐蚀，实现了锅炉安全、环保、稳定运行。

参考文献：

1. 《锅炉原理》张力 主编 机械工业出版社

2. 《锅炉技术问答1100题》丁明舫 等编著 中国电力出版社

3. 《燃煤锅炉超低排放技术》张磊、陈媛 主编 化学工业出版社

4. 《燃煤机组锅炉低氮燃烧改造实践与应用》孙路石、于洁等编著 中国电力出版社

作者简介：赵玉臻,中国石油兰州石化公司化肥厂动力车间,作业工种：司炉工,技能等级：高级技师。