火电厂锅炉低氮燃烧改造与运行优化调整探究

摘 要：随着环保要求的日益严格，火电厂锅炉低氮燃烧改造和运行优化调整成为控制氮氧化物（NOx）排放的重要措施。本文探讨了火电厂锅炉低氮燃烧技术的改造原理和应用效果，并结合实际运行中的优化调整策略，分析了不同工况下锅炉的燃烧效率和污染物排放特征。通过对燃烧方式、燃烧器布置及空气分级调节等方面的改进，显著降低了NOx排放量，提升了燃烧效率和锅炉的经济性，为火电厂的绿色低碳发展提供了技术参考。

关键词：火电厂锅炉；低氮燃烧；氮氧化物；运行优化；燃烧效率

引 言：

火电厂在我国电力供应中占据重要地位，但其在燃煤过程中会产生大量污染物，尤其是氮氧化物（NOx），这是造成大气污染和雾霾的主要原因之一。为了减少NOx的排放，国家逐步出台了严格的环保标准，要求火电厂采用低氮燃烧技术及相应的运行优化措施。低氮燃烧技术通过控制燃烧过程中的空气供应、温度和燃料燃尽程度，达到降低NOx生成的目的。同时，火电厂运行中通过对燃烧系统的优化调整，可以进一步提高燃烧效率，降低排放物。

一、火电厂锅炉低氮燃烧技术改造原理

1.1 氮氧化物生成机理

氮氧化物（NOx）在火电厂锅炉燃烧过程中主要通过燃料氮氧化物（Fuel NOx）和热力氮氧化物（Thermal NOx）两种途径生成。燃料氮氧化物是在燃煤中的氮元素通过高温燃烧转化为NOx，其生成量与燃料中的氮含量和燃烧条件密切相关。热力氮氧化物则是在燃烧过程中，空气中的氮在高温下与氧气反应生成的，这一过程与燃烧温度和氧气浓度密切相关。当燃烧温度超过1300℃时，热力氮氧化物生成迅速增加。因此，控制NOx生成的关键在于降低燃烧温度、减少空气中的氧气浓度以及优化燃烧工况。

1.2 低氮燃烧技术介绍

低氮燃烧技术是一种通过改变燃烧方式、燃烧器设计和空气分配的方式，控制NOx生成的有效手段。该技术包括分级燃烧、烟气再循环、低氮燃烧器等多种方法。分级燃烧通过分阶段供氧，在燃烧的不同阶段控制氧气含量和燃烧温度，以减少热力NOx的生成。烟气再循环是将部分燃烧后的烟气重新引入燃烧区，降低燃烧温度，从而减少NOx生成。低氮燃烧器通过优化燃烧器结构设计，控制火焰温度和形态，有效降低NOx生成。例如，华能山东电力公司某燃煤电厂采用了低氮燃烧器改造，使得氮氧化物排放量降低了30%以上，显著改善了当地的环境质量。

1.3 低氮燃烧技术的改造路径

低氮燃烧技术的改造路径通常根据锅炉的类型、燃料特性以及现有设备的状况来确定。改造过程包括燃烧器的更换或改进、分级燃烧的实施以及空气分配系统的调整。以大唐集团河北定州电厂为例，该厂在低氮燃烧改造过程中，采用了先进的分级燃烧技术，并结合了烟气再循环系统。通过对锅炉系统的优化设计和调整，使得该电厂在改造后氮氧化物的排放量从500mg/m³下降至150mg/m³以下，达到国家超低排放标准，同时也保证了锅炉的稳定运行和燃烧效率。

二、低氮燃烧改造后的运行优化调整

2.1 燃烧器布置优化

燃烧器的合理布置是影响燃烧效率和NOx生成的重要因素。在低氮燃烧改造过程中，燃烧器的优化布置尤为关键。一般而言，通过改变燃烧器的布置位置和角度，能够有效改善燃烧区域的空气和燃料混合效果，从而降低NOx的生成。国电南瑞集团对其位于江苏省的某燃煤电厂进行燃烧器优化改造时，通过调整燃烧器角度和分布，使得燃烧过程更加均匀，减少了局部高温区的出现，氮氧化物排放量降低了20%以上，燃烧效率也得到了显著提升。

2.2 空气分级调节技术

空气分级调节技术是低氮燃烧优化调整中的重要环节之一。通过分级供风，将空气分成多个阶段供入燃烧室，使得燃料在不同阶段有不同的氧气供给，以此控制燃烧温度和氧化还原环境，从而抑制NOx的生成。国电集团常州发电厂通过空气分级调节技术的应用，在改造后实现了燃烧过程中空气供应的灵活调整，降低了高温燃烧区的氧含量，氮氧化物的生成显著减少，排放浓度由改造前的380mg/m³降低至150mg/m³，符合国家环保要求。

2.3 不同工况下的燃烧优化控制

火电厂锅炉在不同工况下的燃烧表现差异较大，因此在低氮燃烧改造后，需要针对不同负荷、煤种和环境条件进行燃烧优化控制。通过对燃烧参数进行动态调整，能够确保在低负荷、煤质波动或外部环境变化时，锅炉仍能保持高效低排放的燃烧效果。华能集团上海石洞口第二发电厂在其低氮燃烧改造后，通过智能控制系统对不同工况下的燃烧参数进行自动调节，实现了燃烧过程的实时优化。在不同工况下，该厂的NOx排放量始终稳定在200mg/m³以下，同时燃烧效率提升了3%左右，有效提高了锅炉的经济性和环保效益。

三、低氮燃烧改造的效果与经济性分析

3.1 氮氧化物减排效果

低氮燃烧技术的应用极大地减少了火电厂锅炉在运行中的氮氧化物排放，尤其是在超低排放要求日益严格的背景下，许多电厂已经通过这一技术实现了NOx的显著减排。以大唐国际北京高井热电厂为例，该厂经过低氮燃烧技术改造后，氮氧化物的排放量从原来的500mg/m³降至100mg/m³左右，成功达到了国家规定的超低排放标准。这种改造效果不仅显著降低了对环境的污染，同时也为电厂在各类环保评估中取得了良好成绩，助力企业在绿色发展方面取得进展。氮氧化物的大幅削减对于改善大气质量、减少酸雨和雾霾现象具有深远影响，推动了能源行业朝着更加环保和可持续的方向发展。

3.2 燃烧效率的提升

低氮燃烧技术的应用不仅在减排方面具有突出表现，还能有效提高锅炉的燃烧效率。通过优化燃烧器结构和引入空气分级调节技术，能够改善燃料与空气的混合状态，减少未完全燃烧现象的发生，进而提升燃料的利用效率。例如，中国华电集团在山东莱芜电厂的低氮燃烧改造中，优化了燃烧过程中的关键参数，使得锅炉的燃烧效率提高了约2.5%。这一提升不仅帮助电厂减少了燃料消耗，降低了运行成本，同时也减少了二氧化碳等温室气体和其他污染物的排放量。这种效率的提升对于火电厂节能减排的整体战略具有重要意义，既能够满足环保政策的要求，也能够增强电厂的经济竞争力。

四、结语

综上所述，火电厂锅炉的低氮燃烧改造与运行优化调整是实现节能减排的重要途径。通过应用低氮燃烧技术，不仅有效降低了NOx的排放量，符合了国家环保政策的要求，还提升了燃烧效率，降低了煤耗，实现了经济效益与环保效益的双赢。然而，低氮燃烧技术的应用需要结合具体锅炉的特点，进行针对性的优化调整。在未来，随着技术的进一步发展，低氮燃烧改造与运行优化的应用前景广阔，将为火电厂的清洁生产和绿色发展提供更加坚实的保障。

参考文献：

[1] 对冲燃烧锅炉低氮燃烧改造技术探析[J]. 简越;陈超.中国设备工程，2022（08）

[2] 工业锅炉低氮燃烧改造试点研究[J]. 王可巍.云南化工，2021（07）