摘要：根据环保相关要求，我们对两台锅炉进行了技术改造，通过对低氮燃烧器的改造，锅炉排放烟气NOx的量明显减少。就脱硝改造后发生的影响锅炉燃烧效率、氨气消耗量偏大等问题进行分析，提出了加强燃烧调整、合理配风，提高燃烬风压和气流强度等改进措施，NOx在燃烧时得到了有效控制，抑制NOx生成，使得锅炉燃烧更加完全，脱硝效果更加明显。
关键词：脱硝改造；锅炉效率；燃烧调整；改进措施
烟气脱硝装置运行后，由于对低氮燃烧器运行中风粉配合掌握不好，导致对NOx生成的抑制效果不佳，氨反应器入口NOx含量相对较高，消耗大量的氨气；此外，因为技术等方面的原因导致设备改良没有达到理想的效果，致使主、再热汽体温度高于平常。此时要通过大量的减温水来降温，这就会增加飞灰里的含碳量，从经济性的角度来考量锅炉运行的效益降低了。以前火电厂的治理污染重点是脱硫和烟气除尘，现在有效减少排放氮氧化物成了治污重点。减少排放碳氧化物是国家环保的硬性要求，以前许多电厂都通过“炉内法”来减少排放碳氧化物；但是现在的环保要求更加严格，按照以前的做法已经无法满足环保要求，对烟气通过一定的技术手段进行脱硝处理是行业内的普遍做法。
1 工程概况
某公司使用多年的煤粉锅炉，单汽包和双炉膛等特点显示出原苏联产品的特征，其燃烧产生的NOx对大气的环境影响十分明显。为了改变这种现状，该公司通过技术攻关，决定采用目前国内通用的脱硝技术，并借助于SCR公司生产的脱硝产品，成功实现了减少NOx排放量的目标，并最终使氮氧化物的排放量达到环保要求。
2 SCR技术介绍
SCR的脱硝原理，核心在还原介质-氨的运用上。他们把氨喷在上游烟道，让烟道保持320-420℃的温度范围。之后通过催化剂的作用，与烟气充分混合均匀后进到反应器中。
选择性催化还原是一种应用广泛的深入处理烟气中的NOx的成熟技术，特别多的煤粉汽锅都能应用SCR技术。常见的烟气SCR法脱硝装置流程见图1，其特点如下：
（1）脱硝的效率能够达到95%，氮氧化物排放的浓度能够小于50mg/Nm3，是其它脱硝工艺都没有办法单独到达的；
（2）催化剂的独一无二的作用。在与烟气的反应过程中，它主动承受各种化学气体的摧残、飞灰的堵塞与冲刷消磨等成分的影响，其活性一直在减小，一般3～4年应增多或变换一层催化剂。使用完的催化剂，因为聚集了较多的重金属元素，我们应该对其进行危废处理；
（3）在脱硝过程中，气锅的烟道会增加来自于装置的阻力，解决这个问题的办法只有加大引风机压头；
（4）选择性催化还原系统会加大空预器进口烟气中SO3浓度，没有反应的氨会逃逸。在逃逸过程中，空预器会发生反应并产生堵住冷端的硫酸氢氨，所以要确保空预器运转正常，必须时时防止堵塞；
（5）因为受到汽锅机组的烟气性能参数、飞灰及空间布置等的影响，按照反应装置布置的方位，选择性催化还原方式分成高灰型（省煤器与空预器之间）、低灰型（高温电除尘器与空预器之间）及尾部型（低温电除尘器或湿法脱硫岛之后）3种等三种：高灰型选择性催化还原被普遍采用，但反应所处的条件很差，催化剂易失活，但处于烟气反应的最佳温度（320～420℃），所以经济性很高；低灰型选择性催化与尾型选择性催化的选用，重点是改善反应的烟气，因受布置的限定，需将烟气加到大于 300℃；
（6）反应装置内烟气在烟道向下流动的速度约 4～4.5m/s，催化剂在里边烟气的流动速率约 5～7m/s。300MW、600MW 及 1000MW 机组对应的每台 SCR 反应器截面积分别约 80～90m2、150～180m2、230～250m2；
图1高灰型选择性催化还原脱硝装置
如今在国内约有 600 多台锅炉机组装有 SCR 脱硝装置，这些锅炉机组都是采用高灰型选择性催化还原布置方法，脱硝的效率大约为62～92%。跟新建成的锅炉机组比较，原来的机组脱硝时，受到了布置空间、锅炉装置和钢架的加固等影响，对其进行改变有比较大的困难，图2 是典型改造案例之一。
图2 选择性催化还原改造
3 原因分析
一般说来，产生NOx的途径主要有两个：一是燃烧时产生，二是在挥发过程中生成。煤粉中都包含有或多或少的氮化合物，燃烧后的分子挥发过程中与氧反应，随即生成NOx。由于每次燃烧风的配合，燃烧风调节不合理造成了燃烧的不完全，产生了过多的NOx，这个过程导致了脱硝的氨气大量被消耗。
在使用锅炉的过程中，风量的大小、风速的快慢，都使得炉膛里的火苗点不在理想的位置上，因此造成煤粉燃烧的效果不理想。以低氮作为燃料的燃烧器，它的工作原理就是在缺氧的状态下进行燃烧，该燃烧器的不足之处在于：二次风配的效果不理想--不但比例较小，而且混入不及时，造成煤粉燃烧的时间严重滞后，煤粉燃烧效果距离人们的要求甚远。在实际操作中，第一次风配就出现了问题，第二次风配还是出现了问题，要想实现两次风配都达到理想效果难度很大，因此气流不被完全燃烧已成必然。
NOx的大量产生，其中最主要的原因就是燃烧不合理。具体表现在：燃烬风在配比方面出现问题是不完全燃烧的罪魁祸首，直接导致了飞灰的成分里碳的含量居高不下。为了改变这一现状，人们对燃烧技术进行了革新，低氮燃烧是一项研究的新成果，可以有效减少NOx的生成量。它的工作原理就是：精准布置燃烬风口的位置，由于位置布置精准，下层的喷燃器即便在不完全燃烧的情况下，也没有不必要的粉尘参与到燃烧过程，有效提升了燃烧效率。根据该公司的技术人员介绍：在三次风口处设点时，如果把该点与上层燃烧器的距离按照通常的3.5米来设置，就会出现燃烧区域小、颗粒燃烧时间短的现象，燃烧的过程还是会产生大量的NOx。另外一个原因是，由于设计方面的缺陷，来自二次风箱的燃烬风风量不足、射入的强度不足，大部分的风都没能进入炉内，这就大大降低了煤粉完全燃烧的水平，导致飞灰含碳量增大。
对锅炉改造的关键部位是喷燃器，而喷燃器的关键技术是对出口着火的控制。如果燃烧之后，势必会造成火焰的中心上移，从而导致炉膛出口处的温度急剧上升，这一连串的反应最终会导致主、再热汽温无法控制。为控制主、再热汽温，增大减温水使用量，特别是人们习惯使用再热汽形成的降温水，导致机组内部增加了低压的大量的蒸汽流量，这样一来就减少了高压蒸汽的做功，机组的工作效率反而大大降低了。
原锅炉设计为富氧燃烧方式，炉膛出口过剩空气系数约为1.25，如果通过科学的设计，把煤粉的细度设计为12％，就可以保证煤粉在风粉的配合下燃烧完全。但喷燃器改造后，低氮燃烧器是基于缺氧燃烧、二次风滞后混入一次风的燃烧模式，原先的煤粉细度不能满足炉膛内完全燃烧的要求，造成烟气飞灰含碳增大，降低了锅炉效率。
4 改进措施
4.1加强燃烧调整、合理配风
只有对锅炉的配风进行科学调度，才能达到完全燃烧和减少NOx的双重目的。根据专家的介绍，在一、二次配风中风粉的浓度比例分别为1.5：1.7和1.1：1.3。达到这样的风粉配比，才能保证燃烧的效果。要达到这样的效果，还有一点需要注意，那就是根据煤质的不同采取不同的风粉配比，在完全燃烧的情况下抑制NOx的过度产生。
同层的配风也很重要，只有配方合理才能完全燃烧。旋流喷燃器的最大特点就是对冲布置。根据实践操作经验和专家的建议，在配风技术上通常采用“一次配风小，二次旋风强，三次配风大、旋流强度小”的方式，既保证煤粉前期的缺氧燃烧以降低NOx的生成量，又达到完全燃烧的目的，防止燃烧过程中飞边结焦现象。喷燃器停止作业时要调小风门，避免过多的风量从一、二次风门进入炉膛。根据氧量来进行配风调节，这个方法是比较科学的。利用这个方法进行风量配比，可以实现最大化燃烧、大大降低NOx排放量、避免主（再）热汽温偏高。
4.2提高燃烬风压和气流强度
调节风压和强度，使燃烬风有足够的强度射入到炉膛内，在炉膛里与烟气混合充分，这是完全燃烧的基础。由于二次风箱压力低，如果风压和强度不够理想，穿透力无法促使燃烬风射入到炉膛，无法实现充分混合，导致混合燃烧的能力和效果大大降低。这种情况导致了氧量和排放量同步急剧增长。所以在保证燃烧稳定的情况下应尽可能提高二次风压，要通过各种有效办法解决燃烬风的穿透能力。只有这样才能使燃烧完全，并降低碳的排放量。
4.3进行受热面改造
根据设备改造后运行状况的变化，不能过多使用蒸汽降温水，只有这样才能在排烟时有效降低温度，因此建议进行局部受热面改造，具体包括两个方面的改进：低温过热器方面，主要是减少受热面；省煤器方面，则是要增大受热面。为了配合这两个方面的技术改进，一是降温的水量要减少，二是给水的温度要提高。只有这样才能做到能耗小、机组运行的安全期长。
通过锅炉运行中的合理配风，使燃烧完全，并大大降低NOx排放量。在运行状况相同的情况下，脱硝反应器入口NOx量下降，脱硝氨气消耗量减少。结合机组负荷变化情况合理调节风粉配比和锅炉送风量，在保证燃烧的前提下，满足了低氮缺氧燃烧要求，使锅炉的燃烧效率大大提升，既合乎环保要求，又实现企业内部开源节流的管理目标。
5结语
在实际生产中要具体调整方法，根据影响脱硝参数的主次进行调整，先调整主要因素，再调整次要因素，从而达到在实际生产中无论在任何情况下都能降低 NOx 值，既保证脱硝参数在合格范围内，又能减少成本，让脱硝系统经济运行。
参考文献：
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[3]黄海斌.机组锅炉脱硝改造后存在问题与改进措施[J].电力安全技术，2015，17（01）：40-41.
论文作者:肖兴成
论文发表刊物:《基层建设》2018年第30期
论文发表时间:2018/11/14
标签：锅炉论文; 烟气论文; 机组论文; 炉膛论文; 选择性论文; 排放量论文; 煤粉论文; 《基层建设》2018年第30期论文;