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低氧燃烧技术在电厂锅炉运行中的应用

  “十二五”规划曾计划在2015年后氮氧化物排放量须年均下降4.2%以上[1],而目前只完成了任务的20%,当前我国节能减排的任务仍十分严峻。氮氧化物、二氧化硫、可吸入颗粒物,是导致雾霾肆虐的罪魁祸首。目前,在我国已经发展的环保行动中,脱硫技术已达到较高水平,PM2.5中硫酸盐的比例有了明显的下降,然而硝酸盐的比例上升很快,对氮氧化物的治理行动迫在眉睫。
  低氧燃烧正是通过降低烟气中的氧浓度,使氧化金属的可能性降低,尤其是减少氮的氧化物产生,减少氮氧化物排放。在保护环境的同时,送氧的风机能耗减少,也提高了电厂的用电效率。不过低氧所造成的必然是燃料的不完全燃烧,降低了锅炉效率,使燃烧成本上升,还有可能造成二次燃烧。所以保证燃料充分燃烧,提高锅炉燃烧效率是电厂锅炉的首要任务。
  
  氧气浓度与氮氧化物排放的关系
  燃烧过程中,过量空气关系到锅炉的燃烧程度,燃烧效率,更重要的是它也是锅炉生成氮氧化物的必需品。合理的控制氧气的浓度,便可以达到最优的燃烧效果。
  我们可以分析一下各种氮氧化物生成的原理。常见的三种氮氧化物,分别是燃料型NOx,热力型NOx,快速型NOx。由于煤中氮的分解温度低于煤的燃烧温度,所以燃料中的氮化物大多数都氧化成了燃料型NOx。与此同时,空气中的氮化物随着温度的升高多数氧化成了热力型NOx。有统计证明[2],燃料燃烧最多的排放就是燃料型NOx,多达80%以上。所以,我们通过控制氧气的浓度,使其保证在一个较低的水平,减少氧化过程的发生,便能有效的抑制氮氧化物的排放。
  
  低氧燃烧对锅炉的要求
  由于采用了低氧燃烧技术,会造成煤燃料的燃烧不充分,降低锅炉效率,甚至造成二次污染。所以为了更好利用燃料,提高利用率,对锅炉提出了更高的要求:
  (1)锅炉设备及其辅助设备应有比较大的调节能力,能够快速适应各种温度下的快速调整,保证温度的稳定;
  (2) 应尽量注意锅炉漏风,尤其减小炉膛漏风,一般来说在采用微正压燃烧的燃油炉、燃气炉才有可能实现;
  (3) 要求有相应的测量和自动控制设备,能够及时准确的分析实时的燃烧状态,特别是能可靠地测量和控制燃料量与空气量,保证合理的比例,保证燃烧的正常进行;
  (4) 根据煤质水平,科学合理的配风等运行因素,调整合适的进粉速度,以便能在较小的富裕氧的情况下达到最稳定和最经济的燃烧效果。
  
  低氧燃烧的运行效果
  北京神华公司于2005年11月进行低氧燃烧的测试运行,在前半个月内,设置三个锅炉的入氧量小于等于3.5%,一个锅炉的入氧量在3.5%到4%之间。在后半个月内,设置三个锅炉的入氧量小于等于3%,一个过路入氧量小于等于3.5%。进行了一个月的实验,在12月锅炉的状态趋于稳定。并且得到2005年12月与去年的技术经济数据的对比图,如图2所示。
  图2 12月份两年同期的统计数据对比图
  从运行的效果来看,锅炉效率提高的同时,送风机与引风机的耗电量以及脱硫的耗电量都有了显著的降低,成本随之减少。由此可知,低氧燃烧技术在锅炉的投入运行产生了可观的效果,带来了不小的经济效益。
  在锅炉在入氧量控制之后,排放的气体中氮氧化物的含量降低至400mg/m?,也说明了在低氧燃烧技术在一定程度上降低了氮氧化物的排放量,为环境的治理作出了贡献。
  并且锅炉炉膛的结焦现象并没有因为使用新技术而产生影响。
  
  低氧燃烧的缺点与应对措施
  对于低氧燃烧来说,面临的最大的问题就是燃料的燃烧不够充分。对于这个问题,我们提出了几点应对措施:首先,我们应严格控制进入煤炉的煤粉质量,保证煤粉的颗粒满足标准水平甚至更优;其次我们可以煤炉内的燃烧情况,实时的调整煤粉的气流速度,保证炉膛内的燃烧温度,使煤粉能够稳定燃烧;最后,根据炉膛内的燃烧情况,我们还可以灵活合理的改变给粉机的转速,燃烧不完全发生时,降低风速甚至停止送粉气流。
  电厂锅炉的工作人员应该以身作则,认真观察锅炉的燃烧情况。在运行过程中,保证氧量在合理的范围内供应,保证煤粉的充分燃烧,加强对锅炉温度的稳定性控制。并且在不断的实践与运行中,发掘和总结出更合理的氧量与煤粉的比例。探索出维持温度稳定的手段,提高锅炉的利用率,降低电厂的运行成本,并且把控制污染作为长期坚持的主要目标。
  
  结论
  通过对比和实际运行结果,我们可以看出,低氧燃烧的确能在锅炉的燃烧过程中减少氮氧化物等污染物的排放。通过相应的措施,我们能够弥补低氧燃烧带来的燃烧不充分的问题。电厂锅炉的工作人员在保证低氧燃烧的正常进行下,应努力探索更高效的燃烧策略,从而不断提高电厂的整体效益,大力保护环境。

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