摘要：京能十堰热电锅炉燃烧方式采用复合空气分级低NOx燃烧系统，其主要组件为：紧凑燃尽风、可水平摆动的分离燃尽风（高位燃烬风）、预置水平偏角的辅助风喷嘴、宽调节比煤粉喷嘴。锅炉省煤器出口NOx的排放浓度不大于220mg/Nm3（O2=6%），在降低NOx方面效果显著，但是低氮燃烧和脱硝技术在实际生产应用中又衍生出其他一些列问题，比如锅炉灰渣和飞灰含碳量偏高，锅炉高温腐蚀，尾部受热面低温腐蚀等问题，本文结合京能十堰热电350MW超临界低氮燃烧技术在实际运用中存在的问题做一研究。
关键词：低NOx；高温腐蚀；低温腐蚀；飞灰含碳量
引言
近年，350MW超临界火力发电机组技术发展迅速，煤燃烧过程中所排放的NOx气体是危害大且较难处理的大气污染物，随着国家对环保参数控制越来越严格，降低NOx排放已经是锅炉选型必须考虑的问题之一，但是低氮燃烧和脱硝技术又衍生出：锅炉灰渣和飞灰含碳量偏高，锅炉高温腐蚀，尾部受热面低温腐蚀等问题。
一、低氮燃烧技术介绍
京能十堰热电350MW超临界锅炉燃烧方式采用复合空气分级低NOx 燃烧系统。复合空气分级低NOx 燃烧系统的主要组件为：紧凑燃尽风、可水平摆动的分离燃尽风（高位燃烬风）、预置水平偏角的辅助风喷嘴、宽调节比煤粉喷嘴；主风箱设有5 层宽调节比煤粉喷嘴，其中最下面两层（A、B）为等离子燃烧器。在煤粉喷嘴四周布置有燃料风（周界风）。在每相邻2 层煤粉喷嘴之间布置有1 层辅助风喷嘴，在主风箱上部设有2 层紧凑燃烬风喷嘴，在主风箱下部设有1 层二次风喷嘴。在主风箱上部布置有高位燃烬风燃烧器，包括4 层可水平摆动的分离燃烬风（高位燃烬风）喷嘴；连同煤粉喷嘴的周界风，每角主燃烧器和高位燃烬风燃烧器共有二次风挡板17 组，均由气动执行器单独操作。每角主燃烧器和高位燃烬风燃烧器各由一台气动执行器集中带动作上下摆动。燃烧器二次风室中不配置油枪，采用无油点火方式，A、B层为等离子点火燃烧，燃烧器采用水冷套结构；在燃用设计煤种，在BRL 工况下，锅炉保证热效率不低于94.5%（按低位发热值），锅炉省煤器出口NOx 的排放浓度不大于 220mg/Nm3（O2=6%）；炉膛中产生的烟气流过后烟井后，进入脱硝设备能使NOx含量降低至25mg/Nm3以下。
二、低氮燃烧技术造成锅炉飞灰及灰渣含碳量较高
锅炉飞灰含碳量是反映火力发电厂燃煤锅炉燃烧效率的重要指标，实时检测飞灰含碳量将有利于指导运行正确调整风煤比，提高锅炉燃烧控制水平；合理控制飞灰含碳量的指标，有利于降低发电成本，提高机组运行的经济性。随着我国电力发电机组不断向大容量、高参数发展，对锅炉飞灰中的含碳量实现在线检测，以控制和优化锅炉燃烧、降低发电煤耗。
下表为京能十堰热电1号锅炉飞灰可燃物化验报告（2020年），表中列举了连续高负荷运行6天的飞灰可燃物含量，可以看出锅炉飞灰含碳量在2.08%-4.85%之间波动。
京能十堰热电1号锅炉飞灰可燃物化验报告（2020年）
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下表为京能十堰热电2号锅炉灰渣可燃物化验报告（2020年），表中列举了锅炉在75%额定负荷运行6天的灰渣可燃物含量，可以看出锅炉飞灰含碳量在3.18%-18.20%之间波动。
京能十堰热电2号锅炉灰渣可燃物化验报告（2020年）
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通过以上两表可以看出，低氮燃烧技术确实存在锅炉灰渣和飞灰含碳量偏高的问题，要降低锅炉飞灰及灰渣含碳量，就需要增加氧量运行，而增加氧量运行后锅炉NOx排放会增加，这就需要在调整过程中找到一个平衡。
三、低NOx燃烧煤粉锅炉下炉膛强还原性气氛对锅炉可能造成高温腐蚀。
低NOx燃烧技术是现代锅炉最普遍的技术（在中国对环保参数的要求是全世界最严格的），低NOx燃烧煤粉锅炉烟气中H2S、CO等浓度高，水冷壁壁面附近易呈腐蚀性气氛；煤中硫（FeS2和有机硫）在火焰中还原性气氛下反应生成S、 H2S、FeS；S及H2S与受热面的氧化层、受热面金属反应导致腐蚀。FeO+H2S→FeS+H2O，在还原性气氛下形成的FeS沉积物在氧化性气氛下引起腐蚀。防止措施：1）燃用低硫煤或通过混煤控制入炉煤的含S、Cl量。2）控制管壁温度；3）合理组织炉内燃烧工况，防止水冷壁结渣、火焰中心偏斜或冲、刷墙等可能引起热偏差的现象发生；4）保证水动力的稳定以避免传热恶化的出现。
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某厂锅炉受热面棺材因高温腐蚀而引起壁面刷薄
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四、SCR系统因存在氨逃逸现象而在空预器中生成硫酸氢铵造成低温腐蚀。
SCR系统脱硝反应未完全耗尽的氨气（NH3），和烟气中的SO3、水蒸汽，很容易产生下列反应：NH3+SO3+H2O → NH4HSO4 (NH3 : SO3 < 2 : 1时)，2NH3+SO3+H2O → (NH4)2SO4 (NH3 : SO3 > 2 : 1时)，SCR催化剂中的V2O5同时将部分SO2转化成SO3，加剧空预器冷端硫酸腐蚀，SO2 +O2 → SO3， SO3 + H2O → H2SO4 硫酸氢铵在空预器内结露温区在149-191℃之间，SNCR因烟气中残留NH3浓度远高于SO3,会生成呈固态粉末状的硫胺。这些固体物质沉积在空预器受热面上，很难清除，可能会造成空预器堵塞。采取措施：1）严格控制空预器冷端综合温度在137℃以上；2）投入暖风器：用外部热源（蒸汽或烟气）加热空预器的进风，提高其温度。3）控制SCR系统的氨逃逸；4）降低烟气中SO3浓度：控制入炉煤含硫量；5）增加空预器吹灰次数。
结束语：
低氮燃烧技术包括低过量空气燃烧，浓淡燃烧，空气分级，燃料分级，烟气再循环和燃尽风等，尽管低氮燃烧器和脱硝技术在实际生产应用中存锅炉灰渣飞灰含碳量偏高，锅炉高温腐蚀，尾部受热面低温腐蚀，水冷壁容易结焦等一些列问题，但是低氮燃烧器是低氮燃烧技术的重要组成部分，从燃烧器结构和组织燃烧的角度来降低NOx的生成，具有成本低，效果好等特点。认识到低氮燃烧器存在的这些问题，采取对应的措施，能很好的避免锅炉设备事故和异常的发生。
参考文献：
［１］周强泰.锅炉原理.—3版.—北京:中国电力出版社教材中心，2013.
［２］岑可法，姚强，等. 燃烧理论与污染控制［Ｊ］．北京：机械工业出版社，2004.