雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉爐的應(yīng)用

1、雙尺度低nox燃燒器在小容量煤粉爐的應(yīng)用原創(chuàng)2016-09-07從華斌摘耍：雙尺度低nox燃燒器具有抑制nox的生成、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、燃用混煤不易結(jié)焦的特點(diǎn)。本文介紹了文登熱電 廠3#鍋爐低氮燃燒器的改造過程，系統(tǒng)地對改造前情況、改造內(nèi)容、改造后熱態(tài)調(diào)試及性能測試情況進(jìn)行了論述。結(jié)果 農(nóng)明在不同負(fù)荷段及不同磨煤機(jī)組合下，3#爐雙尺度低nox燃燒器與機(jī)組梵他設(shè)備配合良好。在保證鍋爐效率基礎(chǔ)上， 鍋爐未發(fā)生結(jié)焦，各點(diǎn)壁溫不超溫，燃用正常煤種nox排放值在420-480mg/nm3間。飛灰含碳最較低，在1.6-2.3% 間。相應(yīng)鍋爐效率達(dá)到91.3%以ho這一技改成果說明雙尺度低nox燃燒器在小容量煤

2、粉鍋爐上也具有較廣的應(yīng)用價(jià) 值，有助于熱電企業(yè)進(jìn)一步實(shí)施節(jié)能減排。關(guān)鍵詞：煤粉鍋爐燃燒技術(shù)雙尺度低nox燃燒器節(jié)能減排1. 鍋爐概況文登熱電廠3#鍋爐是哈爾濱鍋爐廠工業(yè)鍋爐公司制造，型號為hg-220/9.8-pm鍋爐為單汽包，自然循環(huán)，集中下降 管，倒u型布置的固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐改造前性能數(shù)據(jù)如表1-仁表鎬爐改這前性能數(shù)據(jù)表名稱單位鎬爐負(fù)荷b-mcrb-mcr 60%全切除高加過熱器出流量t/h220132220省煤器進(jìn)口流量t/h210.9130201.3過熱器一級岐水流量vh6.41.413囲器kd吏水謔t/h2.70.65.7過熱器出壓力mpa g9.89 898汽包壓力mpa g1

3、16102911.16官煤器迸壓力mpa g11 5610.5311 56過熱器出溫度cc540540540進(jìn)口溫度°c215180159省煤器出溫度°c273242241空氣預(yù)熱器送風(fēng)量nm3/h185210128788202316空氣預(yù)熱器出口風(fēng)量nm3/h175630120928191851爐瞠出流量nm3/h204217139139223078空氣預(yù)熱器出口流量nm3/h227741158298248775煙氣含量空氣預(yù)熱器出口g/nm337.133.6937.1爐膛出過剰空氣系數(shù)121.301.20空預(yù)器出過剰空氣親數(shù)1.31.4913空氣預(yù)熱器送溫度°

4、c202020空氣預(yù)熱器出口溫度cc350298333爐膛出溫度ec938811961管煤器進(jìn)溫度°c544491555省煤85出溫度°c290243264空代預(yù)熱器出口溫度艾144115137爐8#設(shè)計(jì)阻力kpa555爐連可頹受壓力kpa777煙代側(cè)總阻力kpa1 34空氣預(yù)熱器風(fēng)側(cè)阻力kpa1 35空氣側(cè)總阻力kpa227機(jī)際克全wj8鳩失%1.51.51.5鍋爐計(jì)算熱效率（低位發(fā)熱量）%91 3592 1191 86鍋爐保證瞬率（低位發(fā)熱量）%91 05實(shí)際歴煤j肖耗量vh31.119623397計(jì)算燃煤）肖耗量vh306193333 46煙 nnoxmg/nm376

5、5728該鍋爐燃燒器采用水平濃淡分離直流燃燒器，燃燒器和置在鍋爐的止四角，爐內(nèi)假想切i員i為0）600m（逆吋針方向旋轉(zhuǎn)）， 燃燒器采用風(fēng)管式結(jié)構(gòu)，每只燃燒器有自下而上分別是：下二次風(fēng)口、下一次風(fēng)周界風(fēng)口、下一次風(fēng)口、腰二次風(fēng)口、 上一次風(fēng)周界風(fēng)口.上一次風(fēng)口、中二次風(fēng)口、上二次風(fēng)口和向下傾斜的三次風(fēng)口。點(diǎn)火汕槍4只各設(shè)在下二次風(fēng)口中。表燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)傾212355034224 752表1-3設(shè)計(jì)煤質(zhì)資糾序號項(xiàng)目單位數(shù)值1全水份mt%982空氣干燥基水份mad%0.663空氣干燥基灰份aad%33764空氣干燥基揮浚份vad%12.185空氣干燥基固走駛fad%53 406空氣干燥基高位發(fā)熱量

6、qgr admj/kg21 337收到墓低位笈熱量qnat armj/kg19 762. 改造方案2014年7月，文登熱電廠與煙臺龍?jiān)春献?，對該爐進(jìn)行改造。改造設(shè)計(jì)整體思路為保持鍋爐較高的燃燒效率情況廠 防止結(jié)渣，nox得到較大幅度地削減。用雙尺度低nox燃燒器替代原燃燒器。調(diào)整原燃燒器各層燃燒器間距。在主燃 燒器上方增加燃盡風(fēng)，距上一次風(fēng)較大距離，取風(fēng)方式在原四角風(fēng)箱垂直風(fēng)道；重新設(shè)計(jì)了主燃燒器部分水冷壁管；燃 盡風(fēng)區(qū)域水冷壁管；一次風(fēng)噴口采用上下濃淡組合方式，二次風(fēng)面積也和應(yīng)調(diào)整；三次風(fēng)分為上下兩股，分別引至上、 下二次風(fēng)上方，風(fēng)率及風(fēng)速與原燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)相近。在水平斷面上，一次風(fēng)射流方向

7、與原設(shè)計(jì)一次風(fēng)射流方向有所調(diào)整，二次風(fēng)、三次風(fēng)及sofa燃盡風(fēng)與一次風(fēng)射流方向 一致在爐內(nèi)形成直徑747mm的逆時(shí)針切圓；貼壁風(fēng)射流與爐墻自有夾角，更好的防結(jié)渣及降低nox排放。在原主燃燒器最上層一次風(fēng)上方約4米處布置2層sofa噴口，梵取風(fēng)口位于爐膛各角區(qū)風(fēng)箱側(cè)面開孔，sofa噴口可 同時(shí)作上下左右擺動，用于降低nox總量和煤粉的后期燃燼。2-1改這后燃燒器風(fēng)率分配參數(shù)名稱23 5 m/s21i三;炯40 m/s247屬界風(fēng)42 m/s33貼壁風(fēng)3.5輔助風(fēng)17握盡風(fēng)23j漏風(fēng)53. 雙尺度低nox燃燒器減排機(jī)理公認(rèn)nox生成主耍有燃料型、熱力型及快速型三種類型，燃料型nox約占總nox的8

8、0-90%,是各種低nox技術(shù)控 制的主要對象。其次是熱力型，它主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成。降低燃料型nox時(shí),通過控制爐溫水平加以控制, 快速型nox生成最很少。3.1燃燒器縱向三區(qū)分布抑制nox改造后燃燒器從下至上大致分為三個(gè)區(qū)，依次為集中氧化燃燒區(qū)、集中還原區(qū)及燃盡區(qū)。圖1燃燒器布置及吹口立面圖如圖1所示，通過在主燃燒器i:方合適位置引入適量的燃盡風(fēng)（總風(fēng)最2030%）,燃盡風(fēng)采用多噴口多角度射入，燃 燒器改造后沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為氧化還原區(qū)（總風(fēng)屋的70-80%）、主還原區(qū)、燃盡區(qū)。氧化區(qū) 有助于煤粉初期燃燒,爐溫升高，促進(jìn)煤粉著火、燃燒及燃盡。由于有較大燃盡風(fēng)量的存

9、在,主燃燒器區(qū)內(nèi)也會存在氧 化還原交替存區(qū)，通過控制高度方向的配風(fēng)，可形成局部還原區(qū)，可以初步還原產(chǎn)生的nox使nox在初始燃燒時(shí)就 得到抑制，在主還原區(qū)內(nèi)已生成的nox還可得到更充分還原，燃盡區(qū)內(nèi)將作為燃盡風(fēng)的二次風(fēng)及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來，促進(jìn)焦 碳繪后燃盡。通過縱向三區(qū)布置，形成縱向空氣分級，nox將得到極大抑制，飛灰可燃物也會得到控制。11j于實(shí)現(xiàn)縱向空氣分級，相對地燃燒器區(qū)域有所擴(kuò)人，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷降低，爐內(nèi)溫度峰值降低，可以減少或消除熱 力型nox產(chǎn)生。3.2燃燒器匕一次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)濃淡分離降低nox上一次風(fēng)設(shè)計(jì)啖口為上下濃淡分離形式，中間加裝較大的穩(wěn)燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低nox外，還可

10、對煤粉穩(wěn)燃、 提詢著火有枳極作用。同時(shí)鈍體能增加卷吸的高溫?zé)煔馔?，進(jìn)一步強(qiáng)化穩(wěn)燃。3.3兩個(gè)一次風(fēng)噴口之間設(shè)二次風(fēng)。圖2口組合示意圖3.4優(yōu)化燃盡風(fēng)布置方案燃盡風(fēng)的布邊是低nox燃燒技術(shù)的關(guān)鍵所在，燃盡風(fēng)量的選取、燃盡風(fēng)噴口標(biāo)高位邊及燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速、形狀都會影 響最終的低nox效果及鍋爐效率。取風(fēng)口位于爐腌各角區(qū)風(fēng)箱側(cè)而開孔，進(jìn)而延接燃盡風(fēng)道，接至燃盡風(fēng)噴口處。燃盡風(fēng)道保持較大的流通而積，與原人 風(fēng)箱相連通，形成統(tǒng)一的等壓大風(fēng)箱，阻力小，供風(fēng)量能得到滿足。爐內(nèi)采用切圓燃燒時(shí)，煤粉及空氣均從四角射入爐內(nèi)形成切向燃燒火球，由于火球的旋轉(zhuǎn)及二次風(fēng)射流的后期剛性較 弱，火球中心部往往是一個(gè)極度缺氧的區(qū)

11、域，如后期混合不強(qiáng)烈，尤其是采用空氣分級技術(shù)以后，往往造成飛灰可燃物 及co排放高，影響鍋爐效率。本次改造在主燃燒器上方，布置類橢圓形穿透性強(qiáng)的燃盡風(fēng)噴u,如圖3所示，sofa可水平、垂直擺動，隨著角度 的變化可實(shí)現(xiàn)燃盡風(fēng)對后期的爐膛全覆蓋。同時(shí)，sofa可作為調(diào)整爐膛火焰屮心的有效手段。布置的兩層sofa噴口 的不同擺動角度的組合射流可努力實(shí)現(xiàn)向爐腌中心補(bǔ)氧，同時(shí)可兼顧到距離水冷壁較近區(qū)域的補(bǔ)氧條件。這種布置方式 的主要特點(diǎn)是在空間內(nèi)形成不同的組合射流，加大了后期的混合，對煤粉的后期燃盡有積極作用。布置在sofa上方的髙位燃盡風(fēng)布置在兩側(cè)墻的爐膛中心，在擴(kuò)大還原區(qū)的同時(shí)，能有效保證射流對火焰

12、氣流的穿透性。圖3 sofa風(fēng)唳口布置圖4 熱態(tài)調(diào)試及性能測試試驗(yàn)主耍進(jìn)行性能試驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)采集，測試鍋爐改造后的雙尺度低nox燃燒器是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4.1試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)杲熱態(tài)試驗(yàn)分別進(jìn)行了鍋爐效率試驗(yàn).二次風(fēng)配風(fēng)方式優(yōu)化試驗(yàn)、最佳過量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)、鍋爐煙氣成份測屋等。s4-1各工況下nox值及就煤厲況r兄4346負(fù)«(vh)195196200175日期9月23日g月24日9月26日9月26日nox(mg/nm3)479465449428c0(mg/nm3)1416.11417mt72727272mad141 381 351 35aad35 763587358235 82vad1

13、72617 3417 6176st ad0780870 770 77qnet ar18 9818915189318934.2最佳過是空氣系數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)爐膛出口過暈空氣系數(shù)是衡呈爐內(nèi)燃燒反應(yīng)所需氧量的重耍參數(shù)。過量空氣系數(shù)小時(shí)，燃料與氧的接觸機(jī)會減少，不完 全燃燒損失將增人；當(dāng)過最空氣系數(shù)大時(shí)，排煙熱損失、氮氧化物含最、風(fēng)機(jī)電耗都會顯著升高。最佳過量空氣系數(shù)試 驗(yàn)在200vh蒸汽流最卜'進(jìn)行。通過氧鼠的變化，測最煙氣中氮氧化物和飛灰禽碳最的變化。表42最任過量空氣親數(shù)試臉表試驗(yàn)負(fù)荷vh200實(shí)測空預(yù)器岀氧量%32448飛灰含馥量%2.431.611.31mg/nm3434447503從i:

14、表可以看出,隨著氧暈的升髙，飛灰含碳疑明顯降低，氮氧化物含量明顯升高，氧鼠過大會造成排煙損失增加，所 以在保證飛灰含確量合格的前提下，適當(dāng)降低運(yùn)行氧量，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行。3.3二次風(fēng)門開度優(yōu)化試驗(yàn)二次風(fēng)門開度優(yōu)化試驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證二次風(fēng)門開度變化對氮氧化物的影響，為運(yùn)行調(diào)幣確定最佳開度。主要是為了驗(yàn) 證二次風(fēng)門對汽溫和氮氧化物的影響，為以后運(yùn)行確定最佳開度。選取具有代表性的二次風(fēng)門（下二次風(fēng)）和s0fa2撚 盡風(fēng)進(jìn)行試驗(yàn)。60050010060<0主aaffa王 3utxbmbk>«減礙20150醫(yī)4下二煙攔琦度乂三汽涅及noxg弟匪彫聞醫(yī)0d0 jj50

15、0王 a4wta b£am0tb hbndxf v琢開 mte/oo圖5 s0fa1岡門乏琦'歸汽1及nox排故量曙響通過風(fēng)門開關(guān)試驗(yàn)可以看出：i關(guān)小主燃區(qū)二次風(fēng)門，主燃區(qū)燃燒反應(yīng)相應(yīng)延緩，火焰中心上移，煤粉氣化過程推后，co的燃盡時(shí)間延長，還原區(qū)還 原性氣體體積分?jǐn)?shù)增加，使得主再熱汽溫隨z升高，nox隨z降低；i關(guān)小主燃區(qū)二次風(fēng)門,主燃區(qū)氧量的降低有利于低氧還原區(qū)的建立，在缺氧的狀態(tài)下對nox進(jìn)行還原，可大幅度降低nox生成，因此在保證燃燒穩(wěn)定和鍋爐經(jīng)濟(jì)性的前提f可以適當(dāng)關(guān)小：i開大sofa燃盡風(fēng)，降低了主燃區(qū)的氧量，降低nox效果最明顯；在同等負(fù)荷下，隨著燃盡風(fēng)開放層數(shù)越

16、名，氮氧化 物的排放雖也越小。開啟上層sofa效果要好于下層sofa燃盡風(fēng)。3.4鍋爐效率測定試驗(yàn)熱效率按下式計(jì)算公 jv；：n=100-(q2+q3+q4+q5+q6)x 10o/qr式中：qr輸入熱量q2排煙損失q3化學(xué)未完全燃燒熱損失q4機(jī)械未完全燃燒熱損失q5散熱損失q6一-灰渣物理熱損失在計(jì)算中： .將燃料的低位發(fā)熱量作為輸入熱量； .忽略物理熱及霧化熬汽帶入的熱屋； .排煙損失中忽略霧化蒸汽及燃料中氮引起的熱損失； .過量空氣系數(shù)采用q=21/(21-02)x0.9； .忽略化學(xué)未完全燃燒熱損失：計(jì)算中測量數(shù)值視差仝0.30.5%,化驗(yàn)分析謀差s0.1%表33各工況下鋸爐效率工況4

17、56日期9月23日9月26日9月26日時(shí)間09 3010 0016 30負(fù)荷(t/h)196200175|眉胭？5失q2(%)67666 7726 705機(jī)械熱損矢04(%)1.3271251.5199861.565646畝熱損失q5(%)0 35403550.343化學(xué)熱損失q3(%)0 0000600 0000620 000058鋸爐瞬率()91 5591.3591 49試驗(yàn)期間，通過二次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)及過量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，總結(jié)出最佳的配風(fēng)方案和各個(gè)負(fù)荷段的最佳氧雖，所取 飛灰含碳量較大修詢略有降低，固體未完全燃燒熱損失在1-1.3%之間，這是鍋爐效率不降低的貢耍因素。爐內(nèi)無結(jié)焦現(xiàn)彖發(fā)生

18、，水冷壁及屏式過熱器清潔，撈渣機(jī)無掉人焦塊現(xiàn)象。過熱蒸汽溫度不同負(fù)荷可達(dá)到原設(shè)計(jì)值540-c ±5°c,過熱蒸汽的減溫水量在可控范圍之內(nèi)。表34不同負(fù)荷下的主蒸汽爐側(cè)出汽涓及減溫水量二況號5614日期9月26日9月26日9月27日蒸汽流("!)200175184過熱心(艾)53775415379過熱器一級減戲k流量(t/h)8266106過熱器二級減溫水流量(t/h)4.2384.08過熱蒸汽溫度不同負(fù)荷下可達(dá)到原設(shè)訃值540c±5°c,過熱姦汽的減溫水疑在可控范圍z內(nèi)，過熱器減溫水總量峰值出 現(xiàn)在180-195vh蒸汽流量段。3.5運(yùn)行操作指

19、導(dǎo)通過對不同負(fù)荷階段的燃燒調(diào)整，總結(jié)出合理的配風(fēng)方式能夠保證較高的鍋爐效率和較低的氮氧化物排量，總結(jié)出鍋爐運(yùn)行配風(fēng)卡片：表35各負(fù)荷段下低氨燃燒器配風(fēng)卡:蒸汽流量vh150-175180-220排煙氧量%4 3±0 24±02sofam開度sofa±%80100sofat%030-50主燃區(qū)小風(fēng)門開度上二次風(fēng)層%010上一次周界風(fēng)層%00中二次風(fēng)層%1520下一次周界風(fēng)層%00下二%3030-404. 試驗(yàn)結(jié)果燃用止常煤種時(shí)雙濟(jì)情況下在420-480mg/nm3間；單擁情況下在350-440 mg/nm3c由于粉位偏低，單磨運(yùn)行調(diào)整時(shí) 間較短。鍋爐效率在91.1%以上，飛灰在1.6-2.3%間、大渣含碳疑5%以下，co排放濃度不髙于100pl/l,過熱蒸汽 的溫度達(dá)到原鍋爐設(shè)計(jì)耍求并且過熱蒸汽的減溫水量控制在正常范圍之內(nèi)。爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定、無結(jié)焦。經(jīng)對比試驗(yàn)，得出以下調(diào)整經(jīng)驗(yàn)：®.三次風(fēng)最住開度方式已確定：上三次風(fēng)可調(diào)縮孔與下三次風(fēng)插板門運(yùn)行人員可基本不動。開大下三次風(fēng)，排煙溫度 會上升。而開大上三次風(fēng)則會明顯提高nox排放。 .燃盡風(fēng)開啟sofa上效果好于sofa下。隨著機(jī)組負(fù)荷的降低，可適當(dāng)關(guān)閉下層燃盡風(fēng)和