雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉爐的應用

1、雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉爐的應用原創(chuàng) 2016-09-07 叢華斌 摘  要：雙尺度低NOx燃燒器具有抑制NOx的生成、煤種適應性強、燃用混煤不易結(jié)焦的特點。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行了論述。結(jié)果表明在不同負荷段及不同磨煤機組合下，3#爐雙尺度低NOx燃燒器與機組其他設備配合良好。在保證鍋爐效率基礎上，鍋爐未發(fā)生結(jié)焦，各點壁溫不超溫，燃用正常煤種NOx排放值在420-480mg/Nm3 間。飛灰含碳量較低，在1.6-2.3%間。相應鍋爐效率達到91.3

2、%以上。這一技改成果說明雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉鍋爐上也具有較廣的應用價值，有助于熱電企業(yè)進一步實施節(jié)能減排。關鍵詞：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HG220/9.8-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1-1。該鍋爐燃燒器采用水平濃淡分離直流燃燒器，燃燒器布置在鍋爐的正四角，爐內(nèi)假想切圓為600m（逆時針方向旋轉(zhuǎn)），燃燒器采用風管式結(jié)構(gòu)，每只燃燒器有自下而上分別是：下二次風口、下一次風

3、周界風口、下一次風口、腰二次風口、上一次風周界風口、上一次風口、中二次風口、上二次風口和向下傾斜的三次風口。點火油槍4只各設在下二次風口中。2改造方案2014年7月，文登熱電廠與煙臺龍源合作，對該爐進行改造。改造設計整體思路為保持鍋爐較高的燃燒效率情況下，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，距上一次風較大距離，取風方式在原四角風箱垂直風道；重新設計了主燃燒器部分水冷壁管；燃盡風區(qū)域水冷壁管；一次風噴口采用上下濃淡組合方式，二次風面積也相應調(diào)整；三次風分為上下兩股，分別引至上、下二次風上方，風率及風速與原燃

4、燒器設計參數(shù)相近。在水平斷面上，一次風射流方向與原設計一次風射流方向有所調(diào)整，二次風、三次風及SOFA燃盡風與一次風射流方向一致在爐內(nèi)形成直徑747mm的逆時針切圓；貼壁風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上方約4米處布置2層SOFA噴口，其取風口位于爐膛各角區(qū)風箱側(cè)面開孔，SOFA噴口可同時作上下左右擺動，用于降低NOX總量和煤粉的后期燃燼。3.雙尺度低NOx燃燒器減排機理公認NOx生成主要有燃料型、熱力型及快速型三種類型，燃料型NOx約占總NOx的80-90%，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N

5、Ox時，通過控制爐溫水平加以控制，快速型NOx生成量很少。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區(qū)，依次為集中氧化燃燒區(qū)、集中還原區(qū)及燃盡區(qū)。如圖1所示，通過在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風（總風量20-30%），燃盡風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)（總風量的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，促進煤粉著火、燃燒及燃盡。由于有較大燃盡風量的存在，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，可形成局部還原區(qū)，可以初步還原產(chǎn)生的NOx，使NOx在初始燃燒時就得到

6、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)將作為燃盡風的二次風及時補充進來，促進焦碳最后燃盡。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。由于實現(xiàn)縱向空氣分級，相對地燃燒器區(qū)域有所擴大，燃燒器區(qū)域熱負荷降低，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燃燒器上一次風噴口設計濃淡分離降低NOx上一次風設計噴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，還可對煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。同時鈍體能增加卷吸的高溫煙氣量，進一步強化穩(wěn)燃。3.3兩個一次風噴口之間設二次風。3.4優(yōu)化燃盡風布置方案燃盡風的

7、布置是低NOx燃燒技術(shù)的關鍵所在，燃盡風量的選取、燃盡風噴口標高位置及燃盡風噴口風速、形狀都會影響最終的低NOx效果及鍋爐效率。取風口位于爐膛各角區(qū)風箱側(cè)面開孔，進而延接燃盡風道，接至燃盡風噴口處。燃盡風道保持較大的流通面積，與原大風箱相連通，形成統(tǒng)一的等壓大風箱，  阻力小，供風量能得到滿足。爐內(nèi)采用切圓燃燒時，煤粉及空氣均從四角射入爐內(nèi)形成一切向燃燒火球，由于火球的旋轉(zhuǎn)及二次風射流的后期剛性較弱，火球中心部往往是一個極度缺氧的區(qū)域，如后期混合不強烈，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的燃

8、盡風噴口，如圖 3所示， SOFA可水平、垂直擺動，隨著角度的變化可實現(xiàn)燃盡風對后期的爐膛全覆蓋。同時，SOFA可作為調(diào)整爐膛火焰中心的有效手段。布置的兩層SOFA噴口的不同擺動角度的組合射流可努力實現(xiàn)向爐膛中心補氧，同時可兼顧到距離水冷壁較近區(qū)域的補氧條件。這種布置方式的主要特點是在空間內(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上方的高位燃盡風布置在兩側(cè)墻的爐膛中心，在擴大還原區(qū)的同時，能有效保證射流對火焰氣流的穿透性。4.熱態(tài)調(diào)試及性能測試試驗主要進行性能試驗及相關數(shù)據(jù)采集，測試鍋爐改造后的雙尺度低NOx燃燒器是否達到設計要求。4.1試驗內(nèi)容與結(jié)果熱

9、態(tài)試驗分別進行了鍋爐效率試驗、二次風配風方式優(yōu)化試驗、最佳過量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗、鍋爐煙氣成份測量等。4.2最佳過量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗爐膛出口過量空氣系數(shù)是衡量爐內(nèi)燃燒反應所需氧量的重要參數(shù)。過量空氣系數(shù)小時，燃料與氧的接觸機會減少，不完全燃燒損失將增大；當過量空氣系數(shù)大時，排煙熱損失、氮氧化物含量、風機電耗都會顯著升高。最佳過量空氣系數(shù)試驗在200t/h蒸汽流量下進行。通過氧量的變化，測量煙氣中氮氧化物和飛灰含碳量的變化。從上表可以看出，隨著氧量的升高，飛灰含碳量明顯降低，氮氧化物含量明顯升高，氧量過大會造成排煙損失增加，所以在保證飛灰含碳量合格的前提下，適當降低運行氧量，能夠?qū)崿F(xiàn)機組安全、經(jīng)濟

10、、環(huán)保運行。3.3二次風門開度優(yōu)化試驗二次風門開度優(yōu)化試驗主要是為了驗證二次風門開度變化對氮氧化物的影響，為運行調(diào)整確定最佳開度。主要是為了驗證二次風門對汽溫和氮氧化物的影響，為以后運行確定最佳開度。選取具有代表性的二次風門(下二次風) 和SOFA2燃盡風進行試驗。通過風門開關試驗可以看出：l 關小主燃區(qū)二次風門，主燃區(qū)燃燒反應相應延緩，火焰中心上移，煤粉氣化過程推后，CO的燃盡時間延長，還原區(qū)還原性氣體體積分數(shù)增加，使得主再熱汽溫隨之升高，NOx隨之降低；l 關小主燃區(qū)二次風門，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進行還原，可大幅度降低NOx生成

11、，因此在保證燃燒穩(wěn)定和鍋爐經(jīng)濟性的前提下可以適當關??；l 開大SOFA燃盡風，降低了主燃區(qū)的氧量，降低NOx效果最明顯；在同等負荷下，隨著燃盡風開放層數(shù)越多，氮氧化物的排放量也越小。開啟上層SOFA效果要好于下層SOFA燃盡風。3.4鍋爐效率測定試驗熱效率按下式計算公式:=100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)×100/Qr式中: Qr-輸入熱量             Q2-排煙損失Q3-化學未完全燃燒熱損失    

12、60;  Q4-機械未完全燃燒熱損失Q5-散熱損失                  Q6-灰渣物理熱損失在計算中：將燃料的低位發(fā)熱量作為輸入熱量；忽略物理熱及霧化蒸汽帶入的熱量；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=21/(21-O2)×0.9；忽略化學未完全燃燒熱損失；計算中測量數(shù)值誤差±0.30.5，化驗分析誤差0.1%試驗期間，通過二次風擋板特性試驗及過

13、量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗，總結(jié)出最佳的配風方案和各個負荷段的最佳氧量，所取飛灰含碳量較大修前略有降低，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重要因素。爐內(nèi)無結(jié)焦現(xiàn)象發(fā)生，水冷壁及屏式過熱器清潔，撈渣機無掉大焦塊現(xiàn)象。過熱蒸汽溫度不同負荷可達到原設計值540±5，過熱蒸汽的減溫水量在可控范圍之內(nèi)。過熱蒸汽溫度不同負荷下可達到原設計值540±5，過熱蒸汽的減溫水量在可控范圍之內(nèi)，過熱器減溫水總量峰值出現(xiàn)在180-195t/h蒸汽流量段。3.5運行操作指導通過對不同負荷階段的燃燒調(diào)整，總結(jié)出合理的配風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)出鍋爐運行配

14、風卡片：4.試驗結(jié)果燃用正常煤種時雙磨情況下在420-480mg/Nm3間；單磨情況下在350-440 mg/Nm3。由于粉位偏低，單磨運行調(diào)整時間較短。鍋爐效率在91.1%以上，飛灰在1.6-2.3%間、大渣含碳量5%以下，CO排放濃度不高于100µL/L，過熱蒸汽的溫度達到原鍋爐設計要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，得出以下調(diào)整經(jīng)驗：三次風最佳開度方式已確定：上三次風可調(diào)縮孔與下三次風插板門運行人員可基本不動。開大下三次風，排煙溫度會上升。而開大上三次風則會明顯提高NOx排放。燃盡風開啟SOFA上效果好于SOFA下。隨著機組負荷的降低

15、，可適當關閉下層燃盡風和上二次風。一般情況下關閉周界風擋板。周界風開度為0%時，燃燒器設計時留有10-15m/s漏風，不會燒損噴口。為保持空預器出口風壓，二次風各角區(qū)總風門開度保持40-50%開度基本合適。關太小容易導致一次風速過高，飛灰可燃物急劇上升。燃盡風投停過程中應按要求逐層緩慢開啟，禁止快速同時投停。在中低負荷下排煙氧量仍偏高，由于改造后二次風噴口面積較之前有所降低，且一次風改為上下濃淡并加裝穩(wěn)燃鈍體，二次風射流剛性增強。氧量偏高會使主燃區(qū)實際切圓放大，橫向動量矩提高。不利于良好動力場的形成。高負荷下控制排煙氧量在4%左右為宜。在調(diào)整配風過程中應加強鍋爐側(cè)各參數(shù)監(jiān)視與調(diào)整，防止蒸汽參數(shù)及受熱面壁溫超限。5.結(jié)論文登熱電廠3#鍋爐使用雙尺度低NOx燃燒器后，與機組其他設備配合良好。在不同負荷段及不同磨煤機組合下，鍋爐效率未有明顯下降，鍋爐未發(fā)生結(jié)焦，各點壁溫不超溫，燃用正常煤種NOx排放值一般在420-480mg/Nm3 間。飛灰含碳量