低氮燃燒技術的應用

1、低氮燃燒技術在南化公司#1鍋爐上的應用武漢燃控科技熱能工程有限公司 彭良才我國能源結構中 7080%由煤的燃燒提供，每燃燒一噸煤，就要產生530kg 氮氧化物。目前我國現(xiàn)役煤粉鍋爐排煙中的NOx的濃度范圍在6001200mg/m3，每100億kWh的火力發(fā)電量約排放3.98.8萬噸的NOx。NOx是大氣的主要污染物之一1。為滿足國家對NOx排放濃度的控制要求，中國石化南化公司對鍋爐進行低氮燃燒技術改造，實現(xiàn)鍋爐超低NOx排放的同時實現(xiàn)鍋爐高效穩(wěn)燃、防結焦、防高溫腐蝕及低負荷不投油穩(wěn)燃等。1. 鍋爐概況鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、“”布置固態(tài)排渣爐。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁。爐

2、膛出口布置屏式過熱器，水平煙道裝設了兩級對流過熱器。爐頂水平煙道兩側及轉向室設置了頂棚和包墻過熱器，尾部豎井交錯布置兩級省煤器和兩級空氣預熱器。采用鋼球中間儲倉式制粉系統(tǒng)，乏氣送粉。除渣設備采用刮板撈渣機。鍋爐采用四角布置不可擺動直流式煤粉燃燒器。爐內假想切圓直徑為600mm。每角燃燒器由4層二次風噴口和2層一次風噴口組成。每角燃燒器布置型式為：2-1-2-2-1-2。目前鍋爐煙氣中 NOx排放濃度700mg/Nm3左右。2. 空氣分級原理將燃燒所需的空氣量分成兩級送入爐膛，使主燃燒區(qū)內過量空氣系數(shù)在0.75 0.85，燃料先在富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，延遲了燃燒過程，在還原性

3、氣氛中大量含氮基團與NOx反應，提高了NOx向N2的轉化率，降低了NOx在這一區(qū)域的生成量。約2030%未燃盡煤粉將進入富氧燃盡區(qū)進行充分燃燒，同時未燃盡碳中含有的N也將在富氧燃盡區(qū)反應生成氮氧化物，最終隨著煙氣排除爐膛。這一部分氮氧化物約占常規(guī)低氮燃燒技術氮氧化物排放值的4060%，主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)越大其所占比例越小。為了進一步降低這部分氮氧化物的生成，我公司采用了雙級燃盡風(示意圖見4-3)技術。此技術將燃盡風分為高位燃盡燃盡風和低位混合燃盡風。分段后的燃盡風在保證主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)處于0.750.85的同時，通過對燃盡風的分層實現(xiàn)了降低未燃盡碳進入富氧區(qū)域的比例。低位混合燃盡風將主

4、燃燒區(qū)域的過量空氣系數(shù)提高到0.95左右同時，對爐內煙氣進行了進一步的混合，即有利于氮氧化物的還原又有利于煤粉的燃燒。在確保還原氣氛的情況下，將進入高位燃盡區(qū)的未燃盡碳降至約5%，同時將主燃燒區(qū)由于混合不均勻而無法得到還原的氮氧化物還原，最終使排出爐膛的氮氧化物大大降低。高位燃盡燃盡風送入爐膛后，形成富氧燃燒區(qū)。此時空氣量雖多，但因火焰溫度低，且煤中析出的大部分燃料在主燃區(qū)已反應完成，最終氮氧化物生成量不大，同時空氣的供入使煤粉顆粒中剩余焦炭充分燃盡，保證煤粉的高燃燒效率，最終爐內垂直空氣分級燃燒可使氮氧化物生成量降低。圖1 噴口布置圖3.改造方案本次改造設計理念采用空氣分級原理，結合濃淡分離

5、技術及局部燃料分級原理3。根據(jù)鍋爐目前運行狀況，此次方案各層風管標高基本不變，燃燒器維持原來切圓不變，在標高16m和18m處增加兩層燃盡風噴口（見圖1）。一次風管采用水平濃淡，一次風噴口采用耐磨、耐高溫材質制造，滿足鍋爐運行的需要。所有一次風耐熱噴口更換為新型結構。一次風煤粉噴口在淡側布置有側偏風，保護噴口，改善噴口區(qū)域氧化性氣氛，防止結焦。為了避免采用分級燃燒后主燃燒區(qū)風量減少帶來的動力場變化，二次風噴口根據(jù)低氮燃燒的配風要求進行更換。下二次風噴口面積減小，保證此層氣流剛性，增強托粉效果；C層二次風采用部分偏置二次風，分離部分二次風偏向水冷壁，改善水冷壁附近氧化性氣氛，降低結焦風險。燃盡風布

6、置在標高16米和18米左右；燃盡風為兩層布置，風量占總風量的24%左右（見表1）；噴口內葉片可以實現(xiàn)上下20度擺動，左右15度擺動，假想切圓直徑為600mm。4. 運行數(shù)據(jù)及分析4.1改造前鍋爐情況 表1改造前后配風對比表參數(shù)名稱改造前改造后一次風率（%）3028二次風率（%）65.8344燃盡風率（%）/24一次風速（m/s）3030二次風速（m/s）4545燃盡風速（m/s）/45一次風溫（）6060二次風溫（）325325燃盡風溫（）/325南化公司#1鍋爐改造前，委托設計方針對鍋爐經常出現(xiàn)的負荷做摸底試驗。通過燃燒中觀察，燃燒器噴口處有結焦現(xiàn)象，水冷壁壁面比較干凈。有些二次風門有卡塞、

7、變形現(xiàn)象，故顯示的二次風門開度，不準確。根據(jù)試驗結果，鍋爐煙氣中 NOx排放濃度在750mg/Nm3左右，鍋爐效率在90%以下。（詳細情況見表2） 表2 摸底試驗數(shù)據(jù)表項目單位數(shù)據(jù)工況編號T1T2T3T4工況負荷t/h180180220220煤粉細度R90A側%22201920B側%21181819一次風壓A側kPa2.2 2.2 2.3 2.3 B側kPa2.1 2.1 2.3 2.3 二次風壓A側kPa1.8 1.4 2.6 2.1 B側kPa1.9 1.5 2.6 2.1 熱風溫度A側279278290276B側276276285287進風溫度A側20.7 21.1 19.7 19.7

8、B側18.6 19.8 18.7 20.7 BB層二次風門開度%90809080AB2層二次風門開度%75807580AB1層二次風門開度%75807580AA層二次風門開度%100100100100低溫空預器出口實測60分鐘平均值（標態(tài)）NOxmg/Nm³671 701 723 681 COmg/Nm³17 12 5 9 O2%3.61 3.91 3.80 2.70 鍋爐出口氧量（高省出口）A側%3.41 3.62 3.60 2.85 B側%3.35 3.50 3.42 2.37 主汽系統(tǒng)溫度524.2 526.2 526.6 528.0 流量t/h185.6 186.3

9、 218.8 210.2 壓力kPa9.03 8.97 9.01 8.99 減溫水量t/h19.5 18.4 17.5 19.2 主給水系統(tǒng)溫度188.6 190.2 198.8 198.8 流量t/h188.4 192.7 217.9 210.8 爐膛出口煙溫A側870.0 878.0 921.0 878.0 B側844.0 844.0 954.0 913.0 排煙溫度A側135.0 135.0 138.3 138.3 B側131.0 130.5 140.2 135.2 飛灰含碳量取樣值%3.03 2.37 2.71 3.50 修正值%2.67 2.09 2.38 3.08 爐渣含碳量%8.

10、16 8.52 5.96 5.47 鍋爐效率%88.75 89.26 90.87 89.76 4.2改造后鍋爐情況南化公司委托設計方完成了#1鍋爐低氮燃燒器改造后的熱態(tài)調試工作，并對以后運行工作進行指導。通過熱態(tài)測試的結果看：（詳細數(shù)據(jù)見表3）（1）由于對鍋爐尾部受熱面進行了改造，排煙溫度低于原設計值8左右，比未改造前實際運行溫度低約20，故排煙熱損失減少了約1.3%，鍋爐效率比改造前增加了約1%；（2）為保證燃盡率，將煤粉細度R90由原來的22%降低到18%左右，低氮燃燒器改造后飛灰和爐渣可燃物沒有明顯增加。（3）工況T1、T2、T3和T4分別采用了倒塔配風、均等配風、正塔配風及束腰配風，進

11、行對比發(fā)現(xiàn)，正塔配風對于降低NOx排放效果優(yōu)于其他形式。（4）通過工況T4發(fā)現(xiàn)，上層燃盡風100%開度，下層燃盡風50%開度，降低NOx效果最佳，折算到6%O2下的NOx排放濃度顯著下降，排放濃度值為325mg/Nm3；飛灰可燃物含量為3.26%，爐渣可燃物含量為9.7%。（5）測試中，減溫水量與摸底試驗相比較，沒有明顯升高，維持在20t/h左右。（6）通過觀察，燃燒器噴口區(qū)域的結焦情況有所緩解。表3 熱態(tài)調試數(shù)據(jù)表項目單位數(shù)據(jù)工況編號T1T2T3T4T5工況負荷t/h220220220220180煤粉細度R90A側%1818181818B側%1717171717一次風壓A側kPa2.2 2.

12、2 2.1 2.1 2.0 B側kPa2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 二次風壓A側kPa2.3 2.1 2.4 2.3 1.8 B側kPa2.3 2.2 2.3 2.2 1.9 熱風溫度A側279289305310279B側276285302310276進風溫度A側20.7 21.1 20.8 25.7 20.7 B側18.6 19.8 20.1 23.7 18.6 上層燃盡風風門開度%50505010050下層燃盡風風門開度%10010010050100BB層二次風門開度%10090508050AB2層二次風門開度%9090656565AB1層二次風門開度%9090806580AA層

13、二次風門開度%8090908090周界風風門開度%5050505050低溫空預器出口實測60分鐘平均值（標態(tài)）NOxmg/Nm³411 358 341 325 365 COmg/Nm³12 9 11 14 11 O2%3.50 3.26 3.40 3.00 3.20 鍋爐出口氧量（高省出口）A側%3.20 2.84 3.20 2.85 3.04 B側%3.11 3.15 1.50 2.54 2.98 主汽系統(tǒng)溫度524.2 526.2 524.6 528.0 525.5 流量t/h215.8 217.3 218.8 210.2 183.6 壓力kPa9.03 9.01 9.

14、01 8.99 9.03 減溫水量t/h18.2 21.2 18.8 22.0 19.5 主給水系統(tǒng)溫度220.0 217.0 215.0 215.0 201.0 流量t/h219.4 217.0 213.0 215.0 203.0 爐膛出口煙溫A側/942.0 962.0 877.0 B側947.0 962.0 954.0 954.0 892.0 排煙溫度A側110.4 114.2 109.5 115.4 109.4 B側108.6 111.6 110.4 112.6 113.2 飛灰含碳量取樣值%3.50 2.80 3.26 3.70 3.77 修正值%3.08 2.46 2.87 3.26 3.32 爐渣含碳量%7.56 7.52 5.96 9.70 5.87 鍋爐效率%93.04 92.65 91.87 92.47 92.13 5. 優(yōu)化運行根據(jù)熱態(tài)調試結果，結合鍋爐運行的實際情況，進一步對運行操作優(yōu)化：（1）控制煤粉細度R90在18%左右；（2）爐膛出口氧量（高省出口），高負荷時控制在2.0%3.0%，低負荷時控制在3.0%左右；