燃煤電站鍋爐先進(jìn)低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用及運(yùn)行方式的研究

1、電站燃煤鍋爐先進(jìn)低氮燃燒技術(shù)的研究及應(yīng)用華東電力試驗(yàn)研究院華東電力試驗(yàn)研究院2前言前言n國(guó)內(nèi)外應(yīng)用狀況n目前引進(jìn)技術(shù)存在的問題n技術(shù)的代表性n具有改造特征，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)技術(shù)驗(yàn)證程度不是很高n存在不完善n產(chǎn)業(yè)化存在的困難n設(shè)計(jì)/調(diào)試/運(yùn)行環(huán)節(jié)割裂n缺乏長(zhǎng)期數(shù)據(jù)（工程實(shí)際/實(shí)驗(yàn)室）支持n價(jià)格因素（綜合成本核算問題）n試圖解釋的問題n基本知識(shí)介紹n存在問題的討論n目前能做的工作3目前國(guó)內(nèi)低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)低氮燃燒技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀n綜合技術(shù)應(yīng)用程度n設(shè)計(jì)領(lǐng)域的現(xiàn)狀n模型完善程度n中間試驗(yàn)完備性n商業(yè)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)（模型驗(yàn)證過程） n制造廠標(biāo)準(zhǔn) 4目錄目錄v第一章第一章 環(huán)保問題現(xiàn)狀環(huán)保問題現(xiàn)狀v第二章第二

2、章 NOxNOx的生成和抑制機(jī)理的生成和抑制機(jī)理v第三章第三章 低氮燃燒技術(shù)發(fā)展歷程和低氮燃燒技術(shù)發(fā)展歷程和 當(dāng)前先進(jìn)低當(dāng)前先進(jìn)低NOxNOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù)v第四章第四章 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究成果當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究成果v第五章第五章 技術(shù)應(yīng)用及工程實(shí)踐技術(shù)應(yīng)用及工程實(shí)踐v第六章第六章 測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介測(cè)試技術(shù)簡(jiǎn)介5第一章第一章 環(huán)保問題現(xiàn)狀環(huán)保問題現(xiàn)狀nNOx排放量（尤其是固定源）逐年增加n原排放標(biāo)準(zhǔn)寬松n2003版新標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)了n新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了三個(gè)時(shí)段使用不同燃料鍋爐的排放標(biāo)準(zhǔn)n對(duì)燃料/容量等因素仍未考慮周全n對(duì)減排的實(shí)施方法未有具體方案n排放考核的最終趨勢(shì)（火電廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)GPS-發(fā)電績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)Gene

3、ration Performance Standard ）第二章第二章 NOxNOx的生成和抑制機(jī)理的生成和抑制機(jī)理 72.1 煤燃燒所生成的NOx的類型n熱力型NO -由燃燒氣體中的氮在高溫下與氧反應(yīng)生產(chǎn) n燃料型NO -燃料本身固有氮化合物在燃燒時(shí)轉(zhuǎn)化而成 n瞬發(fā)型NO -分子氮在火焰前沿的早期階段，在碳?xì)浠衔锏膮⑴c影響下，通過中間產(chǎn)物轉(zhuǎn)換為NO 82.2 熱力型NO的生成機(jī)理n空氣中的氮在燃燒室的高溫下被氧化成NO的機(jī)理是相當(dāng)復(fù)雜的，一般認(rèn)為按下列鏈鎖反應(yīng)（Zeldovich熱力型NOX機(jī)理）進(jìn)行： O22O，鏈的形成與中斷； t1538，N2+ON+NO 鏈的發(fā)展； t816， N

4、+O2 NO+O 鏈的發(fā)展。 92.3 燃料型NO的生成機(jī)理n燃料氮是燃煤過程中NOx的主要來(lái)源，占鍋爐NOX排放總量的60%80%； n根據(jù)煤種的不同，揮發(fā)份氮生成的NOx占燃料氮總NOx的60%80%，焦碳氮生成的占20%40%；通過迅速的，生成N2，N2O，NO等物質(zhì)，而則通過生成氮氧化物，其所需的時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于揮發(fā)分氣化所需時(shí)間。 n煤脫除揮發(fā)分的程度隨著溫度的升高不斷增大。初級(jí)脫揮發(fā)分放出焦油等物質(zhì)，其中含氮量與原煤含氮量相近；次級(jí)脫揮發(fā)分放出甲烷、氫氣等氣體，有研究表明當(dāng)溫度超過1300時(shí)，燃料型NOx的生成將被抑制。n在燃燒溫度高于800時(shí)，NO主要來(lái)源于揮發(fā)分氮，在較低溫度下，焦碳

5、中的殘留氮?jiǎng)t是NOx的主要來(lái)源。此外，煤的揮發(fā)分含量越高（燃料比FC/V較小），則NO的生成量會(huì)更多。另外，隨著燃料中氮含量的增加，燃料氮的轉(zhuǎn)化率趨勢(shì)是降低的，但總量確是升高的；此外，燃料氮的轉(zhuǎn)化率而隨氧氣濃度的平方而增加。10煤的初次和二次裂解n煤的燃燒模型通?；谝韵碌募僭O(shè)，即煤的轉(zhuǎn)化按照以下三個(gè)步驟進(jìn)行：原煤的熱解、揮發(fā)分的燃燒和焦碳的燃盡。熱解通常又被認(rèn)為有兩個(gè)過程 ,即-煤組分分離并析出揮發(fā)分 主要產(chǎn)物即焦碳（char）、煤焦油（ tar ：CxHyOz類物質(zhì)）和氣體產(chǎn)物（CO、CO2、H2、H2O和少量烴、CmHn（主要是C2H4）的混合物 ）。-主要是焦油的熱解 焦油的二次熱解主

6、要產(chǎn)物為碳黑（soot)、氫氣、低階的碳?xì)浠衔锖鸵谎趸肌?11煤裂解時(shí)氮的分布12煤的初次/二次裂解示意圖13燃料氮的演化路徑示意圖（1）14燃料氮的演化路徑示意圖（2）15燃料氮的演化路徑示意圖（3）COAL NITROGENVOLATILE-NTAR NHCNNCONO+Chi Fenimore Prompt NON2ON2+O Zekdivuch+N,NHiCHAR-N+ChiReburning NH3+NO+NO+NO,N+H,O,OH+O2,O+H+O+O,OHHeterogeneousOxidation燃料氮的演化路徑示意圖燃料氮的演化路徑示意圖16焦碳氮占燃料氮比例與爐膛溫度

7、關(guān)系（實(shí)驗(yàn)爐）17不同煤種（揮發(fā)份由低到高）焦碳氮?dú)埩袅孔兓瘓D（實(shí)驗(yàn)爐）182.4抑制燃料氮生成NOx的關(guān)鍵因素抑制燃料氮生成NOx的關(guān)鍵是：在還原氣氛下，HCN對(duì)于促使氮生成N2起重要作用，在N2的生成持續(xù)進(jìn)行時(shí)，HCN不允許被耗盡；HCN的一個(gè)來(lái)源是NO被CHi還原，是主要破壞NO的再燃反應(yīng)；均相/異相NO破壞原理：空氣分級(jí)燃燒（燃盡區(qū)之前的長(zhǎng)時(shí)間尺度過程）的異相反應(yīng)中的NO的分解并非是NO還原的主要途徑。對(duì)于幾乎所有的煤種來(lái)說(shuō)，燃料富集條件下均相反應(yīng)中NO的分解速率將首先依賴于NH3，以及更為上游處火焰中OH的平衡濃度。 19第第2 2章小結(jié)章小結(jié)n燃料氮是燃煤鍋爐NOx的主要來(lái)源（生成

8、容易）n燃料氮生成NOx的主要路徑n關(guān)于燃料氮的主要結(jié)論20第三章第三章 低氮燃燒技術(shù)發(fā)展歷程和低氮燃燒技術(shù)發(fā)展歷程和 當(dāng)前先進(jìn)低當(dāng)前先進(jìn)低NOxNOx燃燒技術(shù)燃燒技術(shù) 控制NOX排放的技術(shù)措施可分為兩大類：n一是所謂的，其特征是通過各種技術(shù)手段，控制燃燒過程中NOX的生成反應(yīng)。從NOX生成的機(jī)理中可知從燃燒側(cè)減少NOX生成量的基本條件有：降低燃燒區(qū)溫度和氧的濃度、縮短煙氣在高溫燃燒區(qū)中停滯時(shí)間，防止產(chǎn)生局部高溫區(qū)、采用低NOX燃燒器、使用含氮量少的燃料等方法。屬于這類措施的有所有的運(yùn)行改進(jìn)措施和除燃料分級(jí)技術(shù)外的燃燒技術(shù)措施。n二是所謂的，其特征是把已經(jīng)生成的NOX通過某種手段還為N2，從而

9、降低NOX的排放量。屬于這類措施的有選擇性催化還原法（SCR）、非催化還原法（SNCR），以及80年代后期才出現(xiàn)的燃料分級(jí)燃燒技術(shù)。 21燃煤鍋爐爐內(nèi)脫硝技術(shù)發(fā)展22低氮燃燒技術(shù)發(fā)展史23低氮燃燒技術(shù)的發(fā)展歷史（1）n 第一代第一代低低NONOX X燃燒技術(shù)措施燃燒技術(shù)措施 這一代措施不要求對(duì)燃燒系統(tǒng)做大的改動(dòng)，只是對(duì)燃燒裝置的運(yùn)行方式或部分運(yùn)行方式做調(diào)整或改進(jìn)。因此簡(jiǎn)單易行，可方便地用于現(xiàn)役裝置，但NOX的降低幅度十分有限。v低過剩空氣系數(shù)運(yùn)行v降低助燃空氣預(yù)熱溫度 v濃淡燃燒技術(shù) v爐膛內(nèi)煙氣再循環(huán) v部分燃燒器退出運(yùn)行 24低氮燃燒技術(shù)的發(fā)展歷史（2）n第二代低第二代低NOXNOX燃燒技

10、術(shù)措施燃燒技術(shù)措施 這一代措施的特征是助燃空氣分級(jí)送入燃燒裝置，從而降低初始燃燒區(qū)（也稱一次區(qū)）的氧濃度，相應(yīng)地也降低火焰的峰值溫度。典型產(chǎn)品：典型產(chǎn)品： ABB-CE公司的整體爐膛空氣分級(jí)直流燃燒器、 同軸燃燒系統(tǒng)（CFS、CFS、CFS）、 低NOX同軸燃燒系統(tǒng)（LNCFS 、 、 ）及其種類繁多的 變異型式、 TFS2000燃燒系統(tǒng)； B&W公司的雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器（DRB、DRB-XLC）； 德國(guó)EVT公司、 Steinmuller公司、Babcook公司（DS系列）的各種旋流燃燒器等等。 25空氣分級(jí)爐內(nèi)NO的變化趨勢(shì)26空氣分級(jí)爐內(nèi)過剩空氣系數(shù)對(duì)NO和UBC的影響27第二代低

11、NOx燃燒技術(shù)措施（1）爐膛內(nèi)整體空氣分級(jí)低爐膛內(nèi)整體空氣分級(jí)低NOX直流燃燒器直流燃燒器 技術(shù)關(guān)鍵有三點(diǎn)：要合理確定燃盡風(fēng)噴口與最上層煤粉噴口的距離。距離大，分級(jí)效果好，NOX下降幅度大，但飛灰可燃物會(huì)增加。合適的距離與爐膛結(jié)構(gòu)、燃料種類有關(guān)。燃盡風(fēng)量要恰當(dāng)。風(fēng)量大，分級(jí)效果好，但可能引起燃燒器區(qū)域因嚴(yán)27重缺氧而出現(xiàn)受熱面結(jié)渣和高溫腐蝕。合理的燃盡風(fēng)量對(duì)于燃煤爐約為20%左右，燃?xì)?、燃油爐可以再高一些。燃盡風(fēng)要有足夠高的流速，以保證與煙氣的良好混合。28美國(guó)CE公司低氮燃燒系統(tǒng)系列緊湊二次風(fēng)整體分級(jí)型二次風(fēng)油偏置二次風(fēng)煤粉分割燃盡風(fēng)傳統(tǒng)型LNCFS型 LNCFS型 LNCFS型1同軸燃燒系

12、統(tǒng)同軸燃燒系統(tǒng)（TheConcentricFiringSystem）CFS、CFS2低低NOx同軸燃燒系統(tǒng)同軸燃燒系統(tǒng)：LNCFSTM、組合型OFA(CCOFA)和分離型OFA(SOFA)是LNCFSTM燃燒系統(tǒng)的基本手段。3TFS2000燃燒系統(tǒng)：燃燒系統(tǒng)：TFS2000TMR燃燒技術(shù)是將精確的爐膛化學(xué)反應(yīng)控制、磨制煤粉細(xì)度控制、初級(jí)燃燒過程控制和CFSTM集中燃燒完整結(jié)合在一起，達(dá)到對(duì)NOX生成、未燃燼碳損失和CO生成的最佳控制。29TFS2000燃燒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：n提前析出揮發(fā)分的控制 （火焰前端煤粉噴嘴 ）；n水平偏置的二次風(fēng)； n兩級(jí)布置的燃盡風(fēng) ：-緊湊布置的燃盡風(fēng)（CCOFA）：

13、改善碳的燃盡，有助于整體NOX排放的控制 -多層的低位和高位分離的燃盡風(fēng)（L-SOFA，H-SOFA）：為鍋爐整個(gè)運(yùn)行范圍提供靈活的分級(jí)能力。 30第二代低NOx燃燒技術(shù)措施（2）空氣分級(jí)低空氣分級(jí)低NOx旋流燃燒器旋流燃燒器 這種燃燒器的特點(diǎn)是在其出口實(shí)現(xiàn)助燃空氣逐漸混入煤粉空氣射流，其難點(diǎn)是要準(zhǔn)確地控制燃燒器區(qū)域燃料與助燃空氣的混合過程，以阻止燃料氮轉(zhuǎn)化為NOx的反應(yīng)和熱力型NOx的生成，同時(shí)又要保證較高的燃燒效率。其做法是通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制燃燒器喉部燃料和空氣的動(dòng)量以及射流的流動(dòng)方向。31Babcook公司旋流燃燒器的發(fā)展32旋流燃燒器一/二/三次風(fēng)旋流片角度組合所對(duì)應(yīng)的火焰圖象3

14、3Babcook公司早期的旋流燃燒器（不分級(jí)）34Babcook公司最新的旋流燃燒器（DS系列分級(jí)）35Babcook公司旋流燃燒器發(fā)展史36BHK公司最新的旋流燃燒器結(jié)構(gòu)圖37日立公司（HIT）HT-NR系列旋流燃燒器（1）n日立公司從20世紀(jì)70年起開始研究低NOX燃燒器，并首先研發(fā)出基于“In-Flame”技術(shù)的HT-NR系列低氮旋流燃燒器。新研發(fā)的HT-NR2型（1992年）和HT-NR3型（1997年）燃燒器在日本國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用并贏得了良好的聲譽(yù)。由于其長(zhǎng)期致力于低NOX燃燒技術(shù)的研究和其杰出的貢獻(xiàn)而榮獲日本機(jī)械工程師協(xié)會(huì)（JSME）頒發(fā)的獎(jiǎng)?wù)?，這相當(dāng)于日本國(guó)家環(huán)保局的最高榮

15、譽(yù)。 普通燃燒器普通燃燒器（改造前）（改造前）HT-NR4#HT-NR21# 2#HT-NR33#0100NOx排放率（排放率（%）INKOO電站改造前后電站改造前后NOx排放率比較排放率比較對(duì)比條件：相等的飛灰含碳量Polish&Russian煤38日立公司（HIT）HT-NR系列旋流燃燒器（2）nHT-NR系列燃燒器采用了“擴(kuò)大回流和縮短火焰”的低氮燃燒技術(shù)，在降低NOX的同時(shí)可保證未燃盡碳含量不升高。n最新的HT-NR3型燃燒器具有以下技術(shù)特點(diǎn)：1 擴(kuò)大了穩(wěn)焰環(huán)周圍的回流區(qū)，而在還原區(qū)內(nèi)由于采用“IN-FLAME”技術(shù)，燃燒率增強(qiáng)，以確保未燃盡碳不升高。2 通過導(dǎo)向襯套將三次風(fēng)從

16、燃燒器噴口處的高溫還原區(qū)內(nèi)分離開來(lái)。 39日立公司（Hitachi NR系列旋流燃燒器示意圖）40BHK公司NR3型旋流燃燒器示意圖41BHK燃燒器發(fā)展史42低氮燃燒技術(shù)的發(fā)展歷史（3）n第三代第三代低低NOxNOx燃燒技術(shù)措施燃燒技術(shù)措施n這一代措施的主要特征是空氣和燃料都是分級(jí)送入爐膛，燃料分級(jí)送入可在燃燒器區(qū)的下游形成一個(gè)富集NH3、CmHn、HCN的低氧還原區(qū)，燃燒產(chǎn)物通過此區(qū)時(shí)，已經(jīng)生成的NOX會(huì)部分地被還原為N2。n屬于這一代措施是空氣燃料分級(jí)低NOX旋流燃燒器和用于切圓燃燒方式的三級(jí)燃燒。n典型產(chǎn)品： 三菱重工：MACT；川崎的KVC大容積燃燒技術(shù)；巴布科克（Babcock）的I

17、FNR；斯坦米勒（Steinmuller）的NOx-RIF技術(shù)。 43日本三菱重工（MHI）MACT系統(tǒng)（1）n三菱開發(fā)的低氮燃燒系統(tǒng)采用稱為“MACT”（Mitsubishi Advanced combustion technology）的分級(jí)燃燒技術(shù)，它包括：-A-PM（Advanced Pollution minimize）濃稀相低NOX燃燒器；-AA燃盡風(fēng)；-MRS（Mitsubishi Rotary Separator）超細(xì)旋轉(zhuǎn)煤粉分離器和煙氣再循環(huán)等一系列低氮燃燒技術(shù)。采用這種再燃技術(shù)后總體上可以減少50左右的NOX量。 44日本三菱重工（MHI）MACT系統(tǒng)（2）nPM低氮燃燒器

18、實(shí)際是一種水平濃稀相直流燃燒器，由于采用組合風(fēng)道技術(shù)，特別適用于舊鍋爐燃燒器改造，而且這種燃燒器噴口常做成可擺動(dòng)式，可獲得更好的分級(jí)燃燒效果。n三菱重工的低氮燃燒技術(shù)從1973年起開始至今已發(fā)展至第5代（見圖4-9），最新的A-PM+TwostagedAA+MACT技術(shù)可將爐膛出口的NOX濃度降低至100ppm以下。 三菱重工三菱重工MACT技術(shù)用于日本燃煤鍋爐技改表技術(shù)用于日本燃煤鍋爐技改表01002003004005006007001978198219861990199519992003NOx（ppm）傳統(tǒng)燃燒器SGRPMPM+MACPM+MACT（Two-Staged AA）（燃煤鍋爐）

19、200（6%O2）400300A-PM+MACT（Two-Staged AA）45開發(fā)廠商 所屬系列 技術(shù)代號(hào) 開發(fā)年代 主要技術(shù)特征 第二代 CFS 80 年代初 一二次風(fēng)同軸同向雙切圓燃燒 第二代 CFS 80 年代初 一二次風(fēng)同軸反向雙切圓燃燒 低 NOx 同軸燃燒系統(tǒng)（第二代） LNCFSTM 20 世紀(jì) 90 年代初 頂部煤粉噴口集中布置，同向雙切圓燃燒 同上 LNCFSTM 20 世紀(jì) 90 年代初 分離的燃盡風(fēng)噴口（SOFA） ，同軸雙切圓燃燒 同上 LNCFSTM 20 世紀(jì) 90 年代初 在 LNCFSTM基礎(chǔ)上再增加分離的燃盡風(fēng)噴口 ABB-CE 第二代 TFS2000TM

20、R 最新 繼承 LNCFSTM的特點(diǎn)、采用火焰前端煤粉噴嘴、增加緊湊布置的燃盡風(fēng)、活性分區(qū)風(fēng)量配比控制 B&W 公司 第二代 DRB、 DRB-XLC 雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒 EVT 公司 第二代 最新 類似于 LNCFSTM、 燃燒器為濃稀相組合式 第二代 旋流燃燒器 Steinmuller 第三代 NOx-RIF 再燃爐內(nèi)脫硝 第二代 DS 系列 20 世紀(jì) 90 年代初 分級(jí)旋流燃燒器 Babcook 第三代 IFNR 再燃爐內(nèi)脫硝 日本三菱 重工公司 第三代 MACT 系列 自1973年起，目前為第5代 A-PM 燃燒器+ AA 燃盡風(fēng)+ MRS超細(xì)旋轉(zhuǎn)煤粉分離器 日本日立 公司 第二

21、代 HT-NR1、2、3系列 1970 1992 1997 低氮旋流燃燒器，采用“In-Flame”技術(shù)-擴(kuò)大回流和縮短火焰 日本石川島重工電站部 第二代 INPACT 煙氣混合系統(tǒng)+IHI-FW DF 型低氮燃燒器+過燃風(fēng)，風(fēng)量根據(jù) NOx 濃度在線調(diào)整 46第3章小結(jié)n典型技術(shù)（空氣+燃料分級(jí)）n問題：煤種、直流燃燒器少n設(shè)備配備n良好n靈活性強(qiáng)n根據(jù)設(shè)計(jì)配置n自動(dòng)及檢測(cè)47第四章 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究成果n4.1 國(guó)外研究機(jī)構(gòu) 德國(guó)斯圖加特大學(xué)-KLAUS R.G.HEIN教授，采用FG-DVC動(dòng)力學(xué)模型 美國(guó)亞利桑那大學(xué)化學(xué)工程所 -J.O.L. Wendt等人，應(yīng)用Glargorg et

22、al.的氣相反應(yīng)動(dòng)力學(xué)機(jī)理 主要制造商n4.2 國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu) 清華大學(xué) 西安交大 煤研所 上海交大n4.3 主要成果48國(guó)外低氮燃燒技術(shù)機(jī)理研究成果n1 1 低氮燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵低氮燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵 設(shè)計(jì)低氮燃燒系統(tǒng)必須掌握爐內(nèi)三個(gè)區(qū)域的化學(xué)有限反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和湍流流動(dòng)的相互作用：即 著火區(qū)：著火區(qū)：研究瞬時(shí)尺度現(xiàn)象：包括點(diǎn)火、脫去揮發(fā)份等微擴(kuò)散作用，主要控制揮發(fā)分氮的演化，屬于火焰模式； 還原區(qū)：還原區(qū)：研究長(zhǎng)時(shí)間尺度現(xiàn)象，即在空氣/燃料分級(jí)下發(fā)生在氣相帶內(nèi)過程所描述的反應(yīng)，并控制焦碳氮的演化，屬于反應(yīng)模式； 燃盡區(qū)：燃盡區(qū)：在燃盡風(fēng)或三次風(fēng)（再燃燃料）加入點(diǎn)，瞬時(shí)尺度和長(zhǎng)時(shí)間尺度同時(shí)交互的區(qū)域

23、的氣體混合及動(dòng)力學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象。 和對(duì)建模來(lái)說(shuō)是困難的，但絕不可忽視。而第二區(qū)域已取得了很好的效果。49國(guó)外低氮燃燒技術(shù)機(jī)理研究成果n2 2 著火和穩(wěn)定著火距離的重要性著火和穩(wěn)定著火距離的重要性 設(shè)計(jì)低NOX燃燒器的關(guān)鍵是燃料在后期與所需空氣充分混合之前建立一個(gè)穩(wěn)定的燃料著火區(qū)。其中：研究揮發(fā)份氮的演化，主要依賴于二次風(fēng)與煤揮發(fā)份的混合；研究焦碳氮的演化，主要依賴于大部分早期混合現(xiàn)象后的長(zhǎng)時(shí)間尺度模型。50國(guó)外低氮燃燒技術(shù)機(jī)理研究成果關(guān)于著火和著火距離上的結(jié)論是：關(guān)于著火和著火距離上的結(jié)論是：越早接觸火焰，揮發(fā)份中的氮便能越早釋放，在噴口還原性氣氛條件下，只有極少會(huì)轉(zhuǎn)化成NOX；焦碳氮轉(zhuǎn)化很慢，只

24、與當(dāng)?shù)乜諝鈩?dòng)力學(xué)有關(guān)。與NOX生成最有關(guān)的因素是著火點(diǎn)處氧氣的分壓，與著火距離相當(dāng)有關(guān)；低NOX燃燒器性能依賴于煤點(diǎn)火特性、燃料揮發(fā)份氮含量和揮發(fā)份氮未析出前煤揮發(fā)份消耗氧氣的能力。這些均表明煤氮和低NOX燃燒器的設(shè)計(jì)總體上不能與煤的燃燒特性隔離開來(lái)。51國(guó)外低氮燃燒技術(shù)機(jī)理研究成果n3 3 空氣分級(jí)時(shí)各項(xiàng)參數(shù)濃度梯度的變化空氣分級(jí)時(shí)各項(xiàng)參數(shù)濃度梯度的變化延長(zhǎng)停滯時(shí)間并非越長(zhǎng)越好，（0.38秒HCN將耗盡）；二次反應(yīng)區(qū)仍應(yīng)保持還原性氣氛；多級(jí)分級(jí)效果好。n4 4 空氣空氣/ /燃料分級(jí)的機(jī)理燃料分級(jí)的機(jī)理燃料分級(jí)時(shí)，燃料富集區(qū)域的溫度一般比空氣分級(jí)低；還原區(qū)CH濃度遠(yuǎn)比空氣分級(jí)燃料富集區(qū)域的高

25、；用煤粉作再燃燃料比氣體燃料效果要差一些；52國(guó)外低氮燃燒技術(shù)機(jī)理研究成果n5 5 再燃和空氣分級(jí)條件下燃料氮的動(dòng)力學(xué)特性再燃和空氣分級(jí)條件下燃料氮的動(dòng)力學(xué)特性 燃料氮的演化過程中的關(guān)鍵內(nèi)容：燃料氮的演化過程中的關(guān)鍵內(nèi)容：在還原氣氛下，HCN對(duì)于促使氮生成N2起重要作用，在N2的生成持續(xù)進(jìn)行時(shí)，HCN不允許被耗盡；HCN的一個(gè)來(lái)源是NO被CHi還原，是主要破壞NO的再燃反應(yīng)；氧化氣氛下的微擴(kuò)散效應(yīng)：即使在無(wú)HCN和NH3的氧化氣氛下，燃料氮（甚至氣相揮發(fā)份）也并非全能轉(zhuǎn)化為NO，緣于獨(dú)立煤粉顆粒在脫去揮發(fā)份時(shí)的微擴(kuò)散效應(yīng)。均相/異相NO破壞原理：空氣分級(jí)燃燒長(zhǎng)時(shí)間尺度過程-燃盡區(qū)之前的異相反應(yīng)

26、中的NO的分解并非是NO還原的主要途徑。對(duì)于幾乎所有的煤種來(lái)說(shuō)，燃料富集條件下均相反應(yīng)中NO的分解速率將首先依賴于NH3，以及更為上游處火焰中OH的平衡濃度。 53第4章小結(jié)v按照目前的認(rèn)識(shí)，的燃料型NO生成機(jī)理是理論界公認(rèn)的NO生成模型。v在過去的許多年中，國(guó)外的科研機(jī)構(gòu)對(duì)這些基本模型又進(jìn)行了不斷的研究和修正，又產(chǎn)生了一大批機(jī)理模型，從這些模型來(lái)看，基本形式均是相同的，均為一系列燃料氮演化過程產(chǎn)物的。所不同的則主要體現(xiàn)在采用的煤燃燒模型有所差異、使用的組分方程有多有少、反應(yīng)級(jí)數(shù)大小不一、計(jì)算所取的物質(zhì)種類及其初始濃度不同、分析以及驗(yàn)證模型時(shí)選擇的數(shù)值計(jì)算模型不同等等， v對(duì)于當(dāng)前對(duì)燃料氮的動(dòng)

27、力學(xué)機(jī)理的研究，采取不同的模型所獲得的結(jié)果確是基本相近的。在研究空氣分級(jí)或是燃料分級(jí)時(shí)，還原區(qū)模型與實(shí)驗(yàn)非常符合，而著火區(qū)和燃盡區(qū)的模型都還不太理想。54第五章第五章 技術(shù)應(yīng)用及工程實(shí)踐技術(shù)應(yīng)用及工程實(shí)踐n5.1 工程實(shí)踐n5.2 存在問題n5.3 未來(lái)展望555.1 5.1 工程實(shí)踐之一工程實(shí)踐之一-試驗(yàn)研究項(xiàng)目試驗(yàn)研究項(xiàng)目n石洞口電廠 -機(jī)組調(diào)試/性能試驗(yàn)/優(yōu)化n望亭發(fā)電廠 -低氮燃燒系統(tǒng)改造（調(diào)整及 鑒定），上海交通大學(xué)總體負(fù)責(zé)n華陽(yáng)后石電廠-性能試驗(yàn)/二次脫銷試驗(yàn)n高橋石化電廠-摻燒石油氣試驗(yàn)，同上海交 通大學(xué)合作，燃煤鍋爐摻燒天然氣課題示范n閔行發(fā)電廠 -降低NOx調(diào)整試驗(yàn)，制訂低氮

28、燃燒改造技術(shù)規(guī)范（進(jìn)行中）n課題研究 -大型燃煤電站鍋爐氮氧化物排放機(jī)理研究（華東電力集團(tuán)公司項(xiàng)目）565.1 5.1 工程實(shí)踐之二工程實(shí)踐之二-技術(shù)支持系統(tǒng)技術(shù)支持系統(tǒng)n性能優(yōu)化管理及系統(tǒng)n過再熱器系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)及壽命管理系統(tǒng)n煤的熱分析技術(shù)平臺(tái)n華東地區(qū)煤質(zhì)爐性數(shù)據(jù)庫(kù)n機(jī)組招標(biāo)/技術(shù)談判/設(shè)計(jì)規(guī)范/改造調(diào)試技術(shù)支持n熱控邏輯設(shè)計(jì)及調(diào)試技術(shù)支持575.1 5.1 工程實(shí)踐之三工程實(shí)踐之三-工程實(shí)踐的具體內(nèi)容工程實(shí)踐的具體內(nèi)容n石洞口電廠n消化吸收了有代表性的歐洲技術(shù)（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)行）n對(duì)安全性及經(jīng)濟(jì)性問題進(jìn)行了深入分析n加深了煤種（貧煤）對(duì)鍋爐綜合性能影響的理解n望亭電廠n對(duì)運(yùn)行可變因素進(jìn)行了全

29、面的試驗(yàn)n對(duì)分級(jí)理論進(jìn)行了試驗(yàn)論證n對(duì)分級(jí)燃燒對(duì)鍋爐熱力系統(tǒng)的影響初步摸索585.1 5.1 工程實(shí)踐之三工程實(shí)踐之三-工程實(shí)踐的具體內(nèi)容工程實(shí)踐的具體內(nèi)容n后石電廠n了解了最新一代的空氣+燃料分級(jí)系統(tǒng)n了解了有代表性的日本技術(shù)（結(jié)構(gòu)/控制）n了解了尾部脫硝技術(shù)n高橋電廠n對(duì)天然氣脫氮進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究（位置/摻燒比）59低氮燃燒系統(tǒng)控制技術(shù)調(diào)試/測(cè)試實(shí)績(jī) 石洞口電廠石洞口電廠 望亭電廠望亭電廠 后石電廠后石電廠n鍋爐容量 1025t/h 1025t/h 2000t/hn制造廠家 Steinmuller 上鍋廠 日本三菱重工n燃用煤種 貧煤 煙煤 煙煤n鍋爐燃燒方式 四角切圓 四角切圓 八角雙切圓

30、 n鍋爐最低穩(wěn)燃負(fù)荷 40%ECR 40%ECR 35%ECRn制粉系統(tǒng)形式 中儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉 HP MDM28R n低氮燃燒系統(tǒng) 類似LNCFS Level 近似SDK A-MACTn低氮燃燒系統(tǒng) 分級(jí)送風(fēng) 近似同SDK 燃燒優(yōu)化 控制方式 SOFA計(jì)量控制 空氣燃料均分級(jí)n原NOx排放濃度 8601050 720n改造后NOx排放濃度 500650 420520 300n飛灰含碳量 58 3.2 360江蘇望亭電廠14號(hào)爐低氮燃燒系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果32.16.72.72.3720615 617469428NOx（mg/Nm3)飛灰(%)空氣不分段高位磨擺角水平O2 4.2%低位磨擺角上擺O2 4.

31、2%低位磨擺角水平O2 4.5%低位磨擺角水平O2 3.5%61 石洞口電廠鍋爐低氮燃燒系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：n獨(dú)立火球理論 n燃燒區(qū)域風(fēng)量的定義n空氣分級(jí)低氮燃燒理論 n低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù) 62國(guó)內(nèi)部分四角切圓燃燒、固態(tài)排渣貧煤鍋爐NOx排放統(tǒng)計(jì)機(jī)組 容量 （MW） 燃料 Nar % 燃料 Var % 燃燒器形式 低氮燃燒系統(tǒng) 生產(chǎn)商 NOx排放量（mg/Nm3 6% O2） 最低不投油穩(wěn)燃 負(fù)荷 渭河電廠#5、#6 300 OFA 東鍋 800 陽(yáng)邏電廠#1、#2 300 1.12 11.87 直流式WR擺動(dòng)式濃淡燃燒器 OFA 800950 湖南石門#1、#2、湘潭#1、#2 300 0.91 14

32、.5 雙一次風(fēng)通道自穩(wěn)式+WR組合式燃燒器 哈鍋 湖北青山熱電廠 300 1.08 1.47 直流式WR燃燒器 960-1020 830-920 黃臺(tái)#7、#8 300 0.86 PM燃燒器 分級(jí)送風(fēng) 742920 華魯#1 300 0.85 WR燃燒器 分級(jí)送風(fēng) 787918 漢川#1、#2 300 1.05 WR燃燒器 分級(jí)送風(fēng) 744783 焦作電廠#1、#2 200 無(wú)煙煤 哈工大濃淡風(fēng)燃燒器 哈鍋 800 50% 焦作電廠#3#6 200 無(wú)煙煤 哈工大水平濃縮燃燒器 哈鍋 0.2%，為潛在腐蝕臨界點(diǎn)n煤中的含硫化合物；n高溫；n靠近爐墻的殘焦顆粒-與爐膛結(jié)構(gòu)爐膛結(jié)構(gòu)/燃燒器布置燃燒

33、器布置/煤粉或空氣氣流分配相關(guān)n缺氧-爐膛管壁氧化層加速脫落，使硫/氯腐蝕加劇。加強(qiáng)燃燒器區(qū)域加強(qiáng)燃燒器區(qū)域CO/O2CO/O2監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)n離線/在線監(jiān)測(cè)n采取CFD計(jì)算各種場(chǎng)n對(duì)直流燃燒器四角切圓燃燒則采用偏置風(fēng)。74第5章小結(jié)（2）續(xù)-熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)空氣/燃料分級(jí)低氮燃燒系統(tǒng)對(duì)原熱力系統(tǒng)原熱力系統(tǒng)的影響（對(duì)汽包爐）需考慮以下因素：n蒸發(fā)器吸熱量的變化n爐膛出口煙溫的變化n過熱器/再熱器/省煤器吸熱量的變化n排煙溫度的變化通?？諝夥旨?jí)或燃料分級(jí)將使燃燒中心上移，并使?fàn)t膛出口煙溫上升；（在一定的燃料在一定的燃料/ /細(xì)度細(xì)度/ /配風(fēng)條件下配風(fēng)條件下，因分級(jí)使還原區(qū)燃燒強(qiáng)度增強(qiáng)，將使蒸發(fā)量增加-高揮發(fā)份煤可能獲得降低過?？諝庀禂?shù)同樣的效果。）基于爐膛出口溫度上升的假設(shè)，需著重考慮以下問題：-控制系統(tǒng)對(duì)再熱器吸熱量增加的平衡能力；-省煤器在各種負(fù)荷下汽化的可能性；75對(duì)低氮燃燒系統(tǒng)改造/實(shí)際應(yīng)用的一些體會(huì)n技術(shù)路線n實(shí)施關(guān)鍵n運(yùn)行控制n數(shù)據(jù)積累7