低氮燃燒技術(shù)在鍋爐氮氧化物控制中的應(yīng)用

低氮燃燒技術(shù)在鍋爐氮氧化物控制中的應(yīng)用

0燃煤與nox排放電力工業(yè)是經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的基本行業(yè)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)的能源需求不斷增加。我國(guó)電力結(jié)構(gòu)以火電為主,火電廠燃煤量占全國(guó)煤炭消耗總量的50%左右,電力行業(yè)氮氧化物的排放也在全國(guó)NOX排放總量中占有較大比重。因此,控制火力發(fā)電廠氮氧化物的排放,對(duì)于控制氮氧化物的排放總量具有重要意義。1燃料nox的排放控制由前述可知,高溫和高的氧濃度是產(chǎn)生熱力NOX的根源。因此,減少熱力NOX的措施有:減少燃燒最高溫度區(qū)域范圍;降低燃燒峰值溫度;降低燃燒的過(guò)量空氣系數(shù)和局部氧氣濃度。燃料NOX的產(chǎn)生是由于燃料中的氮在燃燒過(guò)程中與含氧物質(zhì)反應(yīng)生成的NOX。燃料中的氮并非全部轉(zhuǎn)化為NOX,根據(jù)燃料和燃燒方式的不同,轉(zhuǎn)化率不同,一般在15%～30%。因此,控制燃料NOX的產(chǎn)生的措施有:減少過(guò)量空氣系數(shù);控制燃燒與空氣的前期混合;提高入爐的局部燃燒濃度;利用中間生成物反應(yīng)降低NOX產(chǎn)量。目前,通過(guò)控制爐內(nèi)燃燒以降低氮氧化物排放的方式主要有以下幾種:低過(guò)量空氣燃燒、低氮燃燒器(LNB)、空氣分級(jí)燃燒、燃燒分級(jí)燃燒技術(shù)。本文所述420t/h鍋爐主要采用了低氮燃燒器加空氣分級(jí)燃燒的方式降低氮氧化物,下面將給予詳細(xì)介紹。2萬(wàn)隆工廠420噸？h設(shè)備2.1鍋爐燃燒方式廣州市旺隆熱電有限公司一期工程裝機(jī)容量為2×100MW,鍋爐為東方鍋爐的高溫高壓自然循環(huán)煤粉爐,鋼構(gòu)架懸吊結(jié)構(gòu)、單爐膛露天布置、平衡通風(fēng)、四角切圓燃燒方式、固態(tài)排渣。燃燒器為改造后的低氮燃燒器,鍋爐主要參數(shù)見(jiàn)表1。2.2鍋爐一次風(fēng)系統(tǒng)燃燒系統(tǒng)采用正四角布置切向燃燒,切圓直徑616mm,切圓方向從爐頂往下為逆時(shí)針。鍋爐一次風(fēng)采用水平濃淡燃燒器,分四角布置,每角布置三層(第二、四、六層)一次風(fēng)噴口,第一、三、五、七層為二次風(fēng)噴口,其中在第一層、第五層二次風(fēng)噴口中布置有點(diǎn)火油槍及穩(wěn)燃油槍,在下一次風(fēng)口布置小油點(diǎn)火系統(tǒng)。燃燒器及油槍參數(shù)見(jiàn)表2,燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3。3燃盡風(fēng)系統(tǒng)的改造廣州市旺隆熱電有限公司2×420t/h鍋爐本次低氮燃燒系統(tǒng)改造由美國(guó)阿米那電力環(huán)保技術(shù)開(kāi)發(fā)(北京)有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、供貨和施工。本次改造主要分三個(gè)部分:低氮燃燒器的改造、燃盡風(fēng)系統(tǒng)的改造、制粉系統(tǒng)的改造。通過(guò)改造,將燃燒器改造為低氮燃燒器(小油點(diǎn)火系統(tǒng)未作改動(dòng)),同時(shí)將主燃燒器區(qū)域的風(fēng)量減少約20%,這20%的風(fēng)量通過(guò)燃盡風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入爐膛,參與燃燒。此外,還進(jìn)行了制粉系統(tǒng)粗粉分離器的改造,將原徑向式粗粉分離器改為軸向式粗粉分離器,在保證制粉出力的情況下,得到更好的煤粉細(xì)度和均勻性。3.1采用二次風(fēng)噴口改造本次改造采用阿米那公司專利的低NOX燃燒器,由于原燃燒系統(tǒng)下一次風(fēng)口已改造為小油點(diǎn)火系統(tǒng),因此本次改造下一次風(fēng)口未進(jìn)行改動(dòng)。中、上一次風(fēng)噴口改造為鈍體燃燒器,在燃燒器出口處形成卷吸,加強(qiáng)了煤粉氣流與高溫氣流的混合,強(qiáng)化了煤粉初始階段在低氧狀態(tài)下的燃燒。二次風(fēng)噴口改造后分為幾個(gè)窗口,其中一層有導(dǎo)向葉片,使部分二次分形成貼壁風(fēng),形成“風(fēng)包粉”的燃燒效果。這樣既降低了低氧燃燒狀態(tài)下水冷壁結(jié)焦的風(fēng)險(xiǎn),保證水冷壁表面清潔度,又在一定程度了強(qiáng)化了水冷壁的輻射換熱效果。燃燒器改造前后對(duì)比見(jiàn)圖1所示。3.2材料及燃燒方式在鍋爐主燃燒器區(qū)域上方7米處四面水冷壁上開(kāi)孔,用于安裝新增設(shè)的SOFA燃盡風(fēng)噴嘴,每面水冷壁2只噴嘴,共8只噴嘴,材料采用S309不銹鋼材。燃盡風(fēng)系統(tǒng)具體布置見(jiàn)圖2所示。通過(guò)改造,主燃燒器區(qū)域風(fēng)量減少20%,進(jìn)行低氧燃燒,形成富燃料區(qū)域、還原性氛圍,將燃燒生成的NOX還原為氮?dú)夂退?減少氮氧化物的生成。主燃燒器區(qū)域減少的20%風(fēng)量通過(guò)燃盡風(fēng)系統(tǒng)吹入爐膛,形成富氧燃燒區(qū)域,將主燃燒器區(qū)域未燃燒完全的煤粉燃燼,減少飛灰含碳量。3.3粗粉分離器改造粗粉分離器為了保證低氮燃燒系統(tǒng)下鍋爐的燃燒效率,降低飛灰可燃物,本次改造還對(duì)制粉系統(tǒng)的粗粉分離器進(jìn)行了改造,將原徑向式粗粉分離器改造為軸向式粗粉分離器,以提高煤粉細(xì)度和均勻性,保證燃燒效率。改造方式見(jiàn)圖3所示。4燃燒滿負(fù)荷工況分析改造前,旺隆電廠進(jìn)行了氮氧化物排放量的測(cè)試,鍋爐滿負(fù)荷工況,爐膛出口NOX濃度約500mg/m3(干態(tài),6%氧量)。改造后,通過(guò)對(duì)低氮燃燒系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試,燃盡風(fēng)門的開(kāi)度對(duì)飛灰可燃物隨著燃盡風(fēng)門的開(kāi)度的增大而增大,爐膛出口NOX濃度隨著燃盡風(fēng)門的開(kāi)度的增大而減少,兩者存在一個(gè)平衡點(diǎn)。圖4為滿負(fù)荷工況各參數(shù)變化曲線。通過(guò)圖表數(shù)據(jù),旺隆電廠兩臺(tái)420t/h鍋爐在保證設(shè)計(jì)燃燒效率的情況下,燃盡風(fēng)門開(kāi)度在70%左右,爐膛出口NOX濃度穩(wěn)定在250mg/m3(干態(tài),6%氧量)以下,達(dá)到了很好的環(huán)保效益。本次改造驗(yàn)收試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4和表5所示。采用了低NOX燃燒技術(shù)后,瑞明電廠420t/h國(guó)產(chǎn)鍋爐的NOX排放量(6%O2)為468～490mg/m3,恒運(yùn)電廠2×210MW鍋爐的NOX排放量(6%O2)為230mg/m3。由此可見(jiàn),旺隆電廠采用低NOX燃燒技術(shù)后的NOX的排放量與恒運(yùn)電廠的排放量較接近,低于瑞明電廠的排放量。5保證燃燒效率旺隆電廠通過(guò)低氮燃燒器、燃盡風(fēng)系