低氮燃烧改造方案（共7篇）
低氮燃烧改造方案 篇1
低氮燃烧建设方案
低氮燃烧器工艺流程
燃料型NOx是在煤粉着火的阶段生成的，改变燃烧器结构来改变燃烧方式降低NOx的生成是非常实用的脱硝方法。据统计低NOx燃烧器一般可以降低35%的氮氧化物。相对于传统的燃烧方式，低NOx燃烧器是通过时间上延迟燃料、空气的混合，在空间上隔离燃料、空气的过早充分接触，以营造一个富燃料、缺氧的燃烧环境。这样推迟了氧气的供给，会延迟焦炭的燃尽，造成火炬拉长，峰值温度低，再加上这种长火焰对外辐射散热的面积大，整体的温度低，减少热力型NOx的生成。空气分级燃烧工艺流程
水泥窑炉空气分级燃烧是目前最为普遍的降低NOx排放的燃烧技术之一。其基本原理如图6.2-1所示。将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区内过量空气系数小于1，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，从而降低了热力型NOx的生成。同时，燃烧生成的CO与NOx发生还原反应，以及燃料氮分解成中间产物（如NH、CN、HCN和NHx等）相互作用或NOx还原分解，从而抑制了燃料型NOx的生成，具体反应如下：
2CO + 2NO → 2CO2 + N（1）
NH + NH → N2 + H2
（2）NH + NO → N + OH
（3）
在二级燃烧区（燃尽区内，将燃烧用空气的剩余部分以二次空气的形式输入，成为富氧燃烧区。此时，空气量增多，一些产物被氧化生成NOx，但因温度相对常规燃烧较低，因而总的NOx生成量不高，具体反应如下：
CN + O → CO + NO
（4）
分级燃烧脱氮技术具有以下优点：
有效降低的NOx排放，可达到25～30％的NOx脱除率； 无运行成本，且对水泥正常生产无不利影响；
无二次污染，分级燃烧脱氮技术是一项清洁的技术，没有任何固体或液体的污染物或副产物生成； 空气分级燃烧系统
分级燃烧脱氮系统主要包含：三次风管调整和改造、脱氮风管配置、C4筒下料调整、煤粉储存、输送系统、分解炉用煤粉燃烧器和相应的电器控制系统，其分解炉调整如图所示。
脱氮系统的用煤经煤粉秤精确计量后，由罗茨风机送到窑尾烟室的脱氮还原区，在脱氮还原区的合适位置均布着一套燃烧喷嘴，煤粉经燃烧喷嘴高速进入还原区内并充分分散，一方面保证了分级燃烧的脱氮效率，另一方面减少了煤粉在壁面燃烧出现结皮的负面影响。此外，根据还原区操作温度、C1出口NOx等系统参数，可及时调整脱氮用煤量。
图6.2-1
水泥窑炉空气分级燃烧技术示意图
空气分级燃烧改造方案及效果
如图6.2-1所示，保持原分解炉主体结构不变，在分解炉烟室预留的脱硝还原区设置高速喷煤嘴，让喷入的煤粉在此区域内缺氧燃烧，产生适量的还原气氛，与窑气中的NOx发生反应，将NOx转化为无污染的N2。同时将三次风管入分解炉的部分管道抬高到相应位置。整个窑尾用煤总量与改造前保持一致，只是进入分解炉及还原区的用煤量不同。
水泥窑炉经过空气分级燃烧技术改造后，其脱硝效率一般可达30%左右。
分解炉还原区装备内容
利用分级燃烧脱氮技术对烧成系统进行改造，不改变分解炉主体结构，在分解炉烟室预留的脱氮还原区，在脱氮喷射预留孔位置设置高速喷煤嘴，煤粉在此区域内缺氧燃烧产生适量的还原气氛，与窑气中的NOx发生反应，将NOx转化成无污染的N2。三次风管入分解炉的部分抬高到适度位置。改造后整个窑尾用煤总量与改造前一致，只是将其按一定比例分成两路，一路进入分解炉，另一路进入还原区。为保证烧成系统的稳定及高效的脱氮效率，脱氮用煤系统需独立计量和控制。
低氮燃烧改造方案 篇2
根据《国家环境保护“十二五”规划》和新的《火电厂大气污染物排放标准》 (GB13223-2011) 的要求, 现有火力发电锅炉自2014年7月1日起, 氮氧化物排放浓度限值为100mg/Nm3。乌鲁木齐某公司热电厂现有4号燃煤锅炉 (410t/h) , 氮氧化物排放浓度高达750mg/Nm3, 已严重超标, 必须对其进行脱硝技术改造。
锅炉脱硝技术实质就是控制燃料燃烧过程中NOx污染的产生或减少因燃烧产生的烟气中NOx污染的减量技术。燃料燃烧的生命周期可分为燃烧前、燃烧中和燃烧后三个主要阶段, 因此, 锅炉脱硝实质就是控制燃烧前、燃烧中或燃烧后的NOx污染。
目前有关降低NOx的控制技术大致可分为两类, 炉内脱氮和尾部脱氮。炉内脱氮即低氮NOx燃烧技术, 是降低燃煤锅炉氮氧化物排放最主要也是比较成熟的技术措施。
2 燃煤锅炉燃烧过程NOx的生成机理
NOx主要是通过热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx三种途径生成的, 并且都在煤燃烧过程中出现。
2.1 快速型NOx
快速型NOx是由燃料挥发物中的碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮反应生成的HCN和N, 再进一步与氧作用以极快的反应速率生成NO, 它的生成与温度关系不大。对于煤粉锅炉快速型NOx仅占NOx总排放量的5%左右。
2.2 热力型NOx
热力型NOx是由于燃烧用助燃剂空气中的氮在高温下氧化而产生的, 反应过程如下:
其中, NO与氧进一步氧化生成NO2。
热力型NOx是随燃烧温度的升高呈指数规律增加, 占NOx总排放量的20~50%。试验表明, 当燃烧温度低于1500℃时, 温度每增加100℃反应速率将增大6~7倍;当温度低于1350℃时, NOx的生成量很少。
2.3 燃料型NOx
燃料型NOx是燃料中的氮氧化物在燃烧过程中发生氧化而形成的, 分为“挥发性NOx”和“焦炭型NOx”两种, 占NOx总排放量的60~80%。“挥发性NOx”是由挥发份中的氮化物热裂解产生N、CN、HCN和NHi等中间产物, 或以热解焦油的形式析出产生的, 占燃料型NOx的60~80%;剩余部分氮则残存在焦炭中与氧反应生成“焦炭型NOx”。
3 低氮燃烧技术
目前常用的低NOx燃烧技术主要包括燃烧分级燃烧技术、空气分级燃烧技术和低氮燃烧器技术。
3.1 燃烧分级燃烧技术
燃料分级燃烧技术又称为再燃烧技术或三级燃烧技术, 它的主要原理是将二次燃料送入一次燃烧区上方, 形成富燃料燃烧的再燃区, 在高温和还原气氛下, 燃料生成碳氢原子团, 与一次燃烧产生的NOx反应生成N2, 此外, 在再燃区的上方送入二次风以保证再燃区的不完全燃烧产物能够燃尽。具体示意图如图1所示。
燃料分级燃烧技术的主要影响因素包括再燃燃料种类、再燃区内过量空气系数、温度和停留时间、再燃量和再燃区混合状况等, 其中, 改变再燃烧区燃料与空气的比例是控制NOx排放量的关键。
3.2 空气分级燃烧技术
空气分级燃烧技术的主要原理是将燃料所需的空气分级送入炉内, 使燃料在炉内分级分段燃烧。一级富燃区燃料在缺氧条件下燃烧, 燃烧速度和温度降低, 热力NOx减少, 燃料中释放的含氮中间产物HCN、NH3等将NO还原为N2;到了燃尽区, 燃料再与二次风混合, 使燃料完全燃烧。
空气分级燃烧技术主要包括轴向空气分级燃烧 (OFA方式) 和径向空气分级燃烧。
3.2.1 径向空气分级燃烧
径向空气分级燃烧技术是在与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧, 通过二次风射流部分偏向炉墙来实现。该技术不仅能使主燃区处于还原性气氛而实现NOx排放的降低, 还能使炉墙附近处于氧化性气氛, 避免高温腐蚀和燃烧器附近结渣。
3.2.2 轴向空气分级燃烧
轴向空气分级燃烧技术将燃烧分为三个区, 分别为热解区、贫氧区和富氧区。该技术是将燃料所需要的空气以主二次风和燃尽风两部分的形式送入炉膛, 其中, 主二次风约占总二次风量70%~85%;燃尽风约占总二次风量的15%~30%。当上部燃尽风送入炉膛时, 已经避开了高温火焰区, 对未燃尽产物起完全燃烧的作用。
3.3 低氮燃烧器技术 (LNB)
低氮燃烧器的设计原理采用空气分级燃烧原理, 尽可能地降低着火区的氧浓度和温度, 从而实现控制NOx生成量的目的, 一般而言, 采用低NOx燃烧器可降低NOx排放浓度约30~40%。
低NOx燃烧技术是应用最广、技术较成熟、相对简单、经济的方法。在燃煤过程中排放的众多污染物中, NOx是唯一可以通过改进燃烧方式来降低其排放量的气体污染物。该技术通过降低燃烧反应温度, 减少过量空气系数, 缩短烟气在高温区的停留时间等手段达到控制NOx的目的, 是目前降低燃煤锅炉NOx排放最主要、比较经济的方法。由于低NOx燃烧技术工艺成熟, 投资及运行费用较低, 已在火电厂的NOx排放控制中得到了较多应用。
4 技术改造方案
在低氮燃烧技术阶段, 某公司热电厂4号锅炉需改造或更换现有低氮燃烧器LNB, 降低燃烧过程中NOx的生成量;增设一套燃尽风SOFA系统, 进一步降低燃烧过程中生成的NOx。本次改造主要包括三部分内容:
4.1 燃烧器改造
低氮燃烧器用于控制每一个燃烧器的燃料和空气的混合, 燃料和空气分级送入燃烧设备, 其特点在于降低初始燃烧区域内的氧浓度, 从而也相应的降低火焰峰值温度, 达到了较少NOx的形成目的。在喷口水平中线装有倾斜装置, 增加燃烧的倾斜区域来实现深度分级, 燃烧器喷口四周的平衡周界风, 延迟一二次风的混合, 这些区域可以进一步阻止燃料中的N形成NOx。富燃料区域的存在使火焰最高温度被降低, 从而减少了热力型NO的形成。为了在较低的飞灰含碳量下获得较低的NOx浓度, 煤粉分布盘布置在煤粉喷嘴入口至燃烧器之间的弯头位置的下游。煤粉分布盘对煤粉流有很好的浓缩作用, 使来流煤粉更集中于燃烧器的中轴线形成一个特殊的风包粉状态, 这样的煤粉流喷入炉膛内, 从煤粉流中心形成一个较大欠氧燃烧的火焰, 使初始燃烧的NOx生成率更低, 同时风包粉的煤粉流使切圆燃烧的煤粉远离炉膛四壁避免结渣。
4.1.1 一次风改造内容
(1) 移除全部浓淡分离器; (2) 减小喷嘴面积, 保持高宽比; (3) 保持内部钝体不变; (4) 增加两块内部水平隔板; (5) 同时减小连接风管接口尺寸; (6) 周界风出口保持不变, 周界风宽度变为25。
科研项目名称:组合脱硝技术在燃煤锅炉中的应用与技术集成研究;编号:CPECC2012KJ27。
4.1.2 二次风改造内容
(1) 减小OFA层喷嘴尺寸; (2) 减小CC层喷嘴尺寸; (3) 减小AB层喷嘴尺寸; (4) OFA、CC、AB增加两块内部垂直隔板夹角为10°和15°, 以保证风向。
4.2 新加装SOFA喷嘴及风道
被燃烧器导向的燃烧空气在炉膛下部形成富燃料区, 煤在低氧区挥发, 迫使燃料里的氮形成N2而不是NO。在进入锅炉对流区之前, 缺氧燃烧产生的烟气再与燃尽风系统产生的高动量的气流在炉膛上部混合, 使燃料完全燃烧。
(1) 共新增8只SOFA喷嘴, 每墙各2只; (2) 新加燃尽风风道从二次风道至SOFA喷嘴。
4.3 水冷壁及平台改造
(1) 为SOFA喷嘴在水冷壁对应位置开孔; (2) 在开孔位置加密封盒; (3) 改造平台避让新加燃尽风风道, 并加装平台便于喷嘴及风道检修维护。
5 应用效果
目前, 4号炉已改造完毕并投运, 应用效果良好, 具体指标如下:
(1) 低氮燃烧系统改造后锅炉正常运行。 (2) 低氮燃烧系统脱硝效率达到40%。 (3) 低氮燃烧系统出口NOx排放浓度小于450mg/Nm3。 (4) 低氮燃烧系统确保锅炉50%负荷稳燃。 (5) 低氮燃烧系统改造后未造成锅炉受热面明显结焦。 (6) 低氮燃烧系统改造后空气动力场试验达到要求。
参考文献
[1]贾宏禄.锅炉低氮燃烧改造后的结渣原因分析及处理[J].动力工程, 2009, 29 (1) :27-35.
[2]应明良, 戴成峰, 胡伟锋, 等.600MW机组对冲燃烧锅炉低氮燃烧改造及运行调整[J].中国电力, 2011, 44 (4) :55-58.
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[4]唐高, 刘晓斌.低氮燃烧改造在某煤粉炉上的应用实施[J].科技风, 2013 (8) :108-109.
[5]侯建鹏, 朱云涛, 唐燕萍.烟气脱硝技术的研究[J].电力环境保护, 2007, 23 (3) :24-27.
低氮燃烧改造方案 篇3
沥青搅拌设备油气两用燃烧系统技术改造
介绍ASTEC LB-3000型, LINTEC CSD-2500型沥青拌合设备燃烧系统油、气两用技术改造,分析所选豪科StarJet燃烧器的`强化燃烧特点,说明技改项目实施过程中的问题.
作 者：白焕娥 尹乾 作者单位：白焕娥(西安市工程管理处,陕西西安,710016)尹乾(西安外事学院,陕西西安,710077)
刊 名：节能与环保 英文刊名：ENERGY CONSERVATION AND ENVIRONMENTAL PROTECTION 年，卷(期)： “”(5) 分类号：U4 关键词：沥青搅拌站 燃烧器 混合料浅析火电低氮燃烧器的改造与应用 篇4
1 我公司低氮燃烧器改造分析
我公司主要从如下几个方面对低氮燃烧器改造:1) 对炉强防渣、高燃尽、低NOx的效果, 对炉内射流进行重新调整, 将原有的一二次风同轴射流改为一次风射流在炉内形成直径为300mm顺时针的假想切圆, 二次风射流在炉内形成直径为608mm逆时针的假想切圆;2) 加装贴壁风在中二次风和上二次风增加附壁射流的贴壁风喷口, 提高近壁区域的氧化性气氛, 能在一定程度上缓解炉膛的结焦。同时, 作为水平断面分级燃烧中后期掺混的一部分, 贴壁风可作为控制炉内NOx生成的有效手段;3) 增加三次风喷口数量, 将原有一层三次风喷口改为两层, 并将上层下倾将三次风改为两层喷口, 兼顾到控制飞灰可燃物的含量, 将上层三次风喷口适当下倾。同时考虑到单台磨煤机运行时三次风速会降低的因素, 适当将三次风喷口减小, 保证三次风能及时有效的混入;4) 在主燃烧器上部加装高位燃尽风 (SOFA) , 目前国际上比较流行的燃烧降低NOx的主要方法为空气分级燃烧。因此为实现降低NOx的改造意图, 在主燃烧器上部区域加装了两层燃尽风 (SOFA) 。
2 低氮燃烧器改造影响锅炉的经济效应分析
2.1 主蒸汽温度波动过大
以本公司#5炉为例:给水压力12.1MPa, 蒸汽流量200t/h, 各减温水量如下:
甲一级流量5.5t/h开度100%
乙一级流量4.5t/h开度100%
甲二级流量1.8t/h开度30%
乙二级流量1.5t/h开度20%
显然, 在甲、乙一级减温水全开的情况下, 减温水只能通过二级减温水调节进行主汽温度的调整。但是由于二级减温器布置距主蒸汽温度测点行程相对较短, 因此只要二级减温水量有微小的变化, 主汽温度就随之大幅波动。在各级减温水手动调整的情况下, 由于燃烧工况的扰动及给水压力变化导致减温水量发生变化时, 主汽温度不可避免的出现大幅波动, 超温次数较以往也明显增多。运行工作人员为避免超温, 汽温调整的工作量大大增加。即便如此, 主汽温度也很难维持在一个较高的水平, 往往在530℃以下。
低NOx燃烧器改造的主要原理就是在主燃烧区形成低氧燃烧, 从而产生较低的NOx。由于在燃尽区布置大量的燃尽风, 其结果是引起主蒸汽温度升高。
减温水只能通过二级减温水调节进行主汽温度的调整。但是由于二级减温器布置距主蒸汽温度测点行程相对较短, 因此只要二级减温水量有微小的变化, 主汽温度就随之大幅波动。
因此, 在各级减温水手动调整的情况下, 由于燃烧工况的扰动及给水压力变化导致减温水量发生变化时, 主汽温度不可避免的出现大幅波动, 超温次数较以往也明显增多。运行工作人员为避免超温, 汽温调整的工作量大大增加。即便如此, 主汽温度也很难维持在一个较高的水平, 往往在530℃以下。通过实践证明, 用此种方法调整汽温, 可以使汽温稳定在530～534℃, 较之前提高3～4℃。
2.2 制粉出力下降的问题及控制办法
低硝系统改造后, 锅炉风量按厂家提供的数据进行配比, NOx基本上都在可控范围内, 但制粉系统却因为热风温度下降造成干燥出力下降, 进而引起制粉系统出力大幅下降。由#5运行状况可知, 制粉系统运行时, 为了控制炉膛出口NOx含量在330mg/m3以内, 达到环保要求, 除了减小热风量外, 被迫将乏气开大, 干燥出力明显降低, 给煤量随之减少, 粉仓粉位由3m至5.5m需要3.68小时。通过2010年经济指标数据计算, 这一天的制粉出力是:20.49t/h。而同比未进行脱硝改造之前的#5炉平均出力在24t/h以上, 由此可见制粉出力大大下降。
然而从实践的过程中我们发现降低NOx的方法有:通过降低上排给粉量、增加下排给粉量使燃烧中心下移以及增加燃尽风比例、降低炉膛出口氧量可达到降低NOx的目的。下面是#5炉12月5日的运行数据:
两种方法对比:后者制粉出力增加了14.69%。
可以得出在脱硝改造后继续保持锅炉运行经济性的方法:二级减温水在手动调整位置, 保持固定开度 (视当日运行工况而定) , 一级减温水投入自动调整, 可保持主汽温度在530～534℃。
1) 锅炉运行中, 若炉膛出口NOx>330m g/m 3, 通过降低上排给粉量、增加下排给粉量、减小烟气NOx含量, 使之符合环保要求;
2) 若炉膛出口NOx含量仍然超标, 继续采用降低氧量、增加燃尽风比例的方法来控制NOx, 使之符合环保, 维持制粉系统原参数运行, 可使制粉出力接近在未改造前的数值。
3 结论
综上所述, 通过本次本公司成功的改造低氮燃烧器, 既能够减少了氮氧化物污染, 能够保持相应的经济效益, 值得推广。
参考文献
[1]黄新元.电站锅炉运行与燃烧调整[M].北京:中国电力出版社.2002.
[2]侯向阳.燃煤锅炉燃烧优化的调整试验研究[J].电力建设设, 2006.
低氮燃烧改造方案 篇5
关键词：600W亚临界锅炉,低氮燃烧器,改造,应用
1 600MW亚临界锅炉概况
华能滇东电厂所采用600W亚临界锅炉型号为B&WB-2028/17.4—M, 锅炉的整体设计采用了美国B&W公司RBC自然循环“W”火焰燃煤技术。在整个系统中包含了低氮燃烧器、乏气管、分级风管、开式封箱、点火器、点火油箱、贴壁风风箱、火焰检测器等组成。其具体构造如下:炉膛采用的是水冷壁结构, 屏式过热器和二级高温过热器分别被安装在炉膛的上部和炉膛折焰角处;尾部分烟道采用倒竖直平行分布模式, 并且在分烟道底部设置了调烟挡板, 实现对出口温度的控制, 在水平烟道处设置了垂直再热器;采用隔墙将竖井划分成两部分烟道, 在烟道的前部设置水平再热器, 在后部烟道设置省煤器和一级过热器。该锅炉自投入使用以来, 出现了以下几个方面问题:
1.1 Nox排放量大, 容易造成大气污染等问题, 增加了企业污染物处理的成本。
1.2 燃烧器旋风流强度过大, 在燃烧过程中, 火焰出现卷吸作用, 导致火间距离过小, 燃烧器喷口损坏, 且风向调控不便。
1.3 燃烧器在燃烧作业过程中, 上层燃烧器、侧墙等区域易出现结渣现象, 降低了煤粉的燃烧效率。
1.4 煤粉点燃不及时, 降低了锅炉的工作效率。
2 600MW亚临界锅炉低氮燃烧器的结构
针对600MW亚临界锅炉存在的以上问题, 本公司技术组对其燃烧器进行了相应的改造。目前, 我公司锅炉燃烧主要采用的无烟煤, 针对其着火点高的问题, 笔者认为首先要提高煤粉的浓度, 其次要提高煤粉的气流温度, 再次是要采取有效措施让高温烟气能够回流至着火区, 帮助煤粉着火, 最后可以采用卫燃带增强着火区热量的方式进行助燃。
3 600MW亚临界锅炉低氮燃烧器应用效果
3.1 降低煤粉着火点, 提高煤粉燃烧效率
一次风煤粉气流在进入低氮燃烧器之前, 会先通过加速偏心管, 煤粉由于受到离心力的作用, 大多沿着管道内部流动。但是在气流进入后, 50%的一次风和10%~15%的煤粉被分离, 这部分煤粉和一次风通过乏汽管的喷口直接进入到锅炉的炉膛进行燃烧。而其余的一次风和煤粉则通过一次风喷口进入锅炉内膛。我公司锅炉燃烧中, 煤粉的细度约为R90=8%, 其浓度在通过浓缩装置浓缩后, 约为1.0~1.1kg煤粉/kg空气, 在此处上大大降低了煤粉点燃所需吸热量, 也降低了其着火点, 提高了其燃烧的稳定性和效率。低氮燃烧器上还配置了双层强化着火的轴向调风装置, 由风箱产生的二次风, 分别进入内外层调风器, 内层二次风产生旋转气流, 其所携带的高温烟气, 有助于煤粉的点燃, 外层二次风携带空气, 有助于煤粉充分燃烧。两股二次风旋转方向一致, 而其旋转强度则可根据调整轴叶片的大小而改变。旋转气流能够携卷高温气流, 帮助煤粉的燃烧, 而通过调整旋转的强度则可以控制煤粉气流的下冲力, 实现对锅炉内膛的空间的充分利用, 促使煤粉充分燃烧。
3.2 控制NOx的生成
事实上, 前文所提到的二次风分级送风的方式, 不仅促进煤粉点燃, 提高煤粉燃烧效率, 且能够有效控制火焰中NOx的生成。二次风所产生的旋转引流能够携带高温气流帮助煤粉点燃, 同时为煤粉的燃烧提供充分的空气。燃烧所需要的空气除了通过外层调风器和拱上进入锅炉内膛外, 还会通过锅炉内膛下方的分级风装置进入。在锅炉内膛的下部也装置了分级风装置, 通常情况下一只燃烧器对应一个分级风装置。另外, 接近锅炉两侧的也需装置分级风装置, 这些装置共同构成了锅炉水冷壁四侧的富氧状态。实现了分级燃烧, 使得燃烧初期形成的Nox能够在高速湍流的作用下, 转化回N2, 进而有效抑制其Nox的生成, 同时对避免水冷壁结焦。
3.3 实现了燃烧器内风量的便捷调控
在600W低氮燃烧器的调风口设置了二次风的调风装置, 通过对风套筒位置的调节, 能够实现对燃烧器内风量的调节。内二次风通过通风道进入锅炉燃烧器, 其通风道包含了调风器外套通和调风器内套筒两部分。通过调节风盘的位置, 即可实现对进入风道的风量进行调节, 进而控制单个锅炉燃烧器的内、外二次风比例。在内二次风进风通道中, 一共安装了16个轴向可调节叶片, 曲柄连杆和内调风环实现了对叶片之间的链接, 而管道连接则实现了叶片系统与驱动装置的连接。在驱动装置的作用下, 风环产生内外移动的作用, 风环向内移动时, 轴向叶片的开度增大, 反之则开度减小。轴向叶片开度最大为60°, 最小为20°。
在外二次风调节系统中, 包含了固定叶片和调节叶片两部分。固定叶片安装在二次风风道前端, 其主要作用是确保进入风道的空气分布均匀。而轴向可调节叶片的, 其主要作用是为了确保二次风产生的旋流能够均匀融入火焰中。该调节装置的轴向叶片同样是16片, 其运行机制与内调风叶片相同。其最大开度为80°, 最小开度为40°。由此可见, 通过内外二次风调节装置, 即可快速实现对600W亚临界锅炉低氮燃烧器内风量的调节。
3.4 减少了燃烧器调节机制的调节频率
在600W亚临界锅炉燃烧器装置中, 调风套筒、调风盘、内外二次风调节叶片安装位置的选择需要经过燃烧器反复多次调试方能确定, 且在这个调试的过程中燃烧器的冷态和热态需全面考虑。调风器各项设备的安装位置都会在手柄上制作标记, 以便于为设备运行和后期调试提供参考。在进行燃烧器调风机构调试前, 可先按照调风桶开度为80度;内二次风轴向叶片开度为45度, 外二次风轴向叶片开度为60度;调风盘开度为50度。作为基础数据, 在进行相应的调试。
结束语
总而言之, 改造后的600W亚临界锅炉燃烧器的运行性能得到了较大的提高, 煤粉着火温度度高、燃烧稳定性差, 水冷壁结渣, 燃烧器调节装置工作频繁等问题得到了有效解决。
参考文献
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低氮燃烧改造方案 篇6
1 改造前锅炉特性
沙角C电厂3×660MW机组为亚临界压力、一次中间再热、单汽包、控制循环、四角切圆燃煤锅炉。配置6台HP983中速磨煤机, 采用带波纹钝体WR型燃烧器, 上层布置了OFA、OFB两层紧凑燃烬风。
1.1 炉膛尺寸小。
炉膛宽深高为19.558m×16.4325m×56.995m容积为15485m3, 炉膛容积热负荷为112KW/m2, 燃烧器区域热负荷为1.33×103KW/m2。无论是在炉膛截面上还是在炉膛高度上, 均远小于同类600MW机组的炉膛, 炉内结焦现象较严重。
1.2 燃煤煤种范围较广。
锅炉设计煤种为澳大利亚进口煤、校核煤种为神府东胜煤, 近几年燃烧的煤种还有神华、印尼、内蒙伊泰、山西平煤、俄罗斯煤等, 在燃烧器改造前NOX的排放浓度在400~750mg/Nm3之间变化, 煤种变化时甚至达到800mg/Nm3以上。
1.3 再热汽温偏低。
改造前再热汽温通常比设计10~15℃, 过热器减温水流量在90t/h左右, 而且炉膛左右烟温偏差较大。
2 改造综合目标及技术特点
鉴于锅炉特性, 首先要保证锅炉效率, 在各种煤种下燃烧稳定, 改善烟温偏差、提高再热汽温等总和目标, 不能过份追求很低的NOX排放。加上若最后要达到重点地区NOX小于100mg/Nm3的新排放标准, 最终还是要在尾部烟道加装SCR脱硝装置, 因此低氮燃烧改造的NOX排放目标定在300~350mg/Nm3为宜。
2.1 侧墙对冲燃烬风系统布置方式
改造最大的技术特点是侧墙对冲燃烬风布置方式, 在主燃区37.7m标高处, 左右侧墙各布置4个SOFA风口, 见图1。总的SOFA风比例在20%~30%范围可调, 该布置方案很好地解决了原炉膛高度不够, 若在四角增加两层SOFA风口造成与炉管屏底距离太近的问题。喷口可水平和垂直方向均可±15°角摆动, 这样可控制燃烬风的流向、流量和速度, 更好地控制燃烬风的偏转的分布, 有助于对CO、未燃尽碳、排烟温度和氧量的控制, 实现最优化的减排方案的同时, 不会影响燃烧效率。
2.2 强化着火型直流燃烧器
把原来波纹钝体WR型燃烧器改成如图2所示的强化着火型直流燃烧器。该设计利用流线型稳定火焰, 在喷嘴流道中间设置两片机翼型流线板, 作为火焰稳定器。燃烧器的内、外罩壳的四角都采用圆形弧度结构, 气流的扩张角变小, 一次风刚度增加, 避免煤粉在喷嘴的堆积, 同时内罩壳及分隔板都隐蔽在喷口内, 这有利于避免炉膛的热辐射, 该燃烧器具有喷口处不易结渣, 不易烧坏变形的优点。同时燃烧器轻便、摆动灵活, 不易卡涩。
2.3 控制底层CO生成
增加底层二次风口水平调节功能, 见图3。目的是通过优化调节减少该区域CO形成, 从而改善水冷壁的结焦和水冷壁腐蚀问题。
3 运行优化调整
低氮燃烧改造后运行优化调整非常重要, 整个过程要覆盖机组实际运行时的不同负荷、不同煤种, 机组安全性、经济性、各技术参数达到最优的同时, 锅炉出口NOx排放尽可能达到最小。
3.1 运行优化调整过程
通过锅炉不同负荷 (100%ECR、75%ECR、50%ECR) 共30个不同工况调整测试, 对运行氧量、SOFA风挡板开度、SOFA风喷口水平及垂直摆角、底部二次风水平摆角、配风方式、风箱炉膛压差、制粉系统投运方式等参数的调整, 寻求最佳的锅炉运行工况, 将锅炉效率维持在较佳水平并控制烟气NOX、CO排放量及炉膛出口烟温偏差均在较低水平, 为今后经济运行提供依据。表1为100%负荷下不同制粉系统投运方式试验记录 (试验煤种:A、C磨澳大利亚煤, B、D、E磨伊泰煤, F磨优混煤) 。
3.2 运行优化调整分析
从优化调整的过程来看, 炉左靠前墙侧2个SOFA风喷口水平摆角向前墙侧偏转+15°、其他喷口水平0°位置、所有AA层二次风喷口水平摆角向外侧偏离+10°为各工况综合效果最佳位置。通过调整SOFA风口, 锅炉两侧CO排放接近平衡;在锅炉满负荷BCDEF磨投运工况及锅炉60%-80%工况下, 锅炉再热汽温接近平衡。再热汽温偏低问题有较大改善, 过热器减温水量比原来减少。但在锅炉满负荷A磨投运工况及锅炉低负荷工况下, SOFA风的调节并不能够完全消除两侧再热汽温偏差问题。在下台机组的设计中, 可以加大SOFA风喷口水平摆角可调幅度, 从而, 最大限度地通过SOFA风喷口水平摆角的调整消除燃料分配不均带来的影响。
3.3 运行优化方式
经过各工况的调整试验, 得出SOFA风挡板开度、运行氧量、风箱-炉膛差压与负荷之间最佳运行方式如图4、图5、图6。
4 结语
沙角C电厂3号锅炉低氮燃烧改造克服了原炉膛尺寸小、燃煤煤种广等困难。通过改造及后期运行优化调整后, 锅炉主蒸汽、再热蒸汽温度正常, 烟温偏差、再热汽温偏低问题有较大改善。在不同负荷下, 锅炉NOX排放控制在300mg/Nm3左右, 见表2。在达到降氮效果的同时, 保证了锅炉燃烧稳定和锅炉效率, 达到良好的综合效果。
参考文献
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劣质烟煤对低氮燃烧器影响分析 篇7
燃煤电厂的NOx排放控制是大气污染物控制的重要内容, 降低NOx排放成为燃煤电厂重要工作。由于改造成本低, 运行、维护成本极低, 低NOx燃烧器技术成为了NOx控制的首选技术。目前, 国内已有很多电站锅炉进行了技术改造并取得了良好的效果。
云南共有14台燃用烟煤、四角切圆燃烧方式的300MW等级电站锅炉, 均可采用低氮燃烧技术改造降低NOx排放。因锅炉的入炉煤煤质普遍劣化, 收到基低位发热量严重降低, 从17～19MJ/kg下降到12～15MJ/kg, 灰分大幅升高, 平均收到基灰分达到45%～55%。以下针对云南某电厂燃用高灰分劣质烟煤实施低氮燃烧器改造后的运行状况进行了分析评价。
2 低氮燃烧技术
2.1 NOx生成的原理及种类
在锅炉燃烧过程中, 在高温条件下空气中的氮和燃料中的氮会发生氧化, 形成NOx。在锅炉中产生的NOx主要包含:热力型NOx、快速性NOx和燃料型NOx。
热力型NOx是由于燃烧时, 空气中氮在高温下氧化产生, 其中的生成过程是一个不分支连锁反应。
快速性NOx是由于由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生成HCN (氰化氢) 和N, 再进一步与氧气作用以极快的速度生成, 其形成时间只需要60ms, 与温度的关系不大。
燃料型NOx是由于由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度, 在600-800℃时就会生成燃料型, 它在煤粉燃烧NOx产物中占60-80%。
研究表明燃烧过程中NOx生成条件主要与燃烧温度、燃料与空气混合程度、燃烧氛围与燃料中的氮含量有关。一般而言, 燃烧温度越高, 燃烧区域为氧化气氛, 燃烧产物中的氧含量越高, 则生成NOx越多。因此, 通过锅炉燃烧系统的合理设计, 控制燃烧区温度、氧量就可以有效控制NOx生成, 这就是低NOx燃烧器的原理。
2.2 低氮燃烧器的技术
1) 空气分级技术:
通过控制炉内空气的送入方式, 将燃烧所需的总空气量分阶段送入炉膛。第一阶段送入主燃烧区的空气占总燃烧所需空气的70%--75%。采用这种燃烧方式, 主燃区处于还原性气氛中, 能够有效的抑制NOx的生成, 并且由于送入的空气不足, 有效的较低了主燃区的燃料份额, 降低主燃区温度, 从而降低了NOx的生成;第二阶段将完全燃烧所需的其余空气通过布置在主燃烧器上方的专门空气喷口OFA (Over Fire Air) 喷入炉膛, 这样在主燃区与OFA之间形成NOx还原区, 把生成的NOx还原。这种控制NOx生成的燃烧器技术就是空气分级技术。为了保证既能减少排放, 又能保证锅炉燃烧的经济、可靠性, 必须正确组织空气分级燃烧过程。
2) 燃料分级技术:
已生成的NO在遇到烃根和未完全燃烧产物和时, 会发生NO的还原反应。利用这一原理, 将80%--85%燃料送入一级燃烧区, 在α>1条件下燃烧生成, 送入一级区的燃料称为一级燃料;其余15%--20%则在主燃烧器上部送入二级燃烧区, 在α<1条件下形成还原性气氛, 使生成的NOx还原。二级燃烧区又称再燃区。从控制NOx的角度来看, 燃料分级技术更好。但相比较空气分级技术而言, 燃料分级技术技术复杂, 改造成本高, 经济型也较差。因此, 低NOx燃烧器改造仍以空气分级为主。
3 低氮燃烧器改造方案
3.1 锅炉简介
该改造机组锅炉型号为 DG1025/18.2-II16型, 是引进嫁接型亚临界自然循环汽包炉。锅炉型式为一次中间再热、单炉膛、平衡通风、固态排渣、露天倒U型布置、全钢架、全悬挂结构燃煤锅炉, 与上海汽轮机厂生产的N300-16.7/538/538型单轴、双缸双排汽 (高中压合缸, 低压缸双流程) 凝汽式汽轮机以及QFS2-300-2型双水内冷发电机配套。
3.2 燃用煤种
设计煤种和电厂近年燃用煤质已发生了很大的差别。实际煤种的挥发分小于设计煤种的挥发分, 而实际煤种的灰分达到将近50%, 远远大于设计煤种的30%左右的灰分。
3.3 改造方案
3.3.1 原燃烧器设计
燃烧器为四角布置。一次风分为5层布置, 每层4个, 共20只。二次风分为8层布置, 共计32只, 整组燃烧器分为上下两组布置。燃烧方式为四角布置, 均等配风、中心切圆、微负压燃烧。
3.3.2 低氮燃烧器改造方案
1) 低NOx燃烧喷口改造:
煤粉喷口设计为上浓下淡分离形式, 中间加装稳燃钝体形式, 浓淡燃烧对煤粉稳燃、提前着火有积极的作用外, 还可以降低NOx, 稳燃钝体能优先增加卷吸的高温烟气量, 进一步强化稳燃。
2) 水平分级技术:
同层横向采用双区布置。一次风采用小角度逆时针切圆布置, 二次风为顺时针向射流, 一二次风之间的偏角较小, 在炉内分别形成两个相反旋向的切圆。在关键节点区两层一次风之间还会布置贴壁风喷口, 形成横向空气分级。这种布置可是一次风燃烧时, 二次风不能过早进来, 形成局部缺氧燃烧, 在火焰内就进行NOx还原, 抑制NOx产生。二次风混合后, 使未完全燃烧的焦炭再燃烧。
3) 纵向分级技术:
纵向分级是低氮燃烧改在的技术关键, 改造后燃烧器从下至上分为三个区, 依次为主燃烧区、集中还原区及燃尽区。主燃烧区通入低氧量, 形成氧化还原交替, 导致主燃区温度降低, 抑制NOx的生成。在主燃区上方为还原区, 由于该区域为还原性气氛, 在主燃区生成的NOx得到了还原, 从而降低NOx浓度, 在还原区主要抑制的是燃料型NOx的生成。燃尽风喷口上为燃尽区域, 通过及时加入燃尽风, 使得未燃烧煤粉燃烧, 从而降低飞灰可燃物, 提高锅炉热效率。 由于实现纵向空气分级, 相对燃烧器区域有所扩大, 燃烧器区域热负荷降低, 炉内温度峰值降低, 可以减少或消除热力型NOx产生。
3.3.3 改造预期目标
NOx脱除率≥40%, 排放浓度≤350mg/Nm3。
改造后锅炉出力维持不变, 锅炉效率不低于92.6%。
飞灰可燃物小于1.0%, 炉渣可燃物小于3.5%。
过热蒸汽和再热蒸汽温度达到原设计值。过、再热蒸汽的减温水量在可控范围之内, 不大幅度增加减温水。
4 改造结果与分析
4.1 改造前后NOx排放状况
从表1可见氮氧化物NOx相比于改造前两个负荷下分别降低46.92%和49.94%。NOx排放浓度高于预期值 (≤350mg/Nm3) 。
综合各方面因素, 主要由于实际燃用煤种与设计煤种的煤质相差过大, 主要表现为灰分偏差过大, 分析如下:
1) 温度的影响:灰分高劣质烟煤需要的更高温度, 才能保证顺利着火和燃烧的稳定性。因此, 首先要保证锅炉燃烧的安全、温度, 就必须采用更高单位温度, 但这对NOx的控制是不利的。研究表明:过高的温度对于热力型NOx的产生是有促进的。当温度>1500℃是, 温度每增加100oC, 反应速率增大6-7倍。
2) 氧量的影响:燃用高灰分的劣质煤, 为了保证其能够稳定燃烧及较好的燃烧经济性, 与高挥发份烟煤相比较则需要更高的氧量, 只有在氧量充足的情况下, 煤粉才能充分的燃烧, 保证煤种的可燃成分能够完全的燃烧, 热量完全释放出来。然而, 燃料型NOx的转化率对于过量空气系数是十分敏感的。
由图2可见, 随着过量空气系数的增加, NOx的转化率也是增加的。所以, 过高的过量空气系数对于改造是有影响的。
3) 煤粉集中的影响:高灰分劣质煤不仅要保证燃烧的高温, 还要保证煤粉的集中燃烧。对于煤粉炉而言一次风中的煤粉浓度直接影响着着火的稳定性, 煤粉浓度在一定的范围内, 高的煤粉浓度可以使单位体积燃烧释放热量的强度增大, 单位容积内辐射粒子数量增加, 风粉气流的黑度增加, 有利于迅速吸收炉膛辐射热量, 以利于着火;煤粉浓度的增大, 使得煤中挥发份析出后其浓度增加, 促进了可燃物质的着火。由于采用浓淡分离的燃烧器, 使得煤粉不能进行集中燃烧, 使得火焰温度下降, 而高灰分煤需要较高的温度稳燃。因而, 为了使得锅炉的稳定燃烧, 则需要煤粉相对集中, 导致火焰温度升高, 从而不利于控制NOx的生成。由以上三点可以得到, 高灰分的劣质煤与普通烟煤比较, 较高的温度和空气量对降低NOx排放是不利的。
4.2 改造前后的经济性
改造后锅炉热效率为91.07%, 低于保证值92.6%。一方面当前燃煤煤质较差, 火焰中心后移, 导致排烟温度较高;另一方面飞灰含碳量上升, 致使锅炉热效率比改前略有下降。经改造后飞灰含碳量有所上升, 炉渣含碳量有所下降, 飞灰、炉渣含碳量都略高于预期值 (飞灰可燃物小于1.0%, 炉渣可燃物小于3.5%) 。
飞灰含碳量上升主要是由于分级配风, 分级燃烧导致的风、粉混合不均匀, 使得燃烧不充分, 部分焦炭在炉膛上方未完全燃烧。
4.3 改造前后结焦及燃烧状况
改造前锅炉极易结焦, 燃烧稳定性差, 常因煤质波动或垮焦造成熄火。改造后, 炉膛内无结焦现象。分析原因, 由于一次风逆时针小切圆布置, 使煤粉集中在炉膛中心, 不易贴壁;并且采用较大的二次风切圆和贴壁风, 在壁面形成氧化性气氛, 不易贴壁。
4.4 改造前后稳燃性能
改造后, 锅炉稳燃能力明显增强, 尤其在低负荷区段稳燃性能得到明显提升, 炉膛内无结焦现象, 炉膛温度提升明显, 炉膛主燃烧区下部火焰平均温度1150℃, 燃尽风区域火焰温度1100℃, 不投油稳燃负荷能保持在较低负荷, 观察炉内火焰呈金黄色, 炉内燃烧状况良好, 主燃烧区温度分布均匀, 锅炉没有发生因燃烧问题而产生的熄火。分析原因, 主要是采用一次风浓淡分离喷口, 使一次风着火更稳定;并且一、二次风混合适当推迟, 也利于煤粉燃烧。
5 结束语
通过对比机组低氮燃烧器改造前后的数据, 改造效果良好, 有效地降低了NOx排放, 锅炉燃烧稳定性良好、防结焦能力增强。但是可以看出, 由于劣质煤的影响, NOx排放低于预期;经济性有所下降, 飞灰含碳量有所升高。因此, 对于燃用劣质烟煤的四角切圆锅炉, 进行低氮燃烧器改造时, 需要进行深入的研究, 改造后应进行详细的燃烧调整试验, 以获得更好的燃烧经济性和控制NOx的效果。
参考文献
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