低氮燃烧系统

低氮燃烧系统（共7篇）

低氮燃烧系统 篇1

0 引言

随着国家对发电企业节能减排的门槛不断提高, 火电厂面临的经营压力和环保压力日趋严重。氮氧化物是燃煤火电厂烟气排放的污染物之一, 其所含成份能形成酸雨的原因之一, 能引起温室效应, 破坏臭氮层;同时, 对人体的心、肝、肾和造血组织会有损害。到2020年, 我国的氮氧化物排放量按现今增长速度将达到2363~2914万吨。因此, 控制氮氧化物排放已刻不容缓。

沙角A电厂200MW机组的氮氧化物排放均保持在500mg/m3~750mg/m3。#1锅炉在2011年A级检修中进行了低氮燃烧系统的相关改造, 成功将氮氧化物排放量降至200mg/m3~450mg/m3, 降幅约为40%~60%。

1 设备概述

沙角A电厂#1锅炉是HG—670/140—13型, 超高压参数带一次中间再热单汽包自然循环锅炉。该锅炉采用正压直吹式制粉系统, 四角切圆燃烧, 平衡通风燃烧方式。设计煤种为山西烟煤, 校核煤种为贵州原煤, 与200MW汽轮发电机组组成单元机组。

2 低氮燃烧系统改造

2.1 改造前存在的问题

正常运行负荷下, 炉膛出口烟温偏差大, 为80℃~180℃;排烟温度高, 为155℃~172℃;氮氧化物排放量偏高, 为500mg/m3~750mg/m3;炉膛温度高, 再热器管壁超温严重。

2.2 氮氧化物的生成机理与降低原理

根据燃煤机组锅炉燃烧过程中氮氧化物的生成机理, 其可分为燃料型, 即燃料中含氮化合物在燃烧中氧化生成, 占总量的60%~80%;热力型, 空气中氮在高温下氧化产生;快速型, 即燃料碳氢化合物高温分解生成的CH自由基和空气中氮气反应生成HCN和N, 再进一步与氧气作用以极快的速度生成。采用低氮燃烧器减少氮氧化物生成的原理:减少进入主燃烧区的空气量, 造成缺氧环境, 降低燃烧温度和速度, 从而减少氮氧化物的生成;主燃烧区产生的烟气与燃尽风充分混合, 形成二次燃烧;分离式燃尽风与主燃烧区距离远, 降低烟气温度, 减少高温条件下氮氧化物的生成。

2.3 改造后的低氮燃烧系统

2.3.1 SOFA风

SOFA风原理:二次风分级送入炉膛, 形成富燃料欠氧主燃烧区和富氧低温燃尽区。欠氧区产生CH根等还原物质, 抑制与还原NO, 富氧区燃尽未燃尽碳和CO。改造后在锅炉标高28.4m位置的4侧水冷壁上各增设2个分离式燃尽风喷口 (即8个SOFA风喷口) 。

2.3.2 一次风

原一次风喷口更换为浓淡燃烧器:更换燃烧器一次风管及喷口, 底层微油点火燃烧器保持原样, 仅对上方4层燃烧器进行更换, 共计16根 (如图1) 。

2.3.3 二次风

二次风喷口面积作了相应改变以建立合适的风箱、炉膛差压, 并将一部分所需的二次风转移至燃尽区。具体改动如下 (如图1) :二次风喷口最下层尺寸未变, 最上层缩减50%, 中间各层缩减30%。新的二次喷口设置专门的偏转二次风仓室以在炉膛四周水冷壁建立富氧环境, 防止水冷壁的结渣和腐蚀。对于双叶片风门, 拆除两叶片转轴之间的连杆, 固定其中一个从动轴并保持该叶片完全闭合, 仅保留主动轴叶片动作, 对于单叶片风门, 现场对称割除风门左右两侧挡板 (不含转轴) , 使有效流通面积减少50%, 然后分别焊在风门口两侧壁板上。

2.3.4 改造后燃烧器配风比变化 (如表2)

2.3.5 S静态型分离器

为了配合低氮燃烧系统改造, 让进入炉膛的煤粉细度达到要求, 本次改造对制粉系统的D磨煤机分离器改为S静态型分离器。改造中保持磨煤机原有分离器外壳不变, 移除内部叶片及回粉锥筒等, 同时安装了出粉口锥筒、叶片装配体、挡粉锥、回粉锥、回粉挡板门等新的内部结构。

3 改造后的投运情况

3.1 D磨煤机分离器改造后的效果

D磨煤机分离器改造后, 煤粉细度未有改善, 煤粉细度R90仍处较高水平, 这让煤粉仍显过粗。但是, 磨煤机出口各粉管煤粉分配均匀性得到较大改善。

3.2 改造后机组相关参数变化

沙角A电厂200MW机组#1锅炉改造后一些机组参数改善明显, 从而提升了锅炉效率 (如表3) :NOx排放量降低40%~60%左右, 改造效果良好;在其他参数不变的情况下, 锅炉效率因排烟温度降低提升0.7%~1.0%, 因减温水量的减少提升约0.15%;改造后, 炉膛出口温度偏差减小, 使得后屏过热器A~B侧烟温差减小了50℃~60℃, 改善了炉膛燃烧环境 (如表3) 。另外, 改造后炉膛温度的降低也造成了一些不良的影响, 如再热蒸汽温度偏低, 飞灰可燃物增多等。

4 结论

1) 经过低氮燃烧系统改造, #1锅炉NOx排放量降至200mg/m3~450mg/m3, 降低了40%~60%左右。且在机组满负荷时, 能够控制在300mg/m3以内;在80%ECR负荷时, 能够控制在400mg/m3以内, 基本达到了改造目的;

2) 改造后飞灰可燃物增加了2.5%左右。分析原因为低氮燃烧系统往往是配合着超细煤粉技术同时使用的。针对于典型的低氮燃烧系统, 最优的煤粉细度应为R90=15%~20%, 而目前, #1锅炉各台磨的煤粉细度为R90=30%左右, 相信通过对磨煤机分离器进行重新改造、优化燃烧、合理配煤等手段, 飞灰可燃物能得到有效控制。而由于改造后锅炉排烟温度极大降低 (降低约15℃) , 使得从总体上来说, 锅炉效率是提高的 (约1%) ;

3) 改造后, 再热蒸汽温度相对于正常值偏低5℃~10℃。原因之一是目前煤粉细度过粗, 造成主燃烧区燃烧恶化是再热汽温偏低的主要因素。同时, 由于刚刚结束大修, 炉膛水冷壁受热面过于干净, 水冷壁辐射换热过大, 造成炉膛烟气温度降低, 也是一个很重要因素;

4) #1锅炉低氮燃烧系统改造从总体上来说是成功的, 通过不断的优化燃烧方式, 再热汽温得到了明显的改善。飞灰可燃将能控制在合理的范围内。

参考文献

[1]田贺忠.中国氮氧化物排放现状、趋势及综合控制对策研究.北京:清华大学, 2003.

低氮燃烧系统 篇2

一、设备及项目简介

天津大唐国际盘山发电有限责任公司2×600MW火电机组是我国华北地区建设投产最早的600MW亚临界火电机组。

锅炉为HG-2023/17.6-YM4型炉, 特征为亚临界、一次中间再热、固态排渣、单炉膛、Π型半露天布置、全钢构架、悬吊结构、控制循环汽包锅炉;锅炉采用三分仓回转式空气预热器, 平衡通风, 摆动式四角切圆燃烧器。设计燃料为准格尔煤;6套正压直吹式制粉系统, 配置ZGM123型中速磨煤机, A、B磨煤机对应的燃烧器装有等离子点火装置。

1. 低氮燃烧系统介绍

3号锅炉燃烧器改造采用“分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧专利技术, 即燃料分级与空气分级同步进行, 利用垂直煤粉浓淡分离技术将同一股煤粉气流分离成上下布置的浓相和淡相两股射流, 结合燃烧器顶部大间距布置5层顶部燃烬风, 顶部燃烬风量增加到30%。通过采用上述技术, 实现降低NOx生成及排放的目的。

主燃烧器采用CE公司传统的大风箱结构, 由隔板将大风箱分隔成若干风室, 主燃烧器有6层煤粉风室、9层二次风室, 4个油风室组成。在各风室的出口处布置数量不等的燃烧器喷嘴, 油风室可做上下各30°摆动, 一次风煤粉喷嘴可上下摆动各20°, 二次风空气喷嘴可做上下各30°的摆动。

主燃烧器上下两部分由两组执行器单独控制。以此来改变燃烧中心区的位置, 调节炉膛内各辐射受热面的吸热量, 从而调节再热汽温;燃烬风燃烧器参照CE的风箱结构, 由隔板将风箱分隔成若干风室, 燃烬风风室喷嘴, 既能做左右10°的摆动, 也可做上下30°的摆动, 以此来改变反切动量矩, 达到最佳平衡动量矩效果的同时, 通过改变燃烬风同主燃烧器的间距, 达到降低NOx排放及提高燃烧效率的目的。为了保证顶部燃烬风的风量, 在原有大风箱上加装分风挡板。系统布置如图1、2所示。

改造后每角燃烧器共有24个风室。燃烬风风室5个, 空气风室9个, 煤粉风室6个 (含2个等离子点火煤粉风室) , 油风室4个。根据各风室的高度不同, 布置数量不等的喷嘴, 每个燃烬风风室布置5个喷嘴, 煤粉风室布置6个一次风喷嘴, 自下 (底层) 向往上数第一、二层是等离子燃烧器, 满足点火节油要求。A层油风室中间布置有带稳燃叶轮的喷嘴。

2. SCR脱硝系统介绍

天津大唐国际盘山发电有限责任公司脱硝系统采取选择性催化还原 (SCR) 法去除烟气中NOx。还原剂采用纯氨 (纯度≥99.6%) , 由液氨槽车运送液氨, 利用卸料压缩机, 将液氨从槽车输入液氨储罐内, 并依靠自身重力和压差将液氨储罐中的液氨输送到液氨蒸发槽内利用辅汽提供的热蒸发为氨气, 再与稀释风机鼓入的空气在氨、空气混合器中混合后, 送达氨喷射系统。在SCR入口烟道处, 喷射出的氨气和来自锅炉省煤器出口的烟气混合后进入SCR反应器, SCR反应器采用高灰型工艺布置 (即反应器布置在锅炉省煤器与空气预热器之间) , 通过催化剂进行脱硝反应, 最终从出口烟道至锅炉空预器, 达到脱硝目的。整套脱硝装置主要由SCR反应区和氨站区两个区域组成。

脱硝系统布置在锅炉省煤器和空预器之间。根据锅炉机组现状, SCR反应器系统每台机组配置两台脱硝反应器, 烟道分两路从省煤器后接出, 经过垂直上升后变为水平, 接入SCR反应器, 反应器为垂直布置, 经过脱硝以后的烟气经水平烟道接入空预器入口烟道。

选择性催化还原法 (SCR) 是利用氨 (NH3) 对NOX的还原功能, 使用氨气 (NH3) 作为还原剂, 将体积浓度为5%的氨气通过氨注入装置 (AIG) 喷入温度为280~420℃的烟气中, 在催化剂作用下, 氨气 (NH3) 将烟气中的NO和NO2还原成无公害的氮气 (N2) 和水 (H2O) , “选择性”的意思是指氨有选择的进行还原反应, 在这里只选择NOX还原。其化学反应式如下:

催化剂是整个SCR系统的核心和关键, 催化剂的设计和选择是由烟气条件、组分来确定的, 影响其设计的3个相互作用的因素是NOx脱除率、NH3的逃逸率和催化剂体积。

上述脱硝反应在位于省煤器和空气预热器之间的反应器内进行。反应器内装有催化剂层, 进口烟道内装有氨注入装置和导流板, 为防止催化剂被烟尘堵塞, 每层催化剂上方布置了吹灰器。SCR脱硝反应所需的还原剂氨气, 可以通过液氨、氨水及尿素3种化学药品获取。在能保证药品正常供应的情况下, 优先选择液氨作为还原剂。

本工程烟气在锅炉省煤器出口处被平均分为两路, 每路烟气通过垂直布置的SCR反应器, 经均流器后进入催化剂层, 每台锅炉配有两个SCR反应器, 经过脱硝以后的烟气直接接入空预器入口烟道, 然后经空预器、电除尘器、引风机和脱硫装置后, 排入烟囱。在进入烟气催化剂前设有氨注入的系统, 烟气与氨气充分混合后进入催化剂反应, 脱去NOx。系统布置如图3所示。

二、低氮燃烧系统和脱硝系统运行经济性比较

由于低氮燃烧降氮的主要原理是主燃烧区缺氧燃烧, 因此低氮系统投入后造成锅炉飞灰及大渣含碳量增大、CO含量增大, 综合表现为锅炉效率降低, 直接影响供电煤耗指标。

华北电科院对600MW、450MW和300MW负荷下, 低氮投入和退出工况的锅炉主要经济指标测试如表1所示。

由表1数据可以看出, 低氮投入的不利影响比较大。实际运行中, 如果退出低氮系统, 为了保证NOX达标排放, 必然导致脱硝系统喷氨量的增加。

1. 计算公式说明

(1) 理论喷氨量

理论喷氨量的计算公式:

液氨耗量=脱硝入口流量×脱硝入口浓度× (17/46) ×氨氮摩尔比×10-6

其中:氨氮摩尔比= (氨逃逸率/脱硝入口浓度) × (17/46) +脱硝效率/100。

(2) 氨逃逸率

氨逃逸率一般用ppm表示, 脱硝入口浓度单位用mg/m3表示, 其换算公式为:mg/m3=M/22.4·ppm·[273/ (273+T) ]× (Ba/101325)

式中:M——气体分子量;

ppm——测定的体积浓度值;

T——温度;

Ba——压力。

由于换算比较麻烦, 下文中氨氮摩尔比采用与设计值换算的简易方法计算:设计效率80%对应的设计氨氮摩尔比为0.815, 根据实际效率可以换算出实际的氨氮摩尔比。

2.600MW工况经济性对比

(1) 低氮退出时脱硝喷氨量增加成本

600MW工况低氮低氮退出时, 脱硝入口NOX为563mg/m3, 烟气流量为1400km3/h, 如果脱硝出口NOX要达到100mg/m3, 则:脱硝效率应为 (563-100) /563=82.2%。

脱硝系统氨气和NOX反应的氨氮摩尔比为 (80%效率对应的摩尔比为81.5%, 依此推算) 0.815/0.8×0.822=0.837。

脱硝系统的理论喷氨量为 (入口烟气量×入口NOX含量/NO2分子量×氨氮摩尔比成氨气分子量) 1400×563/46×0.837×17=244kg/h。

600MW工况低氮低氮投入时, 脱硝入口NOX为150mg/m3, 烟气流量为1400km3/h, 如果脱硝效率要达到80%, 则:脱硝系统氨气和NOX反应的摩尔比为0.815, 脱硝系统的理论喷氨量为1400×150/46×0.815×17=63kg/h。

综上, 600MW负荷时低氮投退影响氨气用量增加244-63=181kg/h, 按3000元/t单价计算, 增加费用为543元/h;日氨气成本增加1.3万元。

(2) 低氮投入时供电煤耗增加成本

按照上述试验数据, 600MW负荷低氮投入影响锅炉效率下降1.8%, 折合供电煤耗6.12g/k W·h, 标煤单价按700元/t计算, 增加费用为2570元/h, 日燃煤成本增加6.17万元。

(3) 600MW工况低氮投退经济性对比

低氮投入时, 燃料成本增加每日增加6.17万元, 低氮退出时, 氨气成本每日增加1.3万元, 则:低氮退出比低氮投入时每日节约费用4.87万元 (按负荷率100%计算) 。

3.450MW工况分析

(1) 低氮退出时脱硝喷氨量增加成本

450MW工况低氮低氮退出时, 脱硝入口NOX为327mg/m3, 烟气流量为1260km3/h, 如果脱硝出口NOX要达到100mg/m3, 则:脱硝效率= (327-100) /327=71%, 不满足环保要求, 应按80%计算。

脱硝系统氨气和NOX反应的摩尔比为0.815, 脱硝系统的理论喷氨量为1260×327/46×0.815×17=124kg/h, 450MW工况低氮低氮投入时, 脱硝入口NOX为179mg/m3, 烟气流量为1260km3/h, 如果脱硝效率要达到80%, 则:脱硝系统的理论喷氨量=1260×179/46×0.815×17=68kg/h。

综上, 450MW负荷时低氮投退影响氨气用量增加56kg/h, 按3000元/t单价计算, 增加费用为168元/h;日氨气成本增加4032元。

(2) 低氮投入时供电煤耗增加成本

按照上述试验数据, 450MW负荷低氮投入影响锅炉效率下降1.14%, 折合供电煤耗3.88g/k W·h, 标煤单价按700元/t计算, 增加费用为1630元/h, 日燃煤成本增加3.9万元。

(3) 450MW工况低氮投退经济性对比

低氮投入时, 燃料成本增加每日增加3.9万元, 低氮退出时, 氨气成本每日增加4032元, 则低氮退出比低氮投入时每日节约费用3.51万元 (按负荷率75%计算) 。

75%的负荷率接近年实际负荷率, 因此450MW的分析数据具有一定的代表性。

4.300MW工况分析

300MW负荷下, 低氮投入时的NOX比低氮退出时还高, 即低氮投入时锅炉效率低, 喷氨量大, 肯定不经济, 未做具体数据分析。

三、低氮燃烧系统和烟气脱硝系统优化运行规定

为了实现烟气中NOX达标排放, 3号锅炉在大修时同步进行了“低氮燃烧+SCR烟气脱硝”改造。电科院试验表明600MW、450MW和300MW3个典型负荷下, 低氮燃烧系统分别投入和退出工况相比锅炉效率分别降低1.82%、1.14%、0.16%, 对机组运行经济性影响较大。

通过低氮燃烧系统投入时燃料增加的成本和退出运行时脱硝液氨增加的成本综合分析, 认为:以SCR烟气脱硝系统为主要降低NOx手段, 尽量少用低氮燃烧系统以减少对供电煤耗的影响是最经济的运行方式。

1. 低氮燃烧投入运行的主要运行调整内容

(1) 适当降低总风量同时关小主燃烧区的燃料周界风、辅助风挡板, 为主燃烧区营造缺氧燃烧的大环境。

(2) 两侧大风箱的分风挡板保持50%左右的开度, 打开顶部燃烬风挡板, 实现空气分级。

(3) 燃烧器采用垂直浓淡燃烧器, 实现燃料分级燃烧 (设备结构, 运行中无法调整) 。

2. 优化基本原则

在脱硝系统可以完全满足NOX达标排放的前提下, 弱化或退出低氮燃烧系统运行 (保持正常的总风量和主燃烧区二次风门开度、两侧大风箱分风挡板全开、关闭顶部燃烬风挡板) , 以降低对锅炉效率的影响。

3. 低氮燃烧和脱硝系统优化规定

(1) 试验证明将5层燃烬风挡板全部关至10%, 送风机电流会上升2~3A, 同时低氮改造时将原有的顶部反切风OFA1、OFA2堵了盲板, 不再具有反切风的功能不利于汽温偏差的调整;为了降低对送风机电流的影响, 同时保留汽温偏差的调整手段, 低氮退出运行期间规定:上四层燃烬风 (SOFA2~5) 关至10%, 最底层燃烬风 (SOFA1) 可根据汽温偏差及脱硝入口NOX情况进行调整, 原则上开度不应过大。

(2) 机组低负荷在350MW以下时, 应避免最上层磨运行, 同时降低氧量运行 (空预器入口氧量不得<2.0%) 、适当关小主燃烧区二次风门 (不得<25%) , 保持大风箱差压>0.3k Pa有利于降低脱硝入口NOX。

(3) 正常运行中脱硝入口标态NOX应维持在400~500mg/m3之间, 超过500mg/m3 (按80%效率计算, 此时脱硝出口NOX为100mg/m3) 时, 可以适当投入顶部燃烬风, 维持脱硝系统达标运行。

(4) 脱硝系统按边界效率方式运行, 在保证出口NOX不超过100mg/m3前提下, 脱硝效率保证>80%且接近80%运行。

(5) 当脱硝入口NOX长时间偏高, 喷氨调整门开度已经>90%时, 如果脱硝效率或出口NOX接近要求值而调整无效时, 可就地手动稍开喷氨调整门旁路手动门以增大喷氨量。

(6) 由于脱硝系统系统投入, SCR区域、空预器差压增长速度加快, 送风机抢风、引风机喘振可能性增大, 运行中严格执行防止送风机抢风、引风机喘振及处理的相关措施。

(7) 随着脱硝催化剂活性的降低, 脱硝无法满足NOX达标排放时, 根据实际情况对低氮系统运行进行调整, 必须保证烟气达标排放。

(三等奖获奖征文)

摘要：采用炉内低氮燃烧和烟气脱硝是降低燃煤锅炉烟气中氮氧化物的主要手段。通过对这两种手段所需成本的对比分析, 总结出低氮燃烧和脱硝系统相互配合优化运行的基本方法。在保证燃煤锅炉达标排放的同时, 最大限度地实现了锅炉的经济运行。

300MW锅炉低氮燃烧调整 篇3

氮氧化物(NOx)是燃煤电厂排放的主要污染物之一,2003年12月颁布的新《GB13223-2003火电厂大气污染物排放标准》,对我国火电厂机组的NOx排放标准做出了新的规定:对燃用挥发分大于20%煤种的固态排渣燃煤锅炉,要求其NOx的最高允许排放的质量浓度低于450mg/m3(在标准状态下,其氧的质量分数为6%)。为响应国家节能减排政策,适应今后日益严格的环保排放要求,火电厂必须采取有效措施降低NOx的排放浓度。

低氮燃烧技术是空气分级燃烧技术,其主要原理是将燃料的燃烧过程分段进行,该技术是减少煤粉燃烧区域的空气量,提高燃烧区域的煤粉浓度,推迟一、二次风的混合时间,这样煤粉进入炉膛时形成了一个中心富燃料,煤粉燃烧初期缺氧燃烧,降低NOx的生成。另外,在炉膛上方设计有燃尽风,约占总风量25%左右,缺氧燃烧产生的烟气与燃尽风混合,使燃料完全燃烧[1]。

氮氧化物是大气中最主要污染物之一,其中占比例最大的为一氧化氮和二氧化氮[2]。氮氧化物不仅是导致光化学烟雾污染、破坏大气臭氧层的主要物质之一;还会在大气中与水分相结合生成酸雨,污染河流、腐蚀机械设备和建筑物、导致农作物大量减产,给生态环境和工农业生产带来非常大的损失。

1 300MW锅炉低氮燃烧现状分析

火电厂大气污染物排放标准(GB13223-2011)要求新建机组NO排放低于100 mg/Nm3。目前,电站锅炉大多采用低NOx燃烧技术+烟气脱硝方式降低NOx的排放,但低NOx燃烧技术又存在不同,NOx排放浓度差别也很大。如果低NOx燃烧器性能优良,降低NOx排放水平较高,这样将减少尾部烟道烟气脱硝装置的压力,减少液氨喷入量和催化剂层数,为电厂节省脱硝运行成本,提高经济效益[3]。

300MW机组是我国当前电厂的主力机组,进行优化燃烧试验,对提高锅炉效率,改善经济性和安全性具有重要意义。当前我国的主要一次能源仍然是煤炭,我国能源消费总量的60%以上是煤炭,消耗的煤炭中又有50%是燃煤电厂消耗的,并且这一趋势将会保持相当长的一段时期。我国2005年全年NOx的排放量为19.1×106吨,与其他国家和地区相比,我国大气环境中的氮氧化物浓度远远高出,其中燃煤电厂排放的氮氧化物量占总排放量的43%。随着火电机组和发电量的不断增加氮氧化物的排放也在迅速增加,2007年我国火力发电厂排放的氮氧化物量约为840万吨,占全国总的排放量的35%。我国对NOX排放的控制总体上还处于起步阶段。“十二五”开始,我国政府高度重视氮氧化物控制工作,国家环保部于2011年7月发布了《火电厂大气污染排放标准》(GB13223-2011)中,氮氧化物排放限值从450mg m3降100mg/m3(新建机组)和200mg/m3(在役机组),2011年3月十一届全国人大四次会议表决通过了《我国国民经济和社会发展“十二五”规划纲要》,《纲要》对氮氧化物的排放提出了明确的约束性指标,即减排10%,可见氮氧化物的控制工作势在必行。

2 300MW锅炉低氮燃烧发展趋势

随着人们环保意识的不断提高,国家环保法律法规的逐渐完善,氮氧化物污染正逐渐引起大家的高度重视。随着国家环保法规的不断完善,人们环保意识也越来越提高,NOX的排放也引起了社会和企业的重视。作为火电厂的主要污染物之一的NOX正逐渐引起社会和企业的高度重视。“十二五”期间,为进一步深化电力行业二氧化硫治理,大力推进电力行业氮氧化物控制,《重点区域大气污染防治规划(2011-2015年)》明确提出燃煤机组要加快低氮燃烧技术改造及脱硝设施建设,单机容量20万千瓦及以上的现役燃煤机组全部配套脱硝设施,脱硝效率达到85%以上,综合脱硝效率达到70%以上。为了完成“十二五”规划纲要中氮氧化物降低排放10%的总体目标,2011年对《火电厂大气污染物排放标准》进行了修订,要求截止至2015年国内已运行和新建火力发电机组要全部安装烟气脱硝设施。由此可见,我国仍然面临着非常严峻的NOX排放控制形势。

3 300MW锅炉低氮燃烧调整措施

锅炉低氮燃烧器改造完成后,在锅炉运行方面对一些参数进行了优化试验,在降低NOx排放同时,保证锅炉效率不降低。

3.1 空气系数的优化

炉脸出口的过量空气系数可以衡量炉内空气量的多少。

3.2 一次风量优化

一次风速的大小不仅直接影响煤粉的输送,而且对锅炉燃烧过程中的热态空气动力场、煤粉着火时间及煤粉的燃尽都有很大的影响。综合各种因素,一次风目管压力控制在2.0-2.2k Pa。

3.3 二次风量优化

二次风速过高,炉内扰动过大,从而降低燃烧的稳定性或引起水冷壁区域结焦;二次风速过低,不能提供足够的风量,容易造成燃烧不完全,使锅炉运行的经济性降低。另一方面,各层二次风量的分配直接决定了燃烧过程产生的NOx数量,合理的配风不仅能够使锅炉燃烧完全,而且使NOx保持在较低的水平。二次风配风优化调整试验就是按照锅炉实'际燃用的煤种,通过试验找出各二次风门开度的合理值,确定合理的二次风配比。

3.3.1 运行方式说明

(1)运行方式与稳燃效果

运行方式属于双尺度优化配风方式,试验过程表明燃烧稳定,火检稳定运行氧量过大及过小均不好,较小的合适氧量燃烧效果好,实际测试氧量6%-9%,降低氧量时,发现同一负荷主汽压力升高,表明较小氧量燃烧效果好。

(2)运行方式与防结焦效果

按照上文提供的运行方式,具有防止结焦效果,按此方式运行一段时间,发现碎渣机电流减小,电流为16.3-17.2A,常规运行方式碎渣机电流在17.6~18.3A左右;按照常规运行方式,空预器进口烟温在38℃左右,采用上文运行方式,空预器进口烟温为36℃左右,表明防结渣效果明显。

(3)运行方式与排烟温度

上文提供的运行方式具有防结焦功能,主燃烧器区域水冷壁吸热能力增强,火焰中心下移,从而抵消低氮燃烧方式带来的火焰中心上移引起的排烟温度升高。调试期间,按照本厂常规运行方式,空预器进口烟温在38℃左右,釆用上文配风方式,空预器进口烟温为36℃左右,烟气温度没有上升反而下降。

3.3.2 二次风箱压差说明

二次风箱压差是一个全压参数,是风箱的静压和动压之和,通过关小风门提高二次风箱压差是增大了风门节流阻力,静压增大,从而二次风箱压差增大,但用来输送风的动压没有增大。因此二次风箱压差小不代表风量和二次风速就小,控制好运行氧量就能控制好风量和二次风速;所谓的“刚性”不是二次风箱压差决定的,而是运行氧量即风量所决定的,描述刚性的参数是动量,即质量与速度的乘积,负荷与运行氧量一定时,总风量就一定,辅助风喷口面积是定值不变的,因此在总风量定值时风速就定下来了,因此刚性就不变。基于上述分析,运行时建议取消二次风箱压差不低于0.5k Pa的限制,改为下限值0.3k Pa。试验过程中低于0.5k Pa的压差运行,燃烧很稳定。取消压差限制,较小的压差运行,送风机电流会下降,主要是因为不必关小风门提高压差,风道节流阻力减小,送风机电流下降。

4 结论

本文通过分析氮氧化物产生的原因,指出了氮氧化物与环境息息相关,氮氧化物对人体健康有非常大的影响,为响应国家节能减排政策,保护人类环境,火电厂必须采取有效措施降低NOx的排放浓度。并对300MW锅炉低氮燃烧发展趋势做了一定的介绍,指出治理NOx的排放刻不容缓,势在必行。最后,提出了300MW锅炉低氮燃烧的相应的调整措施,锅炉在运行方面对一些参数进行优化,在降低NOx排放同时,保证锅炉效率不降低。

参考文献

[1]唐超,赵洪成.300MW锅炉低氮燃烧技术研究与应用[J].电工文摘,2014:33-35.

[2]李勇.燃煤电站锅炉低氮燃烧系统改造研究[D].广州:华南理工大学,2013.

浅谈低氮燃烧技术及其改造方法 篇4

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.

[3]高明.低氮燃烧及烟气脱硝国内外研究现状[J].广州化工, 2012, 40 (17) :18-22.

[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.

低氮燃烧系统 篇5

1 电厂锅炉概况低氮燃烧器概况分析

该电厂的机组锅炉属于自然循环汽包炉的范畴,具备一次中间再热的功能,其基本构造为直流燃烧器、全钢架悬吊结构、四角切圆燃烧器。其制粉系统为正压冷一次风直吹式系统,各台锅炉均配备五台中速磨煤机,一台处于备用状态。锅炉的主要设计参数为 :最大连续蒸发量为1105t·h-1 ;额定蒸汽温度为540℃ ;额定蒸汽压力为18.0Mpa ;给水温度为275℃ ;进 / 出口温度为335/530℃。低温过热器、旁路过热器、末级过热器等共同组成锅炉过热器系统,末级过热器的入口位置设有I级减温器,以调整炉膛辐射受热面的吸热量,加装喷水减温器,防止因温度过高而出现生产事故。

2 改造方案

在充分调研与论证的基础上,采用双尺度低NOx燃烧技术改造锅炉低氮燃烧器,优化调试锅炉。具体的改造方案为 :1将现有的燃烧器组件全部更换,重新布置燃烧器,调整原先的切圆直径,1号与3号角切圆扩大到1183mm,2号与4号角切圆则维持原状。2将原先的SOFA燃尽风全部拆除,选定主燃烧器的上方位置设置3层分离SOFA喷口,同时将原先的SOFA燃尽风组件全部更换。3选用上下浓淡之间自带稳燃钝体的燃烧器作为一次风喷口。4废除小部分空气风室,选用二次风室新型结构,以减小空气风室面积。5在原基础上增设紧凑燃尽风室,加装贴壁风于其左右两侧。6引进节点功能区新型技术,选定一次风喷口位置加装贴壁风。

促使一次风、下端部风保持逆时针旋转状态,二次风与SOFA燃尽风则保持顺时针旋转状态,一次风与二次风保持6.5°角偏置,以顺时针反方向切入,构造空气分级(横向)。重新进行风量分配,扩大主燃烧器区一次风喷口与二次风喷口的面积,以契合入炉煤种的燃烧特征,降低主燃烧器区的风量,尤其是二次风量,构造空气分级(纵向),保证燃烧器具备上下摆动的功能。增加高位燃尽风量,以降低其对炉膛出口烟温的影响,调整炉膛出口温度,实现低NOx排放的改造目的。经改造,NOx的排放量可控制在180mg/m3左右,CO的排放浓度则控制在110μL/L左右,液氨费用得以降低。

3 存在的问题与解决措施

经过改造之后,锅炉的受热面、半辐射、再热器辐射、吸热量比例等均发生了较大的变化,导致各负荷阶段机组的再热汽温急剧降低,下降幅度约为12℃—15℃。针对机组升降负荷而言,其下降温度> 35℃ /min的现象屡有发生,严重威胁汽轮机的安全,缩短其使用寿命。在深入分析低氮燃烧器原理的基础上,笔者认为其所存在的问题主要在于如下几个方面 :1在负荷波动的状态下,SOFA的调整速率较慢,严重影响炉膛的烟温。2一次风率过高,二次风的调整作用有待强化。3低氮燃烧器的二次燃烧区域温度不够。针对低氮燃烧器所存在的问题,需要采取具有针对性的解决措施,具体如下 :

3.1 调整二次风配比

参照双尺度的燃烧特性,应当在燃尽区内设置一个热负荷中心,以避免对辐射受热面的吸热效果造成不利的影响。在燃烧区富氧燃烧的情况下,二次燃烧区域的热负荷会快速下降,制约着辐射受热面的热量吸收。鉴于此,可对二次风配比进行合理的调整,降低主燃烧区域的二次助燃风与周界风,保证燃烧区氧含量充足,继而提高二次燃烧区热负荷。伴随下层二次风量的逐渐下降,锅炉压力却会上升,所以在调整的过程当中,需要注意二次风量的客观局限性。

3.2 降低一次风率

鉴于该燃烧器的制粉系统管道比较长,并且管道的阻力也比较大,基于确保带粉性能的重要目的,所以一次风的风量一般都比较大。一般而言,一次风煤比的合理比例为2.4—2.6之间。为了调整主燃烧区域的氧含量,就必须要降低一次风率。首先,调整磨煤机液压的加载系统以及出口分离器挡板,随后根据实际情况把一次风率降低到2.0—2.1之间。假设其余的边界条件维持恒定不变,那么降低一次风率的效果是非常显著的,能够在原先的基础上将再热汽温提升3℃—4℃。

3.3 调整燃尽风

一般情况下,在炉底出现漏风问题的前提下,低氮燃烧器的火焰中心会明显提升,导致炉膛出口温度过高,继而引起减温水量增加。然而,经过改造之后,炉底漏风可对主燃烧区氧量实现有效的补充,起到了降低再燃烧区燃烧份额的作用,但是也带来了受热面吸热不足与再热汽温过低的问题。因此,需要对燃尽风进行适当的调整,减少漏风量,重新调整氧量,并且对燃尽风进行调整,原则上不会对再热汽温造成任何影响。鉴于该电厂的机组锅炉低氮燃烧器依旧以干排渣系统为主,在维持冷渣风量恒定的基础下,将所存在的漏点实现封堵,将干排渣机调整风门关闭,可起到降低炉底漏风率的作用。经过对燃尽风进行适当的调整,再热汽温也会随之升高,最高可升至540℃左右,再热汽温的控制可通过SOFA的摆动加以实现。

在改造低氮燃烧器之前,其再热系统仅配备一级减温水,位于墙式再热器入口的位置,并且无中间点温度测点,导致出现了汽温容易波动、减温水响应时间过长等一系列的问题,再加上减温水阀门线性非常差,不便于进行再热汽温的调节操作。因此,可在计算出处开度、流量、曲线的基础上,优化燃烧配风并治理炉底漏风,确保再热汽温达标,在调整的过程当中,可令SOFA摆角以及燃烧器参与其中,避免负荷变化对汽温造成过大的影响。

4 结语

燃煤锅炉低氮燃烧改造与运行调整 篇6

锅炉目前存在的主要问题包括:屏式过热器超温、掉焦、无法额定负荷运行等, 造成上述问题的原因如下:运行煤种变化大, 煤种热值在3500Kcal/kg-5200Kcal/kg, 低于设计值, 同时运行煤种灰熔点较低, 锅炉安全经济运行受到制约。燃烧器原设计无浓、淡分离装置, 不属于低NOx燃烧器, 不利于控制NOx的生成。

2 低氮燃烧改造方案

本项目采用新型高效低NOx燃烧器+二次可控燃烧组合降NOx技术, 可实现烟煤/贫煤/无烟煤的洁净高效燃烧, 为燃煤锅炉污染物控制, 创造出一种先进、经济、简单、可行、适合中国国情的创新技术。

2.1 低氮燃烧设计原理

锅炉低NOx燃烧技术方案的中心思想是:通过空气分级、燃料分级以及高度湍流混合, 在主燃烧区形成还原性气氛, 抑制NOx生成;利用高速湍流及旋转射流, 在二次燃烧区域延长煤粉在炉膛内的停留时间, 增加燃料与空气的混合强度, 使温度场分布均匀, 提高燃烧效率, 控制NOx二次生成。这是当今解决煤粉燃烧NOx排放问题的最有效途径。

2.2 低氮燃烧器

采用具水平浓淡低NOx煤粉燃烧器来改造3层12只锅炉一次风主燃烧器。在煤粉喷嘴前, 通过偏流装置使煤粉浓缩分离成浓淡两股, 利用燃料水平分级燃烧原理有效降低着火初期的NOx生成量。喷嘴设扰流钝体, 一方面可卷吸高温烟气回流, 另一方面使浓相煤粉在绕流时偏离空气, 射入高温回流烟气区域, 同时强化出口气流着火和燃烧。这样, 在燃烧器钝体下游, 可形成高浓度煤粉在高温烟气中的浓淡偏差欠氧燃烧, 从而有效控制燃烧初期的NOx生成量。

2.3 炉内分层燃烧系统

将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入, 主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来λ=1.2变为λ=0.85~0.9, SOFA燃尽风率为0.17~0.23。在主燃烧器上方一定标高处 (22m左右, 根据现场管道、钢架安装位置可进行适当调整) 布置三层12只SOFA燃尽风喷口。

各层燃尽风的供风风道均由原上二次风主风道引出, 由单独SOFA燃尽风道向各燃尽风喷口供风, 保证供风阻力小, 在风道上设置有单独风门挡板, 由气动执行器远程, 直接接入DCS系统, 使司炉人员能够实时对燃尽风风门开度进行控制。

3 改造后的冷态调整实验

在低氮燃烧改造工程完成后, 须对锅炉进行初步冷态调整实验调整和测量, 对改造后锅炉一次风和二次风空气动力场进行初步摸底, 并通过测量检查各个风门的调解情况, 为将来锅炉的长期稳定安全运行提供基础。

3.1 一次风调平

通过实际测量一次风管内的风速, 计算同层一次风管的风量偏差, 相应调整一次风可调缩孔, 要求调整同层一次风速偏差小于±5%为合格。

启动引风机、送风机及排粉机, 调整排粉机入口风门挡板, A/B排粉机出口风压分别保持在1.5KPa和2.05KPa左右, 以保证一次风速在28m/s左右为准。

3.2 二次风门检查

此次对所有燃烧器的二次风门进行了内部检查及0%、50%、100%指令下的实际开度校核, 从检查及校核结果看主燃烧器的二次风门包括周界二次风门问题较多, 主要问题是风门内部实际开度与指示不一致, 与DCS系统指令、反馈不一致, 3号角SOFA1、SOFA2层喷口连接装置失效等。

3.3 锅炉内烟花示踪实验

为确定改造后炉内空气动力场的形状与特性, 进行了烟花示踪实验, 分别在锅炉内四角各喷口绑定烟花, 开启一次风、二次风, 点燃烟花后在锅炉顶部拍摄烟花随风运动踪迹, 确认炉内四角切圆燃烧动力场基本良好, 切圆处在锅炉横截面中心位置, 各个角出风并未偏斜。

本次试验内容主要包括不同负荷下性能试验等工况, 从320t/h到410t/h负荷之间性能试验结果及运行状况来看, NOx排放量较改造前大幅降低, 按照配风卡要求保持各次风门与炉膛出口氧量, 不同负荷工况下, NOx平均排放浓度都小于250mg/Nm3。在稳定工况下, 锅炉主汽温度可以保持在545℃-550℃之间, 锅炉内结焦状况大幅改善, 渣中无明显焦渣颗粒, 锅炉调节性能优良。各工况下锅炉燃烧状况良好, 参数稳定, NOx排放能够满足改造目标。

4 热态调试结果与分析

通过不同负荷 (320t/h-410t/h) 、不同煤种下的热态燃烧调整试验, 确定了锅炉运行配风指导卡, 在不同负荷工况下, 按照该配风卡要求进行调整, 锅炉烟气中的NOx排放浓度、锅炉主蒸汽温度都可达到技术协议要求的指标。其NOx排放浓度基本在200mg/Nm3~240mg/Nm3之间变化, 主蒸汽温度可保持在540℃-555℃之间。

4.1 主蒸汽温度运行调节方式

为实现运行过程中兼顾主汽参数、NOx排放及安全稳定运行, 一方面需要尽可能按照配风指导卡运行, 另外也应考虑下述因素的要求:

根据低氮燃烧的特性, 在炉膛上部燃尽区有一个热负荷中心, 如果在负荷变动条件下能有效保证该区域热负荷, 则不会影响辐射受热面的吸热效果。在负荷变动过程中, 首先应从调整二次风配比入手, 通过降低主燃烧区域二次助燃风、周界风达到降低燃烧区氧含量的目的, 使二次燃烧区热负荷提高。在负荷变动过程中, 应进行燃烧器摆角试验, 考察火焰中心变化对主汽温度的影响。可对SOFA风量调节进行优化调整, 通过试验制定“煤量/风量”对应曲线, 在各负荷阶段设定不同的比例系数, 使风量调节能够迅速做出响应。

4.2 控制飞灰、大渣含碳量的运行调节方式

为了提高燃烧经济性, 建议在运行期间, 炉膛出口氧量保持在2.8%-4.0%之间, 在主汽温度和氮氧化物均能满足要求的条件下, 适当增加主燃区二次风门开度, 增强风粉混合强度, 以利于降低飞灰含碳量。但由于电厂燃用部分煤质灰熔点较低 (1050℃~1100℃) , 在运行调整过程中应注意控制主燃区氧量与温度, 避免炉膛壁面结焦及主汽温度偏低情况的发生。

5 结束语

针对燃煤锅炉进行了低氮改造, 将一部分二次风通过位于主燃区上部的SOFA风喷口送入, 使主燃区处在还原性氛围中, 从而达到了分级燃烧降低氮氧化物的目的, 使锅炉达到氮氧化物排放标准。

摘要：本文叙述了燃煤锅炉的低氮燃烧改造方案, 改造后进行了冷态空气动力场实验和运行调整实验, 为低氮改造后的锅炉运行提供意见。

关键词：低氮燃烧,运行调整

参考文献

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[2]郭庆荣.高级工具钳工技术[M].机械工业出版社, 2005.

[3]郭庆荣.中级工具钳工技术[M].机械工业出版社, 2004.

[4]朱为国.钳工技师培训教材[M].机械工业出版社, 2001.

低氮燃烧系统 篇7

1 低氮燃烧技术介绍

低氮燃烧技术, 即保证燃烧中氧化而成的氮化合物较低的技术, 低NOX燃烧技术投资低, 且有较好的效果与运行经验, 特别是低氮氧化物燃烧器与空气分级燃烧的联合使用, 效果更佳;烟气脱硝技术中SCR和SNCR具有较多的商业化运行业绩, 且脱硝效率较高。一般, 由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。在生成燃料型NOx过程中, 首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N, CN, HCN和等中间产物基团, 然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成, 故燃料型的形成也由气相氮的氧化 (挥发份) 和焦炭中剩余氮的氧化 (焦炭) 两部分组成。主要影响因素燃料中的氮和挥发份含量、温度、过剩空气系数等。

低氮燃烧技术中可分为3个关键点:1、主燃烧器区域的过量空气系数的选择, 要取得一定的NOx排放值, 对不同容量大小和燃用不同煤质的机组, 主燃烧器区域的过量空气系数会有所不同, 但都有一个最佳的过量空气系数值。2、SOFA燃烧器离主燃烧器区域的距离, NOx的生成量与SOFA离主燃烧区域的距离成反比关系, 但SOFA离主燃烧区的距离越大, 锅炉飞灰含碳量会有一定程度的增加。3、一次风浓淡技术。

2 蒲州电厂设备现状概述

2.1 设备概述

蒲洲发电分公司2×300MW锅炉为哈尔滨锅炉厂股份有限公司生产的HG-1060/17.5-YM31型亚临界压力一次中间再热自然循环汽包炉, 采用单炉膛, 倒U型布置, 四角切圆燃烧, 平衡通风;全钢构架, 悬吊结构, 露天布置、固态排渣, 燃用混煤。锅炉采用正压直吹式制粉系统, 5ZGM95G型中速磨煤机, 在锅炉满负荷时4台投运, 1台备用。

2.2 锅炉主要参数

3 低氮燃烧技术在蒲州电厂中的改造

针对上述设备概况及主要参数, 设定改造目标如下:锅炉原有的性能设计参数, 如出力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、锅炉效率;过热器减温水流量不得超过原设计值;再热器减温水流量不能超过基准试验值;在200~300MW负荷, 省煤器出口CO含量应小于100ppm, NOx排放应小于550mg/Nm3 (干基, 6%O, 按折算成NO2浓度计) 、飞灰含碳量不得大于1.5%。同时, 要保证在改造后锅炉原有燃煤适应性不能下降, 在A级检修周期内, 内燃烧器不能发生煤粉泄漏, 不能发生因燃烧器改造而引起的受热面金属管壁超温或水冷壁爆管, 不能发生包括燃烧器区域在内的炉膛结焦和炉膛的高温腐蚀。

根据上述改造目标, 采用MAS-LNCT低氮燃烧技术进行改造, 其中, 低位和高位SOFA燃烧器改造图如下所示。

其他改造如下:

3.1 主燃烧器上方布置低位和高位SOFA燃烧器 (~26%总风量) , 主燃烧器顶部布置CCOFA (7%总风量) , 沿炉膛高度方向形成三级分级送风, 如此分级燃烧, 有效降低NOx的生成量;利用百叶窗式水平浓淡燃烧技术将煤粉分成浓、淡两股煤粉气流, 使其均形成偏离化学当量燃烧, 即在炉膛水平方向形成燃料和风量的分级燃烧, 如此可有效降低NOx的生成量;在主燃烧器中布置3层贴壁二次风, 使炉膛水平方向形成分级送风, 可有效降低NOx的生成量;对一次风喷嘴出口上下布置扩压器, 浓淡一次风间设垂直盾体, 推迟一次风的混合, 均可有效降低NOx的生成量。

(低位和高位SOFA燃烧器)

3.2 因为蒲州电厂燃用煤是混煤, 硫元素含量高, 所以低NOx燃烧的分级送风会使主燃烧器区域处于还原性气氛, 炉内易结渣, 因此在维持水平浓淡燃烧燃烧方式的基础上, 布置等边周界风, 如此可在炉内形成较为理想的“风包粉”气流, 水冷壁附近一直处于富氧状态, 有效降低或防止了炉膛的结焦和高温腐蚀。此外, 在上3层一次风喷口附近布置3层贴壁风喷口, 以及适当提高和降低一次风速和风温, 亦防止了喷口结焦和烧损, 以及炉膛的结焦和高温腐蚀。

3.3 改造设计维持一次风标高维持不变, 增设3层贴壁二次风, 如此提高了炉内烟气充满度, 延长了炉内烟气停留时间, 降低了炉膛的出口烟温;当然, 在锅炉运行中, 调节SOFA燃烧器垂直摆动和水平摆动, 以及燃烧器火焰中心高度和炉膛出口烟温偏差也可降低炉膛的出口烟温和烟温偏差。

3.4 利用百叶窗水平浓淡燃烧技术, 将煤粉分成了浓淡两股煤粉气流, 浓煤粉在向火侧, 淡煤粉在背火侧, 确保锅炉低负荷时煤粉可及时着火和稳燃, 在浓、淡煤粉间设垂直钝体, 保持浓淡一次风之间6°夹角, 另在浓煤粉中布置水平稳燃齿, 在一次风喷嘴出口布置扩压器, 以提高高温烟气的卷吸效果, 增加煤粉气流在喷嘴附近的停留时间, 推迟二次风混入, 进而提高燃烧效率。将燃烧器喷嘴出口端四角和喷嘴尾部设计成圆弧形, 从而达到稳定间隙风、维持二次风刚性, 进而达到提高锅炉燃烧效率的目的。

4 改造时的注意事项

炉膛出口烟温偏差是低氮燃烧技术改造中必须注意的问题, 因为若炉膛垂直出口截面中热流分布不均, 则会导致位于垂直出口截面附近的受热面金属壁温的不一致, 严重时, 末级过热器或再热器受热面的少数管子会因为管壁温度过高而发生管子胀粗、爆管事故。当然, 要想全面而准确地测量一台大型燃煤电站锅炉炉膛出口烟温或烟速的具体分布情况是十分困难的, 所以, 烟温偏差的幅度一般用末级过热器或再热器管壁温度的均匀或不均匀性来衡量。

5 结束语

目前, 我国低氮燃烧技术尚处于起步阶段, 因此要达到有效控制NOX排放的目的, 实现经济和环境协调、健康发展的目标, 必须在低NOX燃烧器和空气分级燃烧联合利用低氮燃烧技术的基础上, 加快烟气脱硝示范工程建设, 广泛开展国际合作, 努力引进、钻研国外烟气脱硝技术, 从而为实现烟气脱硝国产化, 降低烟气脱硝投资作出应有的贡献。

摘要：伴随我国工业化的快速发展, NOX的排放总量也呈逐年上升的趋势, 如此便造成了环境污染的不断加剧, 因此有效控制NOX的排放量已势在必行。为此, 在低氮燃烧技术的基础上, 通过对蒲洲发电锅炉设备现状的概述, 阐述了低氮燃烧技术在蒲洲发电锅炉设备改造中的应用, 并提出了相应的对策。