低氮改造（精选8篇）
低氮改造 篇1
1 概述
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.
[6]陈进生, 燃煤电厂烟气脱硝技术-选择性催化还原法[M].北京:中国电力出版社, 2008.
低氮改造 篇2
一、项目背景：
随着国家环保政策的日趋严格，新颁布的2011版《火电厂大气污染物排放标准》也在排放总量和排放浓度两方面提出更高的要求，新的排污收费制度的实施也对电厂形成了很大的经济压力； 2011版《火电厂大气污染物排放标准》的要求是，2014年7月1日开始所有现役火电厂烟气中氮氧化物排放浓度不大于200mg/m3。而我公司在锅炉改造前氮氧化物排放浓度是600mg/m3左右，因此对锅炉进行低NOx改造己是势在必行。
二、工程项目概况：
1、项目名称：#1锅炉低氮燃烧器改造和等离子点火装置改造；
2、实施单位：陕西银河榆林发电有限公司；
3、建设地点：陕西银河榆林发电有限公司厂内#1锅炉本体；
4、设计安装单位：烟台龙源电力技术股份有限公司
5、项目内容：根据工程合同和技术协议，内容主要包括：燃烧系统改造的设计方案、设备和材料采购、制造、供货、安装、系统调试、试验及检查、试运行、消缺、培训和最终交付投产等，实行EPC总承包。
6、项目总投资：498万元；
7、项目实施时间：2013年9月3日-10月28日，利用#1机组在9月3日-10月18日期间进行大修时同步进行。
三、锅炉改造前运行现状：
1、锅炉概述：电厂#
1、#2锅炉型号为HG440/13.7-YM14，是哈尔滨锅炉厂有限公司设计和制造的单锅筒、单炉膛、自然循环、集中下降管、一次中间再热、四角切向燃烧（切圆直径Φ814mm，煤粉射流与两侧墙夹角分别为41.5°和48.5°，逆时针旋转。）π形布置的固态排渣煤粉锅炉。
2、机组日常NOx排放浓度基本在500~700 mg/Nm3之间。
3、电厂现运行煤种，发热量较高、挥发分高、灰分低，属易燃尽煤，着火燃尽性能较好，锅炉运行时常有结渣情况出现。
四、项目招投标：
我公司在#1锅炉低氮燃烧器改造和等离子点火装置改造项目经集团批准后，多次组织公司领导和技术人员到已经建成低氮燃烧器改造的兄弟厂家进行前期市场调研和考察，经过认真科学细致的分析与论证，确定了烟台龙源电力技术股份有限公司、浙江百能会计有限公司、徐州燃控科技股份有限公司等几家实力强、技术成熟和信誉佳的企业确定为投标单位，于2013年6月14日在榆林市招投标服务中心进行招标、开标。最后确定中标单位为烟台龙源电力技术股份有限公司，中标价为498万元，建设工期为45天。
五、项目建设技术方案：
采用烟台龙源环保科技公司的双尺度燃烧技术及双尺度分区优化调试方法组合技术，调试方法在改造后实施。
更换现有燃烧器组件，包括四角风箱、风门挡板、燃烧器喷嘴体、角区水冷壁弯管、风门执行器等。对燃烧器进行重新布置，改变假想切圆直径，调整各层煤粉喷嘴的标高和间距，增加新的燃尽风组件；更换一次风喷口、喷嘴体及弯头，一次风全部采用上下浓淡中间带稳燃钝体的燃烧器；采用新的二次风室并在两侧加装贴壁风。
主燃烧器区域内对一二次风喷口进行重新组合及浓淡分布，一次风喷口采用空间浓淡燃烧技术组合分布，通过对纵向过量空气系数分布控制，从下到上分别为氧化燃烧区、集中还原区、燃尽区，是降低NOx及维持高效运行的关键。改造将等离子燃烧器统一布置在整组燃烧器的最下层。
由于燃尽风量分流的影响，锅炉风量重新合理分配，并调整主燃烧器区一二次风喷口面积，使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求，主燃烧器区的二次风量适当减小，形成纵向空气分级。燃烧器采用新的摆动机构，可以整体上下摆动。
在原主燃烧器上方布置两层分离SOFA喷口，分配足量的SOFA燃尽风量，SOFA喷口可同时做上下左右摆动。
为配合燃尽风系统取风，拟在二次风风箱上取风，引入燃尽风等压风箱，实现燃烧器改造后精确配风需要。燃尽风从原有大风箱上引出，通过连接风道向上引进新布置的燃尽风箱内，风道用A3钢制造，以满足压力要求。
此工程项目实行EPC总承包，建设技术方案详见《#1锅炉低氮燃烧器技术改造和等离子点火装置升级改造工程技术协议》
六、建成后运行状况及效益：
1、#1锅炉烟气氮氧化物排放浓度由原来的600 mg/Nm3左右下降至200 mg/Nm3左右，脱氮效率约为67%，大大降低了氮氧化物的排放量；
2、低氮燃烧改造+后期的SCR烟气脱硝技术，可将电厂脱硝系统的运行费用将大大降低；
3、较大程度解决了锅炉运行过程中存在的结焦、偏烧、超温等系列问题，经济效益明显；
4、烟气系统阻力减少，送、引风机耗电量也将减少，为电厂节能减排可作出较大的贡献。5、2013.12.18委托榆林市环境监测站对#1锅炉出口进行现场对二氧化硫、氮氧化物、等数据进行监测。监测结果#1锅炉出口烟气氮氧化物浓度为实测194 mg/Nm，折算浓度为193mg/Nm。
6、目前设备运行稳定，参数基本正常，设备处于调试试运行阶段。
低氮改造 篇3
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
燃煤锅炉低氮燃烧改造与运行调整 篇4
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
[1]朱华.钳工技能实战训练 (第2版) [M].机械工业出版社, 2004.
[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.
低氮改造 篇5
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。
白山热电1号锅炉低氮燃烧器改造 篇6
根据国家环保要求, 2014年后电厂锅炉NOx最高允许排放浓度值需达到100mg/Nm3以下。白山热电设计BMCR工况下省煤器出口的烟气NOX浓度为600mg/Nm3, 为满足国家达标排放的要求必须对锅炉进行加装脱硝装置改造。
低氮燃烧是国内外燃煤锅炉控制NOx排放的优先选用技术。根据此前的国内机组的NOx控制业绩, 白山热电在掺烧褐煤后, 在不牺牲锅炉效率的前提下, 实施先进的低氮燃烧改造后, 预计锅炉NOx排放浓度可控制到400mg/Nm3以下。在对SCR脱硝方案与低氮燃烧器+SCR脱硝方案投资与运行成本对比分析后, 以及综合考虑达标排放稳定性与技术性、经济性, 白山热电脱硝工程选型采用了低氮燃烧器+SCR方案。在2013年末对锅炉进行了低氮燃烧器改造。
1 锅炉概况
吉电股份白山热电1号锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/17.5-M889型亚临界压力中间一次再热自然循环锅炉, 单炉膛∏型紧身封闭布置, 固态排渣, 平衡通风, 高强度螺栓全钢架悬吊结构。配有WR水平浓淡低氮燃烧器。炉膛宽11890mm, 深12800mm, 高49658mm, 宽深比1:1.076, 炉膛和包覆过热器由气密性好的膜式壁组成。后烟井为并联双烟道, 两烟道的烟气在调温挡板后混合进入二台并列的空气预热器, 再经由除尘器后被吸风机排至脱硫系统及烟囱。
锅炉配有4套钢球磨储仓式热风送粉系统, 16台给粉机。通过A、B、C、D四层煤粉管道和两层三次风接至锅炉四角燃烧器。最下层燃烧器喷口中心标高20443mm, 至冷灰斗转角距离为4494mm, 燃烧器风箱中设有三层共12支启动及助燃简单机械雾化油枪, 在B层煤粉燃烧器内设有4支空气雾化启动小油枪。
锅炉设计燃用当地烟煤, 后改造掺烧0~50%霍林河褐煤。其常规运行状态下的NOx排放浓度约500~550mg/Nm3。
2 锅炉现有燃烧系统
一次风采用WR水平浓淡燃烧器。煤粉流过燃烧器入口弯头时, 大部分煤粉颗粒在离心力的作用下紧贴外沿进入煤粉喷管, 通过喷管中的隔板 (换向板) 将一次风分成水平浓淡两股, 浓侧向火, 淡侧背火。一次风喷嘴中装有V形钝体, 使一次风在V形钝体前方形成稳定的回流区, 卷吸高温烟气, 起到稳定火焰作用。
锅炉燃用煤种为次烟煤掺烧褐煤, 一次风主要采用热一次风, 根据风管内风粉混合物温度, 采用微量冷一次风混合送粉, 三次风采用热炉烟、热风、冷一次风、再循环风混合送粉。一次风喷嘴采用均等布置, 三次风喷嘴集中布置。
二次风设计按“加强混合, 分级燃烧”的原则进行。
燃烧器顶部设置两层燃烬风, 为减少锅炉水平烟道左右侧的烟温偏差, 燃烬风设计成射流旋转方向与其余的一、二次风射流旋转方向相反。
上部的两层二次风喷嘴为手动摆动喷嘴, 其余均为固定喷嘴。
3 改造方案
本次改造维持燃烧角不变, 主燃烧器风箱不变, 一次风煤粉管道位置不做改动, 原微油点火层煤粉燃烧器不变。主燃烧器二次风喷口全部更换, A、C、D层一次风管整体更换, 三次风回用。并在上部增加一组高位燃尽SOFA风, 原OFA风喷口做为低位混合SOFA风, 其中高位SOFA共3层喷口, 低位SOFA2层喷口。改造后主燃烧区喷口布置形式从下至上为:AA-A-AB-B-BC-C-CD-D-DD-E-F, 其中A、B、C、D为一次风喷口, B为微油燃烧器, E、F为三次风喷口。一次风采用水平浓淡技术, 主燃烧区各喷口风量根据新的风量配比原则进行分配, 所有一次风采用新型强化燃烧喷口。按照分级燃烧理论, A、B、C三层一次风形成下部燃烧区, D层一次风形成上部燃烧区。AB层、BC层及CD层二次风为分量偏置二次风。SOFA风采用上下左右摆动喷口结构。原燃烧器AB、BC层点火油枪系统、微油系统、火检、执行器回用。CD层油枪及油火检拆除。
3.1 一次风管
煤粉燃烧器采取整体更换的办法, 包括煤粉喷嘴、煤粉浓缩器、煤粉弯头。
煤粉燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术, 以提高锅炉低负荷运行的能力, 水平浓淡煤粉燃烧器是利用煤粉进入燃烧器一次风喷嘴体后, 经百叶窗的分离作用, 将一次风气流分离成浓淡两部分;两部分之间用垂直隔板分开, 燃烧器出口处设有带波纹形的稳燃钝体。浓相气流的煤粉浓度高着火特性好, 即使在低负荷情况下, 浓相气流的风粉比仍可保持在较合适的范围内, 使着火特性不会明显恶化。钝体形成的高温烟气回流区又充分为煤粉着火提供了热源, 这两者的结合为低负荷稳燃提供了保证。
百叶窗和弯头部分采用粘贴耐磨陶瓷进行防磨。一次风耐热喷口采用摆动式新型强化燃烧喷口 (偏置周界风) 。B层微油点火层不变。
3.2 二次风喷口
为了避免采用分级燃烧后主燃烧区风量减少带来的动力场变化, 所有的二次风喷口依据新的配风要求进行更换。由于主燃烧区处于还原气氛, 为了防止发生水冷壁结焦、高温腐蚀事故, AB层、BC层、CD层喷口改为偏置二次风喷口;为了控制水冷壁周围富氧区域的NOx以及由于混合不均匀残留在主燃烧区的NOx进入燃尽区, 顶部两层二次风反切作为低位SOFA风, 改善主燃烧区的混合状况。二次风喷口采用耐高温材质制造, 材质为稀土合金ZG40Cr24Ni9Si2NRe, 满足锅炉运行的需要, 喷口的使用温度≥1200℃。
3.3 三次风
三次风全部回用。
3.4 高位燃尽SOFA
高位燃尽风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间。还原气氛程度越深, 停留时间越长, 越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃烧。本次改造中在最上层一次风喷口往上9m左右增加一组高位SOFA, 一组三层喷口, 喷口可以实现上下20度, 左右10度的摆动。上下摆动采用自动控制, 水平摆动采用手动。风量大约占总风量的20%。具体标高位置在34100mm处。布置原则以尽量避开水冷壁刚性梁, 减少平台改动、方便维护人员操作为原则, 水冷壁进行相应的开孔。高位SOFA燃烧器采用法兰连接形式直接固定在水冷壁上。增加流量测量装置, 信号进入DCS。
3.5 低位混合OFA
低位OFA的作用主要有两个: (1) 这个区域整体还处在一个还原性气氛下, 可以将已产生的NOx还原一部分; (2) 参与未燃尽碳的燃尽过程, 降低炉膛出口的飞灰含碳量, 进一步降低进入富氧区的未燃尽碳。
为了进一步降低进入富氧区的未燃尽碳, 本次改造利旧原燃烧器的两层低位OFA, 更换喷口以达到性能改造需要的配风要求。通过补充一定量燃烧需要的氧气, 使得过量空气系数由主燃烧区的0.75增加到0.95, 通过低位OFA的设置可以使进入富氧区域的未燃尽碳降到5%以下, 不但降低了未燃尽碳中含有的N转换为NOx的几率, 同时也降低了飞灰含碳量。为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度, 强化分级风与烟气的混合, 兼顾NOx控制与煤粉燃烬, 低位OFA选取相对较高的风速。
3.6 水冷壁
主燃烧器区域水冷壁不动, 燃尽风区域水冷壁根据燃尽风布置开孔。
3.7 燃尽风风道
从锅炉四角大风箱入口的主风道上各引出一路风道, 再分给各SOFA喷口, 管路上增加膨胀节并设置差压测量装置。
3.8 新燃烧器特性参数
4 低氮燃烧器设计特点
选取较低的一次风率, 有助于燃烧初期挥发份型的N转化为N2, 同时也有利于煤种变化时, 火焰的稳定燃烧。一次风采用水平浓淡, 上下两层一次风之间布置有偏置二次风, 与一次风形成一定夹角, 防止结渣和高温腐蚀, 降低NOx排放。采用强化燃烧一次风喷嘴, 加快煤粉燃烧延长炉内停留时间及缩短火焰行程。
燃烧器顶部设有可上下左右摆动的高位SOFA风, 可以有效控制飞灰含碳量, 进一步调节炉膛出口烟温偏差之外, 还可以对炉膛出口烟温进行调节。
为了减少进入燃尽区的未燃尽碳量, 保留了低位OFA, 同时严格控制高位SOFA的风量。
为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度, 强化分级风与烟气的混合, 兼顾NOx控制与煤粉燃烬。在低位OFA选取相对较高的风速。
燃烧器喷口采用新型耐热合金材料, 该材料在1300℃时仍具有稳定的抗磨组织, 有利于防止喷口烧坏及磨损。
5 低氮燃烧调整
通过燃烧调整降低NOx的主要途径和方法有:减少过量空气系数;控制燃料与空气的前期混合;提高入炉煤粉的局部燃烧浓度;降低主燃烧区温度;避免产生局部高温区;缩短烟气在炉内高温区的停留时间;度利用中间生成物反应降低NOX产量。
白山热电改造低氮燃烧器后, 控制锅炉炉膛出口氧量在3.5%左右。中、下部二次风开度大致为均等配风;根据负荷三层SOFA风投用二层, 开度在50%左右。最下层二次风门的开度根据炉渣可燃物含量的大小进行调整。周界风的开度根据一次风喷口的着火距离适当关小调整, 有利于NOX的进一步降低, 同时也应避免着火太近而烧损喷口。
6 低氮燃烧器改造后的设备性能变化
1号炉低氮燃烧器改造后于2013年12月投入使用。通过燃烧调整, SCR脱硝入口 (省煤器出口) NOx排放浓度在350mg/Nm3左右, 掺烧褐煤量减少时会有所增加, 基本达到设计要求。
改造后锅炉带负荷能力无影响, 炉膛出口烟温偏差<50℃, 燃烧稳定, 暂未发现有结焦现象。
改造后锅炉机械未完全燃烧损失基本能完成设计值, 但掺烧褐煤量不足时机械未完全燃烧损失增大明显, 锅炉效率降低。
改造后过热蒸汽温度达到原设计值, 但再热蒸汽温度在负荷低于190MW时无法完成设计值, 在保证脱硝入口NOx值时, 再热汽温调整受限。过热蒸汽、再热蒸汽汽温特性变差, 减负荷时再热汽温下降幅度大, 恢复慢。燃烧工况变动时, 屏式过热器壁温比改造前升高, 但仍可控。
白山热电在脱硝设备改造, 采用新型低氮燃烧器后, 大幅降低了省煤器出口NOx值, 减少了脱硝运行还原剂用量, 降低了运行费用, 保证了脱硝设备的经济、稳定运行。
摘要：为满足国家对电厂燃煤锅炉NOx达标排放的要求, 白山热电300MW机组1号、2号锅炉进行加装脱硝装置和低氮燃烧设备改造。本文介绍了低氮燃烧器的改造方案、低氮燃烧器技术特点, 低氮燃烧调整, 和燃烧器改造后的锅炉性能变化。
关键词：锅炉,低氮燃烧
参考文献
[1]蒋文举, 赵君科, 尹华强, 等.烟气脱硫脱硝技术手册.化学工业出版社, 2012.2.
[2]300MW机组集控运行规程.浑江发电公司.2012.4.
低氮改造 篇7
1 NOx的生成机理
由于燃烧中NOx生成的机理不同, 可以分为三种:热力型NOx、燃料型NOx以及瞬态型NOx。
热力型NOx指的是空气中的氮在1500℃以上高温时与氧气反应生成的NOx, 这种反应遵循阿累尼乌斯定律, NOx的生成速度与温度的升高成正比例, 而在温度低于1500℃时, NOx基本不会产生氧化反应。
燃料型NOx指的是燃料自身所固有的氮化合物通过燃烧在600-800℃时产生的形态, 燃料型NOx的生成很大程度上与燃料的特性、结构以及燃烧的条件有密切关系, 燃料型NOx比热力型NOx更加容易形成。
瞬态型NOx指的是氮分子在碳氢化合物的影响下, 转化形成的NOx, 它所占的分量微乎其微, 一般不作为研究对象。
2 一次措施的分类
NOx的控制分为三部分, 燃烧前控制、燃烧中控制和燃烧后控制, 但是由于燃烧前控制难度较大基本上仅处于研究阶段, 并没有实际的应用, 所以业界基本上将燃烧前的控制排除, 仅保留两部分即燃烧中控制和燃烧后控制。
通过对NOx生成机理的分析能够得出抑制燃烧中NOx生成的技术主要应当集中在以下几个方面, 控制燃烧区的温度, 降低氧的浓度, 缩短燃料在高温区的时间。燃烧后脱硝主要方法是SCR技术、SNCR技术以及SCR-SNCR混合技术。本文将抑制燃烧中NOx生成的技术作为研究重点。
2.1 空气分级燃烧技术
空气分级燃烧技术主要分为两种, 垂直分级和水平分级。垂直分级指的是将空气总量的10%-20%从主燃烧器中抽离出来, 通过燃烧器的上部送进炉膛, 这部分空气被称为燃烬风 (OFA) , 这样由于对原有的空气做了部分抽离, 主燃烧区的氧的含量得到降低, 从而NOx也就减少了生成, 同时燃烧的温度得到了控制, 热力型NOx排量也就得到控制。水平分级指的是控制二次风和一次风的混合程度, 将二次风的喷射与一次风形成不同角度的切线, 从而实现空气的分级。
2.2 燃料分级燃烧技术
燃料分级燃烧也被称为三级燃烧技术, 指的是将燃料燃烧分为三个区域, 主燃烧区通过燃烧生成NOx, 然后将再燃燃料送入还原区, 在高温和还原性气氛 (过剩空气系数α<1) 下, 形成的碳氢原子团与NOx进行反应, 生成N2, 然后将再燃燃料送进燃烬区, 在燃烬风的帮助下充分燃烧。燃料分级燃烧技术比空气分级燃烧技术效果要明显, 燃料分级将炉膛分为三个区域, 这样缩短了燃料在高温区内的逗留时间。
3 一次措施的改造设计
一次措施主要集中在空气分级燃烧和燃料分级燃烧两方面, 由于这两种技术可操作性强、成本低的特点, 使得两种技术成为应用最广泛的低氮燃烧技术。
3.1 低氮燃烧器型式选择
低氮燃烧器的设计主要分为两种类型:旋流式和直流式, 这两种类型所应用的场合也有所区别, 旋流式主要通过双调二次风以达到低氮燃烧的目的, 而直流式主要应用在四角切圆的煤粉锅炉上, 也是应用最广的类型, 它主要通过控制煤粉的浓淡分离来实现低氮燃烧目的。
3.2 边界风的改造设计
边界风的改造主要集中在四角切圆的锅炉上, 边界风的作用是能够提高水冷壁区域的氧浓度, 降低了飞灰可燃物的含量, 防止水冷壁管的结焦, 降低了因高温造成的腐蚀倾向。
3.3 燃烬风喷口改造
在传统锅炉系统的主燃烧器上层一般都会有燃烬风 (OFA) 喷口, 这种喷口一般都会反切来减弱炉膛内部气流旋转的程度, 在原有锅炉结构基础上进行改造, 尽量弄够将旧物再利用。
4 低氮燃烧技术改造的影响因素
在进行低氮燃烧技术改造时不单单要考虑技术的可行度, 还要考虑其他多方面的因素, 如改造的价格、施工量和工期、改造者的指标承诺等都是考虑对象。
首先, 改造的价格是关键因素, 并不是按照改造价格合适就可以进行改造设计的, 对于电厂来讲要考虑的是本年度的支出计划、资金状况等, 而对于改造者来讲, 价格因素不仅仅是获利的多少, 还需要考虑成本、人工等多种因素。
其次, 电厂的有严格的业绩指标, 而进行低氮燃烧技术改造所耗费的工期长短直接影响业绩的成败, 因为在进行技术改造中是无法正常进行生产的, 那就需要等待工期完成, 这也往往是电厂等生产单位不愿进行技术改造的原因。
最后, 生产者进行技术改造前要考虑改造者提出指标承诺, 主要包含:改造后锅炉NOx的排放值;锅炉运行参数保证、烟气生成量、排烟温度等等。
5 结语
低氮燃烧技术有两个层面, 一次措施, 这是本文研究的重点;二次措施, 这是脱硝技术的重要方面。本文首先分析了NOx生成机理, 这有助于进一步了解低氮燃烧技术的工作原理, 从而有利于技术改造的研究。在燃煤过程中会排放大量的污染物, 但是在众多污染物中, 只有NOx可以通过燃烧加以控制, 所以研究低氮燃烧技术有助于环境的保护, 有很强的必要性和可行性。
参考文献
[1]仵忠.煤粉锅炉降氮脱硝技术选择及应用[D].华南理工大学, 2012.
[2]黄敏.浅析低氮燃烧技术在燃煤锅炉中的应用[J].能源与环境, 2014 (02) .
低氮改造 篇8
关键词：低氮燃烧,安装,调试,设计
一、概况
克拉玛依石化公司热电厂两台CG-130/3.82-M16型煤粉锅炉的烟气NOx平均排放值为700~800mg/m3, 环保不达标, 为此进行了低氮燃烧器和增设SCR反应器改造。
二、低氮燃烧器设计
1. 低氮燃烧原理
(1) 燃烧器出口燃料分级。在煤粉管道上安装煤粉分离设备, 使一次风在水平方向上分为浓淡两股气流, 其中一股为高煤粉浓度气流, 含大部分煤粉;另一股为低浓度煤粉。浓煤粉气流在向火侧, 有利于着火和稳燃;低煤粉在背火侧喷入炉内, 在水冷壁附近形成氧化性气氛, 有利于防止结渣。两股一次风煤粉气流各自偏离化学当量比, 可以降低NOx的生成。
(2) 炉内空气分级燃烧。
①轴向空气分级燃烧 (SOFA) 。将燃烧所需的空气分两部分送入炉膛:一部分为主二次风, 约占总二次风量的80%左右, 从燃烧器区域送入炉膛;另一部分为燃尽风 (SOFA) , 约占总二次风量的20%左右, 从燃烧器上部送入炉膛。因此, 炉膛内的燃烧分成3个区域, 即热解区、贫氧区和富氧区。燃烧器区域在贫氧区, 可以抑制NOx的生成, 炉膛上部燃尽风送入炉膛时, 已经避开了高温火焰区, 对未燃尽产物起到完全燃烧的作用。燃尽风喷口与主燃烧器间轴线距离H对NOx的降低有很大的作用, H的推荐值为:H=1.5 (Vdaf/10) 0.5。
②径向空气分级燃烧。径向空气分级燃烧是部分二次风在水平方向上进行分级, 一次风煤粉气流被偏转的二次风气流裹在炉膛中央, 形成富燃料区, 而在燃烧区域及上部四周水冷壁附近形成富空气区。采用一二次风大小切圆布置, 在炉膛内形成“风包粉”的燃烧环境, 避免燃烧火焰冲刷水冷壁导致的结焦、结渣等情况, 同时“风包粉”在炉膛水平截面上形成局部 (富燃料区) 缺氧, 在开始燃烧阶段推迟了空气和煤粉的混合, 使NOx生成量减少。
2. 设计原则
(1) 低氮燃烧建模。低氮燃烧建模技术是先进的燃料流测试技术, LNB/OFA的诀窍在如何把合理的风量送到最佳的燃烧位置。采用建模技术可以模拟整个燃烧状况, 从而计算出各种设计所需的数据。
(2) 根据煤种合理选择设计的初始浓度。从统计数据分析, 煤种的含氮量越高, 烟气的NOx排放浓度越高。当氮含量在1%~1.5%时, 烟气的NOx排放浓度在500~1 000mg/m3;当氮含量在1.5%~2.5%时, 烟气的NOx排放浓度在1 000~1 500mg/m3。本次设计依据的煤质参数如表1所示。
(3) 选择合适的过剩空气量可以控制飞灰含量和NOx排放浓度。
过剩空气量越大, NOx转化率提高, 当过剩空气量达到1.4时, NOx转化率可以达到60%。因此, 从减少NOx排放角度分析, 过剩空气量越小越好。但过剩空气量<1.1时, 飞灰含碳量达到5%, 造成锅炉热效率下降。所以, 过剩空气量在1.1~1.3之间比较合理。
(4) 选择合适的一次风率。一次风主要有两个作用:输送煤粉和满足煤粉挥发分的燃烧。一次风率越高, 挥发分燃烧迅速, NOx排放浓度越高。当一次风率达到34%时, NOx排放浓度达到420u L/L。挥发分燃烧越迅速, 挥发分停留时间越短, NOx排放浓度越高, 不利于抑制NOx排放。因此, 在保证安全输送煤粉的情况下, 控制一次风量, 可以降低NOx排放浓。同时, 由于一次风量少, 煤中的挥发分燃烧后延, 有利于控制NOx排放浓度。对于固定煤种, 当挥发分越高, NOx转化率越高, NOx排放浓度也越高。
3. 喷口设计布置
本次改造维持原燃烧切圆不变, 一、二次风、燃气标高不变;考虑到施工吊装空间限制, 主燃烧器改造设计中, 将主燃烧器分两段出厂。主燃烧器上部增加一组燃尽风装置, 包括两层喷口。改造后主燃烧区喷口布置形式从下至上为:
(1) 燃气喷口1。
(2) 下二次风。
(3) 下层煤喷口。
(4) 中下二次风。
(5) 燃气喷口2。
(6) 中上二次风 (带偏置) 。
(7) 上层煤喷口。
(8) 上二次风。
一次风采用百叶窗水平浓淡分离燃烧, 带有齿型钝体, 起稳燃作用。主燃烧器区二次风喷口面积根据低氮燃烧需求配风, 各层喷口相应缩小, 保证出口的二次风风速, 维持炉内动力场。上一次风下部二次风采用部分偏置喷口, 将一部分风量从主流方向分离出来偏向水冷壁, 用于改善水冷壁附近气氛, 防止燃烧器区域水冷壁结渣, 保护水冷壁。
在主燃烧器上部布置了两层燃尽风, 燃尽风布置在15.7m和16m标高。两层燃尽风共8只喷口, 燃尽风喷口在锅炉四角水冷壁让管。每层均等配风, 燃尽风量占总空气量约为24%, 燃尽风喷口风速约47m/s。喷口装配有摆动机构, 可以实现上下20o的摆动。上下摆动为现场手动调节, 通过燃尽风的补充, 增强炉内气流扰动, 促进未燃尽碳的燃烧。上、下燃尽风喷口按相反切圆布置, 调整炉内气流旋转方向, 调节炉膛出口烟温偏差。
三、安装
1. 燃烧切圆的找正
在炉内找正切圆的方法较多, 有文献也介绍过在炉外利用自制量角度仪器对燃烧器喷口角度定位, 进而确定炉内切圆的方法。燃烧器安装的基本步骤包括:四角密封罩壳安装, 燃烧器与罩壳初定位、切圆找正、燃烧器与罩壳固定焊接。本项目采取对炉膛尺寸原始标定、经对原始切圆复核并确定误差很小后保留原密封罩壳, 割去原燃烧器。新燃烧器上下两片组装验收端面、中心误差合格, 用水平管四角燃烧器中心线标高找正。炉膛中心搭切圆平台, 以下二次风喷口为基准, 喷口入口段中心、喷口中心、切圆切点三点一线, 利用拉杆来调整喷口左右位移, 调整完毕, 对罩壳与燃烧器之间进行顺序对称断焊固定, 然后小电流满焊, 尽量减少热变形带来的尺寸偏差 (图1、2) 。
冷态试验前对燃烧器安装角度进行了测量, 误差很小, 说明方法可行。
2. SOFA风的安装
SOFA风的安装包括四角水冷壁割除起始点的标定, 燃尽风门中心点的水平找正, 水冷壁管的割除和让管管箱的安装, 风门的安装及调试等。安装的质量关键控制点在于水冷壁的割除和焊接质量的掌握。
四、调试
燃烧器调试包括安装检查、冷态动力场试验两大部分。首先是相关测风装置标定, 冷态一次风调平、小风门挡板特性试验。配风在计算配风下进行, 采用均等配风方式。为了观察燃烬风大小、开关对炉内气流的影响, 采用在机组额定负荷时的风机电流、风门控制参数, 模拟实际运行条件时的炉内空气动力状况。然后在炉内断面上拉“十”字线, 在十”字线上按250mm长度分点。采用叶轮式风速仪逐点测量速度值, 作速度场图。
最后利用飘带法观测炉内气流轨迹、切圆大小, 判断有无气流贴壁和对冲现象。用长飘带法观察射流有否飞边和冲墙现象。
热态调试包括热态一次风门调平、带负荷调试包括煤粉细度取样分析、运行氧量及排烟温度标定, 通过锅炉配风方式的调整, 寻找运行氧量、风门开度组合以及不同的运行方式对锅炉效率和NOx排放浓度的变化规律。
五、效果评价
1. 降氮效果
降氮效果见表2。
2. 运行情况
各工况下均无减温水投用, 蒸汽温度偏低, 目前燃尽风摆角是向上摆动最大值20°, 温度恢复正常。投用燃尽风后未出现受热面壁温超温、炉内结焦、结渣的现象。低负荷时炉膛出口的烟气温度偏差超过50℃, 高负荷时炉膛出口现两侧烟气偏差小于50℃。
六、存在问题
1. 设计安装
(1) 燃尽风与吹灰器同一标高会有气流干扰, 应当在满足条件下错开布置或改变吹灰器的位置。
(2) 燃气喷口管箱设计尺寸偏小, 未考虑原火检安装位置, 布置困难;二次风小风门内部无挡块, 转轴也无开度方向, 造成开关方向混乱。
(3) 四角让管水冷壁切割水平差, 割伤周围管壁, 达7处, 事后采取补焊不规范。
2. 运行调试
(1) 一次风风管内的下粉量不均匀, 究其原因:一是煤粉仓下粉有堵粉的现象;二是风粉混合器有返粉的可能, 因给粉不均匀, 造成氧量变化较大。当氧量变化时, NOx也随之变化, 高低差达100mg/m3左右, SCR反应器投用后, 较难控制反应器出口的NOx稳定性, 且会增加氨的逃逸, 造成低温空预器堵灰和腐蚀。粉仓内加装不锈钢或高分子材料的内衬, 检查各下粉管处压力, 凡出现微正压粉管的均应更换为全负压式风粉混合器。
(2) 部分用于检查监测的表计数值误差较大, 重要表计需定期进行校验, 如氧量表、NOx表等, 确保数据的准确性。
(3) 在燃气投用时, 应投同层4个角的气火嘴, 以避免投用2个气火嘴时单只气火嘴过热损坏及热负荷过高产生结焦。
七、结语
通过低氮燃烧器的改造, 锅炉氮氧化物排放由平均700~800mg/m3, 下降到400mg/m3以下, 实现了减排目标。灰、渣含碳量达到设计要求, 锅炉热效率没有降低, 燃烧状况良好, 达到了预期效果。
参考文献
[1]孙亦鹏, 程亮等.低灰熔点煤质锅炉燃烧调整降NOx排放试验研究[J].电站系统工程, 2013 (7) .
[2]翁晓, 丘纪华.煤质变化对锅炉热效率的试验研究[J].湖北电力, 2007 (4) .