低NOx燃烧器

2024-10-20

低NOx燃烧器（精选8篇）

低NOx燃烧器篇1

火电厂大气污染物排放控制问题,已越来越受到世界各国政府的关注和重视。我国在“十二五”期间将推行新的更加严格的火电厂NOx排放标准。

1 火电厂NOx的产生与危害

火电厂中大量的煤炭燃烧,随之而来的是严重的环境污染问题。氮氧化物就是煤炭燃烧过程中产生的主要污染物之一,它是一种危害人体健康和破坏大气环境的有毒物质。NOx与SO2和粉尘共存,可生成硝酸或硝酸盐气溶液,最终形成酸雨。目前我国已有占国土面积40% 的地区酸雨p H值小于5.6,氮氧化物会形成光化学烟雾,对人的眼睛和呼吸道有强烈的刺激性;氧化亚氮(N2O) 会破坏同温层的臭氧,使之失去对紫外线辐射的屏蔽作用,对地面生物造成伤害。

燃煤电厂排放的NOx来自电站锅炉,因此,寻找有效的锅炉燃烧优化运行技术,以实现锅炉稳定、高效而洁净的燃烧,降低锅炉的NOx排放量,对节省巨额的氮氧化物排污费用,降低设备初投资及运行费用,有效地提高机组运行的经济性,增强企业竞争力等具有重要意义。

2 煤粉燃烧过程产生NOx的机理及其影响因素

NOx主要是通过热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx这3 种途径生成的,并且都在煤燃烧过程中出现。

(1)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NOx,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)热力型NOx是空气中的氮在高温下氧化而产生的。热力型NOx是随燃烧温度按指数规律增加的。热力型NOx占NOx总排放量的20%~50%。试验表明,在燃烧温度低于1500℃时,温度每增加100℃反应速率将增大6~7 倍。在温度低于1350℃时生成量很少, 但在1500℃以上时就变得比较突出, 排放量与燃料型NOx接近。由此可见, 温度对这种NOx的生成影响具有决定性作用,故称其为热力反应型NOx。

(3)燃料型NOx是燃料中氮化物在燃烧过程中氧化而形成的,分为挥发分中氮与氧反应生成的挥发性NOx和焦炭中氮与氧反应生成的焦炭型NOx。燃料型NOx占NOx总排放量的60%~80%。

在生成燃料型NOx过程中,由于燃料中氮的热分解温度在600~800℃之间,首先是由挥发分中氮化物热裂解产生N、CN、HCN和NHi等中间产物,或以热解焦油的形式析出然后被氧化成挥发性NOx,挥发性NOx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,焦炭型NOx占燃料型NOx的20%~40%。

可见氮的释放程度与挥发分析出过程密切相关,在燃烧初期控制煤粉气流中的供氧量就能够降低燃料型NOx的生成。研究表明,在氧化性气氛中,随着过量空气系数的增加,由挥发分生成的NOx将迅速增加,明显超过焦炭NOx。显然,控制挥发分NOx具有更重要的意义。同样,控制供氧量也将抑制燃料型NOx的生成。

3 降低NOx排放的燃烧措施分析

3.1 低过量空气燃烧

煤燃烧过程中,烟气中过量空气的减少可以抑制NOx的生成, 这是最简单的降低NOx的方法。一般来说,采用低过量空气燃烧可以降低NOx排放15%~20%,但采用这种方法有一定的限制,如炉膛出口过量空气系数低于1.15 而不采取强化二次风与火焰混合的措施,就会造成CO浓度急剧增加,从而大大增加化学不完全燃烧热损失,同时也会引起飞灰含碳量的增加,导致机械不完全燃烧热损失增加,燃烧效率会降低。

本方案中选用较高的二次风速增强其混合能力,为将来电厂探索低过量空气系数燃烧技术创造了条件。

一次风燃烧器中的钝体造成烟气回流,冲淡了一次风气流,使着火区氧浓度降低,对降低NOx排放起到一定作用。

一次风喷嘴的后部采用圆弧形,可以保证喷嘴摆动到任何位置从风室中流出的有组织空气量不变,防止燃烧器处于摆动位置时无组织风与火焰过早混合造成的NOx排放增加。

3.2 浓淡燃烧

利用煤粉浓缩器可以将一次风气流分成浓度不同的两部分,浓侧气流中有90% 左右的煤粉,淡侧气流中有10% 左右的煤粉,空气在这两侧基本是均匀分配的。

对浓煤粉喷口,煤粉气流中含氧量低于挥发分完全燃烧所需要的量,这就抑制了挥发性NOx的生成量。对淡侧煤粉喷口,煤粉气流中含氧量虽然高但燃料量过少,燃烧温度低仍然不利于NOX生成。图1 给出了浓淡燃烧降低NOX的原理,图中C1 和C2 之差就是浓淡燃烧器降低的NOX生成量。

水平浓淡燃烧器浓侧气流以一定角度反切布置,可以强化风粉气流与热烟气的换热提前着火,相对推迟二次风的混合距离,对降低NOx排放起到辅助作用。

3.3 空气分级

在分级燃烧中,提供给主烧器的风量要比正常的少。燃烧空气的平衡是通过燃烧区域上方称之为燃烬风的喷嘴加入空气进炉膛实现的。分级送风的原理是:(1) 以比正常要求少的风量供给燃烧器,严格限制NOx的生成。(2) 在过燃风引入之前浓相燃料有较长的停留时间,使得燃料中的结合氮有机会在缺氧区内逸出,并能消除存在的NOx。(3) 燃烬风高速喷入炉膛,以保证与燃烧烟气流的混合,提供完全燃尽所需要的空气。

对于中储仓式制粉系统的锅炉NOx排放量很大程度上取决于一次风量的大小和浓淡燃烧器是否工作可靠,因此要注意下述因素影响:(1) 在不堵管的前提下降低一次风速有利于降低NOx排放。(2)在任何负荷,都投运所允许的最少数量燃烧器运行。(3) 及时更换磨损的一次风浓缩器叶片。(4) 确保所有的二次风挡板工作可靠且开度指示正确。

4 结语

经过实践,在锅炉燃烧器采取降低NOx排放的措施后,NOx的排放大幅度下降,能适应调剂煤质的要求,锅炉运行稳定。

低NOx燃烧器篇2

黄文静1，戴苏峰2，艾春美2，康志宏2

(1.上海电力股份有限公司闵行发电厂，上海 200245;2.上海电力股份有限公司，上

海 200010)

关键词：NOx排放，燃煤锅炉，SCR入口烟温，全负荷低NOx排放控制技术

摘要：随着环保形势的日益严峻，新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》对燃煤火力发电厂NOx排放浓度限值提出了更高的要求，研究高效的低NOx排放控制技术刻不容缓。目前国内采用低氮排放控制技术的燃煤机组在额定工况下基本能满足排放要求，但在低负荷时，由于SCR入口烟温低于催化剂正常工作温度窗口而导致脱硝系统无法投运，针对这一问题的主要对策有增加省煤器旁路、提高锅炉给水温度以及开发宽温度窗口SCR脱硝催化剂。目前国内所采用的省煤器旁路烟道等技术是以牺牲一定的经济性为代价的，高效节能的锅炉全负荷低NOx排放控制技术的研究对于逐步改善周围大气环境质量具有显著的经济效益和社会效益。本文旨在为燃煤锅炉进行全负荷低NOx排放控制提供参考。

Discussion about Low NOx Emission Control Technology under Full Load in a Coal-Fired Boiler

Huang wenjing 1，Dai sufeng 2，Ai chunmei 2，Kang zhihong 2

(1.Shanghai Electric Power co.,LTD.Minhang Power Plant，Shanghai 200245;2.Shanghai Electric Power co., LTD.Shanghai 200010)

Abstract: As the environmental situation is becoming more and more serious,the new “Emission standard of air pollutants for thermal power plants”stipulates lower NOx emission concentration limit,so it is urgent to study efficient low NOx emission control technology.Most coal-fired units can meet the emission requirements under rated conditions,but SCR de-NOx system can not work normally because temperature of SCR inlet flue gas is too low when the unit is under low load.The measures to solve the problem is installing economizer bypass, raising boiler feed-water temperature and developing SCR denitration catalyst which can be used under wide temperature range.Economizer bypass technology adopted at home now will lead to low unit efficiency.Study of energy-efficient low NOx emission technology has significant economic and social benefit on improving the atmospheric environment quality.This paper aims at providing reference of controlling NOx emission under full load for coal-fired boiler.Key words：NOx emission;coal-fired boiler;SCR inlet flue gas;low NOx emission control technology under full load 前言

我国是世界上最大的煤炭生产国和消费国，以煤为主的资源禀赋以及石油、天然气等一次能源对外依存度日益增加，决定了燃煤火力发电在我国的电力工业中占主导地位的格局。由于工业不断发展，能源消耗逐年增加，氮氧化物(NOx)的排放量也迅速增加，燃煤电厂(主要是煤粉炉)产生的大气污染物(特别是NOx)的排放急需得到控制，如何有效地控制NOx的生成已经成为人们普遍关注的焦点。根据中国环境监测总站提供的数据，2011年我国氮氧化物排放总量为2404.3万吨[1]，其中电力行业的氮氧化物排放占45%，占各种燃烧装置NOx排放总量的一半以上，而电力行业排放的氮氧化物80%以上由燃煤锅炉排放[2]。因此，2011年7月29日，我国新颁布了GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》，新标准明确规定新建燃煤火力发电锅炉NOx(以NO2计)排放浓度必须低于100mg/m3[3]，达到了国际先进或领先水平，降低NOx排放的任务非常紧迫。

全负荷低NOx排放控制现状

控制NOx排放的技术包括低氮燃烧技术和烟气脱硝技术。目前普遍采用的低氮燃烧技术主要有：低氮燃烧器、燃料分级燃烧技术、空气分级燃烧技术等。应用在电站燃煤锅炉上的成熟的烟气脱硝技术主要有选择性催化还原法(SCR)、选择性非催化还原法(SNCR)以及SNCR/SCR混合烟气脱硝技术[4,5]。

目前，我国火电行业已形成以低氮燃烧和烟气脱硝相结合的技术路线。截至2010年底，我国已投运的烟气脱硝机组约81675MW，占全国煤电机组容量的12.47%。截至2011年3月底，全国已投运的烟气脱硝容量达96885MW，其中采用SCR工艺的占93.31%，采用SNCR工艺的占6.28%，采用SNCR与SCR组合工艺的占0.41%[6]。“十一五”期间新建燃煤机组全部采用了先进的低氮燃烧技术，烟气脱硝关键技术和设备国产化等方面均取得了重要进展。

催化剂是SCR脱硝系统的核心部件，其性能对脱硝效果有直接影响。而烟气温度对反应速度和催化剂的反应活性及寿命有决定作用，是影响SCR脱硝效率的重要因素之一。目前国内燃煤电站常用的SCR催化剂为中温催化剂，正常活性温度区间一般为320～400℃。锅炉省煤器和空预器之间的烟气温度与这个温度范围接近，因此，国内燃煤电站SCR脱硝装置一般布置在锅炉省煤器和空预器之间。SCR催化剂最佳反应温度窗口为340～380℃，入口烟温在360～380℃以下时，SCR反应效率随着温度的提高而提高，相应的氨逃逸率则逐渐降低。如图1所示为NH3/NOx摩尔比一定时，不同烟气温度下的SCR反应效率[7,8,9]。

当烟气温度低于催化剂的适用温度范围下限时，在催化剂上会发生副反应，NH3与SO3和H2O反应生成(NH4)2SO4或NH4HSO4，减少与NOx的反应，降低脱硝效率，生成物附着在催化剂表面，堵塞催化剂通道或微孔，降低催化剂的活性，同时局部堵塞还会造成催化剂的磨损。另外，如果烟气温度高于催化剂的适用温度，会导致催化剂通道和微孔发生变形，有效通道和面积减少，从而使催化剂失活，缩短催化剂的使用寿命。典型燃煤锅炉烟气SCR脱硝工艺流程为：锅炉→省煤器→脱硝反应器→空预器→除尘脱硫装置→引风机→烟囱。

图1 SCR反应效率与烟温的关系曲线

下图为典型火电厂烟气SCR脱硝系统流程图：

图2 典型火电厂烟气SCR脱硝系统流程图

在我国，绝大多数燃煤机组参与电网调度，因此在实际运行过程中，尤其是非用电高峰时，机组常常不能满负荷运行，甚至运行于50%以下的负荷区间。虽然机组在满负荷运行时省煤器出口温度大于350℃，但在中、低负荷下的SCR反应器入口烟温经常会低于SCR催化剂的最佳反应温度窗口，此时氨气将与烟气中的三氧化硫反应生成铵盐，造成催化剂堵塞和磨损，降低催化剂的活性，使SCR脱硝系统无法正常运转，难以满足全负荷下低NOx排放的要求[10]。

针对锅炉低负荷运行时SCR入口烟温过低而导致SCR脱硝系统无法投运，国内多家环保工程公司及发电单位致力于开发适用于电站燃煤锅炉全负荷运行的低NOx排放控制技术，主要分为SCR入口烟温优化调整和开发高效宽温度窗口SCR脱硝催化剂。

2.1 SCR入口烟温优化调整方案

2.1.1 省煤器给水旁路

如图3所示，本方案中省煤器给水入口处分为主流水量和旁路水量，主流水量进入省煤器中吸热升温，旁路水量则绕过省煤器，最终两者在省煤器出口混合。SCR反应器入口烟温是通过调整旁路水量和主流水量的比例来调节的。

经计算[10]表明，由于水侧换热系数远大于烟气侧换热系数(约83倍)，经过给水旁路的调节，SCR反应器入口烟温有一定提升，但烟温提升幅度较小。随着旁路水流量的增加，进入省煤器的主流水量减少，省煤器出口水温升高，严重时会在省煤器出口产生汽化现象，使省煤器无法正常运行甚至烧坏。尽管省煤器出口水温变化很大，但是总的省煤器出口混合水温降低不多，对锅炉主要参数的影响不大。排烟温度则随着SCR反应器入口烟温的提高而不断提高，排烟损失增加，影响锅炉效率[10]。由于给水旁路调节对于省煤器传热系数的影响较小，尽管省煤器吸热量有所变化，但是从热平衡的角度来看，烟气放热量变化不明显，导致需要调节大量的旁路给水才能提高一定温度的SCR反应器入口烟温。因此，认为省煤器给水旁路调节方案的SCR反应器入口烟温调节特性较差。

图3 省煤器给水旁路示意图

2.1.2 省煤器内部烟气旁路方案

本方案设计在省煤器所在烟道区域，减少相应的省煤器面积，使内部旁路烟道和省煤器并列布置。如图4所示，内部旁路烟道出口处设置烟气挡板，通过调节旁路烟气挡板的开度来控制内旁路烟气和省煤器出口烟气的混合比例，从而达到调节SCR反应器入口烟温的目的。

图4 省煤器内部烟道旁路示意图

此方案因省煤器面积减少，省煤器出口烟温具有自我提升作用，在旁路全关的情况下，排烟温度依然有所提升，这对高负荷运行不需要调节SCR反应器入口烟温时的经济性是不利的。

2.1.3 省煤器外部烟气旁路

图5为省煤器外部烟气旁路示意图。在省煤器入口与省煤器出口这段烟道区域外部设置旁路烟道，外部旁路烟道出口处设置旁路烟气挡板，通过调节旁路烟气挡板的开度来调节外旁路烟气和省煤器出口烟气的混合比例，进而达到调节SCR反应器入口烟温的目的。

与省煤器内部烟气旁路方案相比，不考虑因省煤器面积减少带来的省煤器出口烟温的自我提升，两种方案中同样的烟气份额下，烟温调节能力很接近。但是内部烟气旁路具有抬升烟温的作用，因此，省煤器外部烟气旁路的烟温调节能力更占优势[10]。

图5 省煤器外部烟道旁路示意图

增加省煤器旁路将引起如下问题：

1、旁路运行时降低锅炉效率，增加煤耗及热损失。

2、增加旁路烟道及挡板，增加脱硝系统投资和运行维护费用，旁路挡板可能积灰阻塞，影响系统运行。

3、省煤器旁路将造成进入SCR系统烟气流场紊乱，降低总的脱硝效率。

4、该旁路需在锅炉包覆开孔，对锅炉烟温和烟气量都提出新要求，对锅炉性能及热平衡均有一定影响。

2.1.4 提高锅炉给水温度

提高锅炉给水温度技术主要是通过各种手段来提高进入省煤器的锅炉给水温度，从而减少给水在省煤器的吸热，提高省煤器出口即SCR脱硝反应器入口烟气温度。

以上海某300MW电站燃煤锅炉烟气升温系统(Gas temperature Raising System，以下简称GRS系统)的改造[11]为例说明此方案提高SCR入口烟温的原理及应用。

GRS系统改造方案从省煤器水侧入手，通过低负荷时在给水中加入炉水，提高省煤器入口的水温，减少省煤器的吸热，从而提升SCR反应器入口烟气温度，以满足脱硝SCR反应器入口烟温的要求。

该烟气升温系统结构见图6所示：该系统利用原锅炉炉水循环泵，在循环泵出口分成两路，一路通过电动调节阀与下水包连接;一路通过电动调节阀与省煤器的给水入口并联，这部分炉水和给水的混合提高了省煤器入口给水的温度，降低温差减少烟气放热量提高省煤器出口烟温，从而满足SCR脱硝的适用温度。

该烟气升温系统适用于亚临界和超高压的汽包锅炉。

图6 GRS改造方案原理图

2.2 宽温度窗口SCR脱硝催化剂

开发适用于更低温度的脱硝催化剂是目前SCR脱硝的一个重要课题，目前国内部分高校及环保科研院所均在进行宽温度窗口SCR脱硝催化剂的研发。中国矿业大学的郭凤[12]等人以溶胶—凝胶法制备TiO2为载体的催化剂活性温度窗口为250～400℃，脱硝转化率最高达到理论值80%;南开大学已在实验室里实现了催化剂在260℃以下长时间安全连续运行[13];中国科学院过程工程研究所的科研团队的宽工作温度烟气脱硝催化剂项目得到了国家“863”计划重点项目的支持;国电集团正在进行降低催化剂起活温度和催化剂活性温度窗口范围延展等方面的研究。

然而目前国内对宽温度窗口SCR催化剂的研究工作还停留在实验室小试阶段，尚没有进行大规模的商业应用，或者反应时间过长，或者成本太高，无法满足当前电站燃煤锅炉进行烟气脱硝的迫切需求。

结论

随着国家环保形势的日益严峻，新颁布的《火电厂大气污染物排放标准》对NOx的排放浓度提出了更高的要求，国内新建机组均采用了低NOx排放控制技术，大部分现有机组也相应进行了低氮燃烧改造和加装SCR脱硝装置。针对SCR脱硝的机组在低负荷情况下无法投运的问题，国内已有的解决办法有增加省煤器旁路烟道、提高锅炉给水温度以及研发宽温度窗口SCR催化剂。以上技术虽然能一定程度地解决目前低负荷SCR脱硝系统无法正常运转的问题，但省煤器旁路运行时会降低锅炉效率，增加煤耗及热损失，牺牲一定的经济性;而宽温度窗口催化剂的研究尚在实验室小试阶段，无法满足当前电站燃煤锅炉进行烟气脱硝的迫切需求。在保证锅炉效率的前提下，实现机组全负荷下的低NOx排放，是一项重要课题。

我国对NOx的控制研究起步较晚，对各种低NOx排放控制技术使用时间不长，火电厂应能根据自身实际状况，制定可行的全负荷低NOx控制方案。对此，笔者提出以下建议：

(1)综合考虑电力企业的承受能力，结合实际，对不同锅炉所处位置区别对待，对新老机组区别对待，重点突出，以有限投入获得最佳环保效益。

(2)通过锅炉受热面布置的优化设计，主要是理论计算与分析不同负荷下低NOx燃烧炉内烟温特性与锅炉受热面换热特性间的耦合关系，完成适合全负荷低NOx排放的锅炉整体布置方案设计，确保在全负荷工况下满足锅炉主、再热气温的匹配以及SCR入口烟温的需求。确保锅炉全负荷运行工况下满足合适的SCR烟温。

(3)以现有低氮空气燃烧系统为基础，有针对性地开展全负荷低氮燃烧优化工作。通过调整一、二次风、燃尽风风量及燃烧器喷嘴摆动，优化不同条件下炉内化学当量比分布，在降低NOx排放浓度的同时进一步提升低负荷条件下炉膛出口烟温，为SCR设备运行提供合适的工作条件。

(4)研究燃料量、一次风量、二次风量等参数和运行方式改变对锅炉出口NOx含量及锅炉效率的影响，实现锅炉在频繁变负荷下的低氮燃烧和SCR脱硝协调控制，在满足污染物控制排放要求的前提下，实现喷氨量和锅炉效率的优化控制。

参考文献：

低NOx燃烧器篇3

连续重整加热炉是催化重整装置中的重要设备, 主要用来生产高辛烷值汽油组分、芳烃等产品[1]。近年来由于燃气燃烧设备在燃烧效率、污染物排放方面的优势, 目前很多石化厂都在进行“油改气”工程。但是, 燃气燃烧设备的氮氧化物排放量依然很高。氮氧化物NOX是工业生产中产生的主要污染物之一, 它会对人类的健康产生巨大的危害。随着氮氧化物排放标准逐年严格, 开发低氮氧化物排放的燃气燃烧设备已经成为当前燃烧工业的热点。

在燃烧设备的研发过程中, 一般通过试验手段直观地反应燃烧情况, 测量结果也可直接用于评估燃烧器的设计是否合理、性能是否达标。但是, 试验研究过程繁琐、安全隐患大、投资额高。近年来, 随着数值仿真技术的迅速发展, CFD模拟技术被越来越多地应用在相关的燃烧研发工作中。

文中利用通用流体商用软件Fluent对国内某化工厂重整加热炉内含多组气体燃烧器的燃烧情况进行仿真计算, 比较不同工况下的速度、温度、污染物分布, 探讨此类燃烧设备的燃烧特性, 为新型燃烧设备的开发提供新的思路。

2 结构建模

文中研究对象为国内某石化工程研究院设计的重整加热炉的辐射段部分炉膛。其进料加热炉内铺设“U”型多程并联辐射受热管。燃烧器选用侧墙对烧布置, 每侧布置4个燃烧器, 强制通风。由于“U”型辐射受热管紧密布置、基本占据了垂直于燃烧器安装墙的流通截面, 因此将之简化为左右2个受热面, 又由于炉型和燃烧器布置的对称性, 文中仅模拟炉膛一半的空间, 高度为16.7m, 深度为6.04m, 左右两个受热面之间距离为3.5m, 计算模型如图1所示。

文中研究的燃烧器为新研发的低氮燃烧器, 其深入炉膛部分主要由一级燃气、二级燃气、稳焰装置、中心风道等组成, 单台燃烧器结构和网格如图2所示。一级燃气布置于稳焰盘前方, 与中轴线呈一定角度向外圈二级燃气喷射;预热空气从中心风道经稳焰装置流入, 先与一级燃气混合、发生燃烧并向外圈扩散引燃二级燃气;二级燃气与中轴线呈一定角度向内收缩, 起到充分燃烧、稳燃等效果。

炉膛网格总数为8144539, 节点数为5225066, 六面体网格占比56%, 楔形网格占比2%, 四面体网格占比42%。炉膛内部网格均匀分布, 网格尺寸为50mm左右。

3 数学模型

计算采用standard k-ε方程模型[2]处理湍流运动, 选用概率密度函数PDF模型简化燃烧过程[3], 该模型适用于扩散燃烧的数值模拟。计算方法上采用SIMPLE算法处理速度与压力的耦合关系, 动量、能量、组分等方程采用二阶迎风格式进行离散。

湍动能及其耗散率k与ε的输运方程可以写为:

式中:Gk—由速度梯度产生的湍动能;Gb—由浮力产生的湍动能;YM—压缩作用的修正项;C1ε、C2ε和C3ε—分别为常数;σk和σε—分别对应为k和ε的湍流普朗特数。

在辐射模型上, 综合考虑项目的计算时间和燃烧应用等方面的要求, 采用Fluent自带的P1对辐射室模拟, 辐射段壁面材质均取为铁, 表面发射率为0.8。

在污染物模型上, 采用Fluent中NOX模块进行氮氧化物的模拟, 考虑热力型和快速型NOX的生成[4]。并结合燃烧流场特征, 分析NOX的排放情况。

4 边界条件

燃料气组分如表1所示。

燃料气入口和空气入口采用质量入口边界条件, 给定流量、温度和恰当的湍流参数。燃气进口温度设置为313K, 空气进口温度设置为400K, 出口压力均设置为实地测量值。为简化处理, 炉膛壁面设为绝热墙体, 两侧的换热壁面热流密度也根据现场实际测得值施加。为比较不同过量空气系数和不同空气温度对流场带来的影响, 在保持其他工况参数不变的情况下, 分别模拟了15%、10%过量空气系数的情况和10%过量空气系数时300K、500K空气温度的情况。

5 计算结果分析

5.1 炉膛燃烧流场分析

燃烧过程中, 流体运动的对燃烧情况起决定作用。使用的低氮燃烧器采用了分级燃烧, 将燃烧火焰尽量均匀分散, 使之不发生交织, 形成比较均匀的温度场, 杜绝局部高温区, 从而降低NOX。以10%过量空气系数为例, 对炉膛燃烧流场中速度、温度、污染物分布进行分析。

炉膛燃烧器截面速度场云图如图3所示。由图中可以看出, 重整加热炉中烟气流动主要由燃烧器中燃气射流决定, 而分割后的外圈燃气从而减少NOX的生成。

炉膛燃烧器截面流线分布图如图4所示。由图中可以看出, 重整加热炉中烟气流动主要由燃烧器中燃气射流决定, 燃烧后产生的烟气在中心汇聚升向炉膛辐射段出口。由重力作用, 燃烧区上方的空间和下方的空间均生成了回流区, 使得温度分布更均匀。

炉膛中心截面的温度分布如图5所示。由图中可以看出, 燃烧产生的火焰充满了炉膛燃烧下方的区域, 比较充盈。高温区域主要分布在燃烧器出口燃气和空气的混合区域, 也即火焰的集中分布区域。其中, 火焰在上部燃烧器附近略微出现了些许交织。但炉膛内整体温度分布较为均匀。炉膛辐射段出口处的平均烟气温度约为800℃, 满足对流段加热的需求。

炉膛中心截面的NO分布如图6所示。由图中可以看出, NO分布受温度分布影响明显, 在炉膛中部火焰集中区, NO也集中。该燃烧工况下, 炉膛辐射段出口处的平均NO排放量约为55mg/m3, 满足低氮燃烧的要求。

炉膛中心截面的O2分布如图7所示。由图中可以看出, O2分布与炉膛火焰形状的分布近似吻合, 当风通过火焰稳燃装置与一级燃气混合燃烧之后, 仍有剩余部分空气围绕在火焰周边, 与二级燃气继续混合、燃烧, 直至火焰尾部充分燃烧。这样的效果有利于分散火焰高温区, 使得NOX降低。

5.2 过量空气系数对燃烧特性的影响分析

工业现场往往根据不同要求使用不同的过量空气系数, 但空气系数的不同会导致燃烧情况改变, 进而改变温度场和组分场的分布。模拟了15%过量空气系数下的工况, 并比较其温度、NO的分布与10%过量空气系数下的不同。

15%过量空气系数下炉膛中心截面的温度分布如图8所示。可以看出, 当过量空气系数增加时, 火焰的平均长度和平均温度都有了增加, 另外由于空气动量增加, 火焰的刚性比10%过量空气系数的情况下要强, 造成了更为明显的火焰交织情况。以上这些都会使得NOX生成量提高。

对应温度分布, 15%过量空气系数下的NO分布如图9所示。可以看出, 过量空气系数变化与NO排放紧密相关。当过量空气系数增加时, 氧含量增加, 燃料气与空气更有机会接触, 局部燃烧地更为充分, 温度更高, 因而NO排放更多。经过进一步后处理, 发现15%过量空气系数下, 出口的NO排量已经达到74mg/m3, 仅是刚刚满足低氮排放的要求。值得说明的是, 过量空气系数与NO排放并不是完全的线性关系, 当过量空气系数超过一定范围后, 空气量的增加会稀释烟气, 使得NO含量降低[5]。

5.3 预热空气温度对燃烧特性的影响分析

现实工况中, 重整加热炉一般采用空气预热器预热燃烧所需的空气。提高空气温度可以提高加热炉的热效率, 但也会使得燃烧产物中的NOx增加。另一方面, 如果预热空气温度过高, 有可能引起燃烧器结构变形、烧坏等情况。因此预热空气温度是燃烧器、加热炉的运行中的关键参数。在5.1节中400K计算基础上, 继续模拟了预热空气温度为300K、500K时的不同燃烧情况, 分析其对温度场、组分场带来的影响。

当预热空气温度逐渐增加时, 炉膛火焰的平均温度明显升高, 火焰交织情况也越来越明显。此时, 燃烧产生的NO含量也更高, 也更不易满足低氮燃烧的要求。因此, 在强制通风的工作条件下, 需要注意控制空气的预热温度, 尽量使得燃烧达到污染物排放标准[6]。

6 结语

以国内石化工厂重整加热炉为研究对象, 对新型低氮燃烧器的燃烧和流动做了详细的模拟, 得到了低氮燃烧器燃烧过程的流场、温度场和氮氧化物浓度场分布状况, 以及过量空气系数和预热空气温度对炉膛的低氮燃烧的影响规律, 计算结果与实际情况较为符合, 说明计算模型合适, 计算方法可靠。主要结论如下:

1) 利用CFD仿真技术可以对炉膛燃烧情况进行细致、全面的模拟, 展示丰富的速度场、温度场、组分场信息, 有助于燃烧工程师依据这些信息更好地设计低氮燃烧器的结构参数和工艺参数。

2) 炉膛内火焰的分布对NOX产生有强烈影响, 在满足负荷要求下, 要合理设计燃烧器的结构和其在炉膛内的布置, 避免火焰交织情况发生, 使得火焰高温区不重合、分散均匀, 以降低NOX排放。

3) 过量空气系数与NOX排放紧密相关, 对于CH4占主要成分的燃料气来说, 在5%~15%过量空气系数范围内, NOX排放量随着过量空气系数的增高而增高, 因此工业运行中要合理控制空气过量系数。

4) 预热空气温度强烈影响NOX的排放, 在同样工况条件下, 预热空气温度越高, NOX的排放量越高。文中的计算结果显示, 预热空气温度下降200K时, NO出口排放从近80mg/m3下降到45mg/m3, 效果非常明显。因此工业运行中要尽量降低预热空气, 使NOX排放达标。

参考文献

[1]江华, 毛羽, 吴德飞, 等.连续重整加热炉内多火焰组合燃烧的数值模拟[J].石油大学学报, 2004, 28 (3) :78-83.

[2]陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社, 2001.

[3]Stephen B.Pope.Turbulent Flows[M].Cambridge University Press, 2000.

[4]K.K.Kuo.Principles of Combustion (2nd Edition) [M].Wiley, 2005.

[5]宋洪鹏, 周屈兰, 惠世恩, 等.过量空气系数对燃气燃烧中NOX生成的影响[J].节能, 2004, (1) :12-13.

低NOx燃烧器篇4

关键词：立体分级,氮氧化物,燃尽风,数值模拟

1 前言

氮氧化物(NOx),是多种氮氧化物的总称,主要有NO和NO2、N2O。氮氧化物会产生光化学烟雾严重危害人类健康,会形成酸雨影响生态环境,部分氮氧化物是温室气体,甚至破坏臭氧层。据推算,全世界一年向大气排放的氮氧化物在7 500×104 t左右,而其中绝大部分的氮氧化物是由燃烧过程产生的[1]。在我国大气污染物中由燃煤所产生的NOx约占总分额的2/3以上,鉴于氮氧化物的危害,以燃煤为主的火电厂必须采取相应的氮氧化物减排措施。

立体分级低NOx燃烧系统是一种能有效降低NOx排放,经济性好的NOx控制技术。该系统由主燃区“风包粉”体系形成的燃料水平分级和高位燃尽风形成的空气垂直分级组成。炉内燃烧过程的数值模拟是锅炉设计及改造的重要手段之一,对预报燃烧特性、控制NOx排放均有重要意义。本文针对进行了立体分级低NOx燃烧系统改造后的200 MW锅炉机组,选取合适的模型,对主燃区二次风均等配风和倒塔配风两种工况进行了模拟。模拟结果为我国燃烧法脱硝技术的进一步发展和应用提供理论依据。

2 模拟对象

本文模拟的锅炉由哈尔滨锅炉制造厂设计制造,锅炉炉膛采用正方形布置,宽度和深度均为11 660 mm,高为41 187 mm,假想切圆直径864 mm。在四角布置5层百叶窗式水平浓淡分离直流燃烧器,示意图见图1。改造前锅炉没有燃尽风喷口,在炉膛高度方向采取两头大中间小的束腰型配风方式。改造后,在最上层二次风上方增加两层高位燃尽风喷口,适当调整一、二次风喷口尺寸。改造前后一、二次风的主要布置情况见图1。

3 网格与计算模型

3.1 网格划分

本文按照该锅炉尺寸按1:1的比例建立模型,从冷灰斗到炉膛水平烟道入口段作为计算域,如图2所示。将整个炉膛分成三大块,冷灰斗区域、燃烧器区域和上部炉膛区域。冷灰斗区域和上部炉膛区域采用尺寸较大的网格,而锅炉主燃烧器和燃尽风区域的网格在整个数值模拟过程中非常关键,采用尺寸较小的网格,并对各喷口附近的网格进行加密,整个计算域及燃烧器区域水平截面的网格示意图如图2。

3.2 计算模型

本文对气相湍流采用Realizable k-ε模型,气固两相采用随机轨道模型,辐射换热采用P-1辐射模型,挥发份的热解采用双竞争反应热解模型,挥发份燃烧采用混合分数PDF法,焦炭燃烧采用扩散-动力模型[2,3,4]。NOx采用后处理方法,即在整个炉膛流动、传热和燃烧过程计算出收敛结果后再进行计算。因为相对于燃烧过程中的其余物质,NO的质量浓度非常小,NO生成过程的模拟对于气相物质的混合特性、热力学特性以及混合物的质量分布影响不大[2]。NOx生成机理参考[5]、[6]。

4 工况设置

工况的设置与热态试验一致,关闭上两层一次风,下三层一次风喷入煤粉,由下到上各喷口风速如表1,一次风风温为353 K,二次风和燃尽风风温为580 K。其中工况1为均等配风,工况2为倒塔配风。煤质特性见表2。

5 模型的验证

5.1 冷态流场分析

图3为模拟得到的B层一次风水平截面速度矢量图,从图中可以看出每个角的射流在上游射流的冲刷和炉内螺旋上升气流的撞击两方面的共同作用下发生较大的偏转,形成了充满度较好的切圆,符合四角切圆燃烧方式锅炉内气流的一般规律,证明Realizable k-ε模型湍可以预测炉内的空气动力场。

5.2 均等配风工况模拟与试验对比

对工况1进行热态实验时,在标高19.3 m、20.85 m和25.5 m的各墙中心位置看火孔处用光学高温计测量了水平截面中心线上的平均温度,模拟和试验值对比如表3。

表3可以看出烟气温度的模拟值与试验值存在一定偏差,考虑到炉内温度水平的波动范围比较大、试验测量也存在一定的误差,一般认为这样小于100 K的偏差可以接受。

工况一模拟得到的炉膛出口氧量为3.2%,试验值为3.33%,试验值与模拟值是非常接近的。工况一模拟得到的炉膛出口NOx的排放量为300.59 mg/Nm3(6%O2),试验值为286.84 mg/Nm3(6%O2),误差在5%以内。

由炉内流场、温度水平、炉膛出口氧量及NOx排放浓度的对比可知模拟结果和试验基本相符,证明本文采用的模型及计算方法可以准确模拟立体分级低NOx燃烧系统在四角切圆燃烧方式锅炉上的应用效果,为该技术的发展提供了重要的参考依据。

6 不同配风方式对比

图4~图7分别为工况1和工况2面平均温度、氧量、CO浓度和NO浓度随高度的变化图,图中所示高度为从炉膛底部到折焰角之间的标高范围,图中四条竖线把炉膛分为由下到上五部分:冷灰斗区域(Ⅰ)、主燃烧器区域(Ⅱ)、主燃烧器以上燃尽风以下的区域(Ⅲ)、燃尽风区域(Ⅳ)和上部炉膛区域(Ⅴ)。

(1)Ⅱ区域,煤粉受热分解、挥发份和部分焦炭燃烧;工况1在此区域以燃料型NOx的生成为主,对工况2,热力型NOx和燃料型NOx都有生成。燃料型NOx的反应主要是挥发分N转化为挥发分型NO和部分焦炭N转化为焦炭型NO,与此同时部分NO在相对缺氧的条件下被还原成N2。

在该区域底部,由于工况2下面的两层二次风(AA、AB)的风速小于工况1,故此处工况2的氧量比工况1少,燃烧反应不如工况1剧烈,图4中显示烟气温度比工况1稍低,低于1 500 K,热力型NOx几乎没有生成;图7中可以看到CO浓度则比工况1稍高,还原性气氛比工况1强,燃料型NOx的生成也比工况1少,因此图7中标高为22.5 m以下的主燃烧区域工况2的NOx浓度比工况1小。

随着高度的上升,各层二次风不断补充空气,氧量增加,部分焦炭燃烧,在燃烧器下部区域积累的CO燃烧转化为CO2, 两个工况的CO浓度都有所下降。在图7中可以看出,到了Ⅱ区域上部,工况1的NOx下降幅度很大,而工况2的NOx有所上升,这是因为工况2的上面三层二次风风速远大于工况1,图5显示氧量比工况1充足,焦炭和CO燃烧比工况1充分,导致工况2的烟气温度大幅上升,产生了大量的热力型NOx,图6中可以看出CO浓度急剧下降,高温和氧化性气氛有利于燃料型NOx的生成;而工况1给入的空气量较少,焦炭燃烧不充分,释放的热量被沿高度不断补入的各层二次风吸收,平均烟气温度基本没有上升,维持在1 500 K左右,热力型NOx的生成量小,CO浓度则有上升,强化了还原性气氛,促使原先产生的NOx在还原性气氛下转化为N2。

(2)在Ⅲ区域,部分焦炭继续燃烧,热力型NOx和燃料型NOx都有生成,燃料型NOx的反应主要是部分焦炭N转化为焦炭型NOx。

此区域部分焦炭燃烧释放热量,且没有冷空气进入,两个工况的烟气温度都上升,氧量都有所下降。不同的是,由于工况2最上面两层二次风给入空气量较多,焦炭燃烧比较充分,该工况烟气平均温度在此区域达到最高点,相应的产生了更多的热力型NOx和燃料型NOx;而工况1在主燃区上部给入的空气量较少,焦炭燃烧不完全,因此这段区域内平均烟气温度有所上升,但是没达到峰值,温度水平比工况2低,CO浓度很高,仍处于还原性气氛,热力型NOx虽然有所增加,但是生成的没有被还原的多,所以该区域工况1的NOx浓度远低于工况2,且呈下降趋势。

(3)Ⅳ区域,两层燃尽风补入了大量空气,支持部分焦炭燃烧的同时冷却烟气温度。该区域NOx发生的反应主要是热力型NOx的生成。

两个工况的氧量都随高度呈上升趋势,CO浓度都随高度下降,工况1下降幅度更大。工况1的氧量在两层燃尽风之间有一个低谷,说明工况1第一层燃尽风的氧气消耗速度很快,在主燃区未燃尽的焦炭剧烈燃烧,释放的热量使烟气平均温度在两层燃尽风之间达到最高值,随后被第二层燃尽风冷却;与高温相伴而生的热力型NOx以及剩余的少量焦炭N的转化使工况1的平均NOx浓度也在两层燃尽风之间上升达到一个峰值。对于工况2而言,焦炭进入燃尽风区域之前燃烧已较完全,因此释放的热量小与燃尽风吸收的热量,烟气温度有所下降,在1 500~1 600 K之间,热力型NOx几乎不生成,焦炭N也基本在此前的区域完成转化,补充的空气使该区域的NOx浓度随高度而下降。

(4)Ⅴ区域,剩余焦炭继续燃烧,工况2烟温有小幅回升,然后在前后屏辐射的影响下随高度的增加而降低,工况1的烟温则一直随高度的增加而降低,在折焰角处工况2的烟温高于工况1;两个工况的氧量和CO浓度都随着高度的增加而下降,工况2的氧量高于工况1,相应的,工况1未燃烧的CO比工况2多。

(5)Ⅰ区域,几乎没有煤粉的燃烧反应,扩散到此区域的CO被氧化,CO和O2浓度都随高度降低而减少。由于大部分燃料N在主燃区已充分反应被氧化成NO或还原成N2,故该区域仅有微量燃料NOx生成。由于烟气平均温度低于1 300 K,几乎不产生热力型NOx。NOx浓度基本维持不变。

温度气体组分分布特点可以看出,Ⅱ、Ⅲ区域为主燃区,主燃区的NOx浓度决定了最终的NOx排放水平。工况2在主燃区的空气供应条件比工况1更有利于燃烧,烟气温度比工况1高,且处于氧化性气氛,产生的热力型和燃料型NOx都比工况1多。模拟得到工况1和工况2的炉膛出口NOx浓度分别为300.59 mg/Nm3、348.21 mg/Nm3(6%O2),热态试验测得的值分别为286.84 mg/Nm3、351.89 mg/Nm3,与未进行低燃烧系统改造前的排放水平600~750 mg/Nm3(6%O2)相比,模拟和试验结果都表明采用水平浓淡燃烧器和空气分级相结合的燃烧方式有效地减少了NOx的排放。对于本文模拟的对象,均等配风工况更有利于减少NOx的排放。

7 结论

(1)模拟得到的流场合理,模拟的温度、炉膛出口氧量和NOx浓度与工业现场试验结果基本吻合,证明本文采用的模型合理,可准确预报立体分级低NOx燃烧系统在四角切圆燃烧锅炉的应用效果,为该技术的推广提供了重要的参考依据。

(2)主燃区的NOx浓度决定了最终的NOx排放水平。均等配风工况下主燃区氧气不足,燃烧不充分,大部分区域温度在1 600 K以内,有力地减少了热力型NOx,同时还原性气氛抑制了燃料型NOx的生成,促进了NOx还原;燃尽风区域温度较高,热力型NOx有所增加,但就整体而言NOx的增量并不大。倒塔配风工况主燃区温度水平和氧气浓度都高于均等配风,产生的热力型和燃料型NOx都比工况1多。

(3)模拟和试验结果都表明采用水平浓淡燃烧器和空气分级相结合的立体分级燃烧方式有效地减少了NOx的排放。

参考文献

(1)岑可法,姚强,洛仲泱.高等燃烧学(M).杭州:浙江大学出版社,2002.

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(3)邢菲,樊未军,崔金雷,等.某200 MW四角切圆锅炉燃烧器改造降低NOx数值模拟(J).热能动力工程,2007,22(5):534-538.

(4)唐浩,钟北京,傅维标,等.大型褐煤锅炉煤粉再燃技术的数值模拟(J).热能动力工程,2006,21(4):378-382.

(5)DE.SOET E G G.overall reaction rate of NO and N2for-mation from fuel nitrogen(A).15thInt Symposium on Combustion(C).Pittsburgh:The Combustion Institute,1975.1093-1102.

低NOx燃烧器篇5

关键词：低NOx,安全,环保,控制

0 引言

《京都议定书》确定了一个CO2及NOx等6种温室气体排放的基准值,各国应承担相应的减排义务,低NOx燃烧控制及烟气排放是目前火电厂的趋势及环保要求。山西兴能发电有限责任公司600 MW锅炉采用的斗山巴布克NOx轴向旋流燃烧器能有效将NOx排放降低到基准水平。

1 NOx的形成

氮氧化物(NO)将引起呼吸道疾病和产生硝酸形成的酸雨污染大气。烟囱排放的氮氧化物称之NOx,由约95%的NO和5%的NO2所组成。

煤中存在的氮化合物,单个氮原子通常与碳原子结合成有机氮化合物。空气中的自由氮分子,氮原子以非常强的N—N键成对结合成氮分子(N2),这种结合比C—N键结合强约三倍。这些化学键被裂解形成NOx,C—N键将比较容易破裂,而N—N的破裂则需要更多的能量,因此大气中的氮形成NOx,只有在1 500℃以上的温度条件下才有意义,并随温度呈指数增加。在相对低的燃烧温度下,由燃料中的氮产生的NOx,并且不会显示出同样的变化。由此可以看到,对燃烧区域NOx的形成,两个最重要的影响因素是氧气和温度。因此控制这两个因素就意味着控制NOx的形成。

2 低NOx技术

有着一些公认的在炉膛中降低NOx的技术,它们可以分成三种基本形式:a)与锅炉运行有关;b)基于炉膛和锅炉设计;c)一些涉及燃烧装置设计。几种低NOx技术可以联合使用,但不会产生是叠加效果。最终的选择必须基于对燃料分析,锅炉设计的限制,要求的NOx排放指标,当然还有投资成本的全面考虑。

最有效和最经济的控制NOx排放方法是采用低NOX燃烧器抑制NOx在炉膛内的产生。还可以联合采用分级燃烧,部分燃烧空气经拉开的燃尽风喷口引入。

低NOx燃烧器降低燃料型和热力型NOx形成是基于:在燃烧的前期阶段最大量地释放挥发份;造成一个最初的缺氧区域以抑制燃料氮转化成NOx和热力型NOx的生成;延迟燃料和空气的混合,降低火焰温度抑制热力型NOx的生成;后期延长富氧区的滞留时间(三次风)去保证燃尽;良好的煤粉细度有助于燃料氮更早地逸出和燃尽。

低NOx燃烧器能单独将NOx排放降低到基准水平,但这是一个延迟混合的过程,因而不可避免地将伴随着燃烧效率的降低。最大地试图提高燃烧器降低NOx排放的能力,将导致燃尽的恶化,除非采取相应的补尝措施。这可以通过改进燃烧器燃料和空气的分配及改进煤粉细度来补救。

此外,燃烧器整体布置进一步降低NOx排放水平,可以采用分级燃烧技术来达到。系统的核心是性能好的低NOx燃烧器,有着固有的稳定性和内在的低NOx燃尽能力。在过程的早期阶段即对整体系统的最终性能有着显著影响。

在两级燃烧中,提供给燃烧器的风量要比正常的少。燃烧空气的平衡是通过燃烧区域上方称之为燃尽风喷嘴送风进炉膛实现的。

分级送风的作用是:以比正常要求少的风量供给燃烧器,严格限制NOx的生成;在燃尽风引入之前浓相燃料有较长的延迟时间,使得燃料中的氮有机会在缺氧区内逸出,并能消除存在的NO。

3 斗山巴布科克低NOx轴向旋流燃烧器(LNASB)

斗山巴布科克开发的LNASB作为一种经济实用的手段来满足现有的及将来日益严格的降低NOx排放的要求。

尽管燃烧器的总体布置和它的固定装置在细节上可以会有变化,特别是燃烧器的设计,然而它们实质上都是由一些把燃烧空气分隔成若干独立通道的同心套管所组成。

燃烧器设计的关键是各种轴向旋流风的引入。结构简单而又牢靠,避免与许多径向设计的旋流器之间采用大量的机械连接。LNASB的设计准则如下:增大燃料挥发份的释放速率,以获得最大的挥发物成生量;在燃烧的初始阶段形成一个缺氧的区域,最大限度地减少NOx的生成,但同时又提供适量的氧气以维持火焰的稳定;改善燃料富集区域的滞留时间和温度水平,以最大限度地减少NOx的生成;增加焦碳粒子在燃料富集区域的滞留时间,以降低焦碳粒子中氮氧化物形成的倾向;及时补充过剩空气以确保充分燃尽。

在LNASB中,燃烧的空气被分成三股,一次风、二次风和三次风。一次风由一次风机提供,进入磨煤机中携带煤粉,形成一次风粉混合物,经燃烧器一次风管送入炉膛。在一次风管靠炉膛一侧的端部,设有铸造的煤粉浓缩器,用以在煤粉气流进入炉膛之前对其进行浓缩。浓缩的煤粉气流同二次风、三次风的配合,以保证在靠近燃烧器喉口处维持一个稳定的火焰。

位于炉膛前后水冷壁上的风箱,向每个燃烧器供给二次风和三次风。

二次风和三次风通过燃烧器内同心的环形通道,在燃烧的不同阶段进入炉膛,有助于NOx总量的降低和燃料的燃尽。燃烧器的二次风挡板用以调节每个燃烧器的二次风量和三次风量间的比例。挡板的调整杆穿过燃烧器面板可以在燃烧器外部调整挡板的位置。二次风和三次风由各自的旋流器产生必要的旋转,通常三次风的旋流器在燃烧器装配期间就被固定在燃烧器出口最前端的位置,以便产生最强烈的旋转。要注意的是,二次风挡板和二次风旋流器在燃烧器试运期间调整到最佳位置。

4 低NOx轴向旋流燃烧器的运行

按照惯例,燃烧器在前后水冷壁上水平成排布置,单个燃烧器左旋和右旋交替布置,LNASB的燃烧空气不是顺时针就是逆时针旋转,改变旋流强度以优化炉膛中的燃烧状况,每台燃烧器的旋向在设计阶段即已确定,以适合炉膛工况和燃烧器数量,在炉膛水冷壁上形成棋盘式的燃烧器布置。

LNASB的运行和锅炉运行是一个整体,并因此受制于燃烧控制和燃烧器管理系统的控制之下,应在机组启动、运行和停运时要服从于兴能公司600 MW锅炉的燃烧调整和运行工况。注意:为了防止停运燃烧器受炉膛热流的危害,必须始终保持一股冷却风。

5 结语

低NOx燃烧器篇6

1) 设备概况

大唐信阳发电有限责任公司2×660MW超超临界机组锅炉型号DG2000/26.15-Ⅱ2, 东方锅炉厂制造, 超超临界参数变压直流炉, 一次再热、平衡通风、露天布置、固态排渣、全钢构架、全悬吊结构Π型锅炉。锅炉前、后墙各布置3层DBC-OPCC-Ⅰ型燃烧器, 为东方锅炉厂在日立公司巴布科克技术上自主开发的设备, 每层6只, 共计36只燃烧器 (后墙最下层F层为小油枪燃烧器) , 每台磨煤机单独对应一层燃烧器。

2) 锅炉燃烧器运行情况

(1) 现锅炉烟气中NOx排放浓度高。锅炉燃用煤种接近设计煤种时, NOx排放浓度407/Nm3 (干态O2=6%) (168后试验) [1], 燃用煤种与设计煤种偏差较大时, 烟气中NOx排放浓度高达450mg/Nm3~550mg/Nm3;

(2) 燃烧器喷口变形、烧损、稳燃环脱落, 锅炉运行存在较大安全隐患。

1 燃烧器低NOx改造分析

1.1 NOx生成机理[2]

煤燃过程中产生的氮氧化物主要是NO和NO2二者统称为NOX, 煤燃过程中, 生成NOx的途径有三个:

热力型:空气中的氮气在高温下氧化而生成的NOx;

燃料型:燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中热分解后氧化而生成的NOX;

快速型:燃烧时空气中的氮气和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成的NOX。

煤粉燃烧所生成的NOx中:燃料型占NOx总生成量的6%~80%;热力型NOx的生成和燃烧温度的关系很大, 在温度足够高时, 可占NOx总生成量的20%~30%;快速型NOx在煤燃过程中生成量很小。

1.2 NOx生成主要影响因素分析

燃烧器改造首要的目标就是降低氮氧化物排放浓度, 根据NOx生成规律, 煤在燃烧过程中影响NOx生成和破坏的主要因素是:

1) 煤种特性, 如煤的含氮量、挥发分含量、燃料比Fc/V等;2) 燃烧温度;3) 炉膛反应区中烟气的气氛, 即烟气中的O2、N2、NO和CHi的含量;4) 燃料及燃烧产物在火焰高温区和炉膛内的停留时间。

根据主要影响因素, 对于某一特定的锅炉, 影响最终排放浓度的因素就是:煤质、燃烧器组布置和燃烧器燃尽风口结构性能, 分别分析如下:

1) 煤质是根本

由NOX生成机理可知, 烟煤由于其挥发分含量高, 通过控制过量空气系数可大幅度降低NOX排放浓度, 而贫煤、无烟煤由于其挥发分含量低, 降低较为困难, 排放浓度较高, 因此说煤质是根本因素。

2) 分级配风 (燃烧器组总体布置) 是基础

根据NOx生成机理, 挥发分N转化为NOx时对当地空气/燃料比极为敏感的特点原理发展了低过量空气系数、空气分级燃烧等低氮燃烧技术。由于低过量空气系数会引起较大飞灰损失, 空气分级低氮燃烧技术能同时兼顾高效与清洁两方面要求而得到广泛应用。

根据降低氮氧化物相关煤粉燃烧的理论和实践指出:采用空气分级方式, 一级燃烧区域的过剩空气系数在0.75~0.85之间时氮氧化物生成水平最低, 工程上首先要保证高效稳燃, 取值0.85左右过剩空气系数能满足兼顾要求, 设计一级燃烧区域过剩空气系数0.95, 因此从过剩空气系数角度看, 还有下降空间, 目前机组运行时, 二次风压只有~0.7Kpa, 通过风门调节达到这一风率调配不可能, 因此燃尽风口的改造就是必需的工程改造内容。

3) 燃烧器是关键

对于煤粉锅炉而言, 煤粉燃烧器是锅炉燃烧系统中的关键设备, 不但煤粉是通过燃烧器送入炉膛, 而且煤粉燃烧所需要的空气也是通过燃烧器进入炉膛。煤粉气流的着火过程、炉膛中的空气动力结构和燃烧工况, 主要是通过燃烧器的结构及其在炉膛上的布置来决定的。从燃烧角度看, 燃烧器的性能对煤粉燃烧设备的可靠性和经济性起着主要作用;从NOX生成机理看, 占NOX绝大部分的燃料型NOX是在煤粉的着火阶段生成的。因此通过特殊设计的燃烧器结构、以及改变燃烧器风煤配比, 将空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOX的原理用于燃烧器, 以尽可能的降低着火区的氧浓度、适当降低着火区的温度, 达到最大限度的抑制NOX生成的目的。由于低NOX燃烧器能在煤粉着火阶段就抑制NOX的生成, 可以达到更低的NOX排放值, 因而低NOX燃烧器是实现低NOX排放的关键设备和技术核心。

1.3 原燃烧器结构特点分析[3]

根据提供资料介绍, 采用外浓内淡型低NOx旋流煤粉燃烧器 (DBC-OPCC型) , 前后墙对冲燃烧。燃烧器分为中心风、一次风、二次风和三次风, 中心风取自大风箱, 手动风门调节;二次风采用轴向固定导叶、套筒式风门调节风量;三次风采用径向可调挡板调节旋流强度和风量;大风道总风门可以调节风箱压力。一次风采用撞击式二级浓缩形成外浓内淡的气流流态。出口处一次风设置12片齿块、二次风扩锥, 二次风筒设置三次风扩锥体。

经入口弯头后进入一次风管, 在喷口前部受到二级撞击锥的撞击形成粉气离析, 因而出口煤粉颗粒的分布极不均匀, 弯头外侧较浓, 而内侧较稀, 这样的结果是:1) 造成部分设备过度磨损而较快失效;2) 影响燃烧器的着火稳燃性能, 煤种适应性差;3) 煤质好时, 喷口、扩流锥体容易烧损变形。

原燃烧器存在一次风气流组织不合理, 造成煤粉颗粒分布严重不均;二、三次风由于扩流锥体结构问题, 造成燃烧器出口有旋转发散现象, 所以原燃烧器必须经过改造, 才能形成有利于煤粉气流着火的高温高浓度区域, 而这一点正是降低氮氧化物的关键所在。

1.4 燃尽风结构分析

原两侧燃尽风结构与燃烧器相同, 只是尺寸稍小, 特性相同。燃尽风分为两部分:中心直流风、套筒式风门调节风量;外圈16片~24片固定导叶、盖板拉动调节风量。通过大风箱总风门调节风箱压力。

根据核算结果, 在E-CR工况时, 所有二次风平均轴向风速30m/s, 在同一个大风箱供风、压头只有0.7k Pa的条件下, 直流风速勉强可以保证, 旋流部分轴向速度不能得到保证, 因此出口后占大部分风量的旋流风很快发散, 直流部分所占份额较少, 在高温烟气中的穿透力不足, 补氧效果不理想。

2 燃烧器改造方案

根据前面分析结论, 在目前设备现状和实际燃用煤质情况下, 结合锅炉运行对改造的综合要求, 只能进行燃烧器改造以增强燃烧器本身的低NOx性能、抗变形烧损能力和适当提高燃尽风率所需的燃尽风口改造来达到改造目的。

改造方案为将现ABCDE 5层共30台燃烧器全部更换为PH-XSLNB型燃烧器, 更换后的燃烧器结构如图2所示。

2.1 结构分析

2.1.1 一次风

从入口弯头至喷口端面间部件整体更换, 包含一次风固定管前部、弯头、一次风管, 以及设置于一次风管内的中心油燃烧器组件、组合式浓淡分离组件和一次风出口与喷口相连接的内扩流锥体、稳焰齿环。内扩流锥体与一次风管采用插接式销栓连接, 安全可靠、便于施工安装及检修更换, 齿环采用Si C齿块镶嵌结构, 提高齿环的使用寿命。

2.1.2 二次风

等径更换前部350长耐热段, 避免原设计碳钢风管高温碳化脱落;与外扩流锥体连接结构采用套管插接双面焊接、背面加强筋补焊加强, 避免外扩锥目前存在的受热变形脱落问题。

2.1.3 三次风

三次风水冷壁耐火浇注扩口涨角单边夹角25°不变, 增加调节套筒, 形成双通道三次风, 克服原结构挡板调节方式旋流强度与通流面积同步改变的缺陷。套筒水平拉杆调节通道面积, 切向挡板调节旋流强度, 保证不同负荷下、系统风压变化时旋流强度和速度维持不变。

2.2 性能分析

1) 合理的浓度分布

浓淡分离组件与一次风管、弯头有机组合在一起, 可以实现高效低阻浓淡分离、并保证能够出口煤粉颗粒的均匀分布, 如图2所示。

2) 性能特点

对一次风气流的合理组织, 形成较为均匀理想的出口浓度分布, 良好的空气动力结构, 在在燃烧器出口附近一二次风界面处形成稳定的高温回流区域, 形成有利于煤粉着火和抑制氮氧化物生成的高温、高浓度区域, 齿环使煤粉颗粒在高温区滞止减速滞留时间延长, 极大提高热质交换能力, 而被快速加热升温, 挥发分快速大量析出着火燃烧, 挥发分在这一缺氧区域着火燃烧, 可最大限度的抑制NOx生成。

随后中心的淡相气流及时补充残炭燃烧部分氧量, 温度持续升高, 因二次风旋转而稍后才能补入, 形成的还是高温还原火焰, 使已生成NOx得到还原, 因而可以大幅度降低NOx排放;其后二三次风不断分级补入, 残炭在高温环境下充分燃烧, 提高煤粉燃尽度, 强化燃烧稳定性, 使煤种适应性增强。

参考文献

[1]大唐信阳发电有限责任公司2×660MW锅炉性能试验报告[R].河南电力试验研究院, 2009, 12:19-23.

低NOx燃烧器篇7

关键词：锅炉,NOx,数值模拟,定性分析

锅炉是一个多变量系统,其NOx生成特性非常复杂,很难用简单的公式进行估算,往往需要采用现场测试的方法加以确定,并通过试验摸索出降低NOx的方法。但是,由于试验煤质及负荷不能长时间维持在某一稳定状态下,现场测试难度较大,因此如何辅助、简化现场试验显得尤为重要。影响NOx排放量及锅炉燃烧的因素大致可以分为2类:一类为可控因素;另一类为不可控因素。对于氧量、一次风压、二次风配风方式、制粉系统投用方式等运行参数而言,它们均属于可控因素。然而对于负荷、煤种、煤粉粒径来说,由于受生产调控、燃料供给、制粉系统运行方式等限制条件影响,在实际运行中不能随意调整或调整周期较长,因此属于不可控因素。不可控因素导致现场试验不能维持较长时间或调整较为困难,但是通过较为完善的NOx生成数值模拟的辅助,可以消除它的限制,以达到简化试验的目的。

1 数值模型的建立

利用已有的Fluent燃烧数值模型对炉内NOx生成进行模拟,为了使模型更具针对性及实用性,该模型网格及数值模型均通过现场试验数据(冷态空气动力场测试、热效率性能测试等数据)对其进行检验及修正[1]。

1.1 锅炉对象

研究的锅炉对象为410 t/h燃煤锅炉,该炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、Π形布置的固态排渣煤粉炉。该炉采用四角布置、直流式燃烧器,中储式制粉系统、干燥剂送粉系统,其炉膛尺寸如图1所示,燃烧器一、二次风喷口间隔布置,其喷口布置如图2所示。

1.2 燃烧器及炉膛网格

模拟利用Gambit软件提供的非一致化网格生成技术,对炉内进行网格划分及生成。网格划分时,尽量采用结构化网格,以提高网格质量及模拟效果。对该炉进行数值模拟之前,首先以相关空气动力场数据为依据,对燃烧器喷口附近及各物理量剧烈变化的区域进行网格加密处理,修正后燃烧器区域网格系统如图3所示。

1.3 数值模型

数值模型中模拟气相湍流输送采用标准k-ε湍流模型,模拟焦炭的燃烧采用动力学/扩散控制反应速率模型,对煤粉挥发分的释放采用两步竞争反应模型,煤粉颗粒的跟踪采用随机轨道模型,用混合分数—概率密度函数模型模拟气相湍流燃烧,采用P-1辐射模型计算辐射传热,NOx与湍流之间耦合的模拟采用较为普遍的有限反应的PDF模型,压力—速度的耦合采用SIMPLE法求解。

数值模拟计算是Fluent软件计算分析中较为关键的一环,将直接影响数值计算的结果。其边界条件包括流动变量和热变量。模拟之前,通过该炉以往试验数据为Fluent提供热态边界条件和已知参数,并对数值模型进行修正。

2 数值模拟的分析

数值模拟的不可控因素(煤质、负荷及煤粉粒径分布等)均维持在同一状态(即稳定状态)下,分别对氧量、一次风速、二次风配风及配粉方式不同水平下的炉内燃烧进行了模拟,以分析各参数对NOx排放的影响规律及主次,筛选出影响NOx排放的主要因素,用以合理安排及设计试验工况。

2.1 相关边界条件的设置

利用修正后的模型,对不同运行参数(氧量、一次风压、二次配风方式及配粉方式)在不同水平下的炉内燃烧进行了数值模拟。模拟中所用到的煤质数据均取自该炉以往试验的样品分析数据,其煤的元素分析如表1所示,煤粉粒径分布数据如表2及图4所示,其他边界条件的设置,可见文献[2]。

2.2 数值模拟分析

不同运行参数(氧量、一次风压、二次配风方式及配粉方式)在不同水平下的炉内燃烧数值模拟结果,如图5—8所示。

由图5可知,保持其他因素不变的情况下,当运行氧量在3%～5%内,其NOx随氧量单调递增,其NOx排放量由693 mg/m3升高至773 mg/m3,增量为80 mg/m3,升高率为11.5%。分析认为,由于氧量的增加,导致燃烧器区域的温度水平有所下降,温度型NOx虽会有下降,但氧量的增加会导致燃料性NOx上升。当运行氧量在3%～5%时,由于燃料性NOx占主导因素,因此,随着氧量的增长,NOx排放量有所递增。

由图6可知,保持其他因素不变的情况下,当一次风压递增时,其NOx也随氧量单调递增,其NOx排放量由649 mg/m3升高至711 mg/m3,增量为62mg/m3,升高率为9.6%。分析认为,一次风压的增加,对于炉膛流场及燃烧器区域温度水平的改变较小,但由于一次风量的增加,提高了一次风粉气流中的氧浓度,使得燃烧器区域NOx的生成量有所增加,最终导致炉膛出口NOx排放量增加。

由图7可知,保持其他因素不变的情况下,当采用不同的二次风配风方式时,其NOx排放量由缩腰配风的671 mg/m3升高至均等配风的698 mg/m3,增量为27 mg/m3,升高率为4.0%,因此,二次风配风方式对NOx生成的影响相对较小,分析认为,这主要是燃烧器固有结构所致。

由图8可知,保持在其他因素不变的情况下,当改变三层一次风燃烧器的配粉方式时,其对NOx排放量的影响及炉膛内的NOx分布影响均不明显,分析认为,可能是由于三层喷口较近的缘故导致煤粉的分级效果不明显,因此,对NOx排放量的影响较小。

通过数值模拟分析得知,运行氧量、一次风压对NOx排放影响较大,而二次风配风方式及燃烧器的配粉方式对其影响较小。综合考虑数值模拟结果及燃烧调整的需要,计划安排2个主要影响因素(氧量、一次风压)对NOx生成影响规律的试验研究。

3 降低锅炉NOx排放的试验研究

根据试验前的预测分析结果可知,该炉二次风配风及给粉机配粉方式对NOx的影响相对较小。因此,从简化试验的角度出发,只对运行氧量及一次风压进行NOx生成及燃烧效率的试验研究。本次试验原计划进行12个工况(4个运行参数、每个运行参数进行3个水平的测试),经简化后降为6个试验工况。其后,再对习惯运行方式及推荐运行方式下的运行工况进行对比试验。

3.1 氧量变化对效率及NOx排放量的影响

试验中进行了3种不同氧量水平(2.10%,2.90%,3.57%,氧量为炉膛出口运行氧量的修正值)对效率、NOx排放量影响规律的试验研究,试验结果如图9和图10所示。

从图9和图10可看出,效率在氧量为2.5%～3.0%达到最高点;NOx排放量随氧量的增大而增大,升高率为15.2%,可见其变化趋势及大小与模拟结果(升高率为11.5%)较为吻合。因此,低过量空气燃烧可以作为一种最简单地降低NOx排放的方法[3,4]。高负荷运行中,建议运行氧量维持在2.5%～3.0%,煤质较差时可取其上限。

3.2 一次风压变化对效率及NOx排放量的影响

试验中进行了3种不同的一次风压水平(1 786Pa,1 942 Pa,2 196 Pa,一次风压为排粉机出口风压)对效率、NOx排放量影响规律的试验研究,试验结果如图11和图12所示。

从图11和图12可看出,在正常一次风压下,随着一次风压的逐渐增大,锅炉效率呈现降低趋势;NOx排放量则随一次风压的增大,有较为明显地增大趋势,升高率为15.8%,可见其变化趋势及大小与模拟结果(升高率为9.6%)较为吻合。因此,对于该炉来说,通过在一次风燃烧区域建立富燃料区以降低NOx排放的方法[3]具有较为明显的效果。高负荷运行中,为保持较高的燃烧效率及较低的NOx排放,建议煤质较差时,一次风压维持在1 800 Pa左右,而煤质较好时,可适当提高上述风压,以防止煤粉气流烧坏喷嘴。

3.3 运行方式的对比

根据现场得出氧量、一次风压对NOx排放及锅炉效率的影响规律,结合模拟预测得出相关结论,将低氧、低一次风压、缩腰二次风配风、正塔式配粉方式定为低NOx优化运行方式。同时,综合锅炉运行状况、生产的安全性及经济角度出发,推荐低NOx排放优化运行方式,如表3所示。

(1)习惯运行方式下,炉膛出口氧量约为3%,该值较为合理。因为从数值模拟及试验数据可知,当氧量维持在2.5%～3.0%时,即可以保持较高的锅炉效率,又可以保持较低的NOx排放量。

(2)习惯运行方式下,排粉机出口压力为2 000Pa左右,该值略有偏大,但考虑到燃用优质煤时,一次风压较低会导致喷口高温变形,因此可适当降低至1 900 Pa左右。

(3)习惯运行方式下,由于该炉满负荷运行时风量不足,二次风配风调节受限,因此采用“均等”配风方式。推荐运行方式则维持原有配风方式,但是建议在低负荷运行时,采用“缩腰”配风方式。

从上述分析可知,习惯运行方式与低NOx优化运行方式较为接近,习惯运行方式已较为合理。但是,通过推荐优化运行方式,可以在保持锅炉原有较高热效率的情况下,使NOx排放量进一步降低13.8%左右,这对降低NOx排放仍有一定效果。

4 结束语

通过试验研究可知,该炉原有习惯运行方式已较为合理,如果通过进一步优化运行,可以保持锅炉在原有高热效率的情况下,使得NOx排放量仍有所降低。

借以数值模拟辅助试验的设计及安排,可较为有效地简化试验工况,较大地降低试验工作量。同时,利用修正后的FLUENT燃烧模型,还可以对不可控因素(如不同煤质、不同煤粉粒径、不同负荷)及燃烧设备改造进行炉内燃烧及NOx生成的数值模拟分析。

参考文献

[1]陈强飞.410 t/h锅炉高效低NOx排放的试验研究及数值模拟[D].南京:东南大学,2009.

[2]宋亚强,刘霞.400 t/h煤粉炉分级燃烧的数值研究[J].锅炉技术,2004,35(3):31-34.

[3]毛健雄.煤的清洁燃烧[M].北京:北京科学出版社,1998.

低NOx燃烧器篇8

近年来, 由化石燃料的燃烧排放出来的氮氧化物已成为环境污染的一个重要方面。氮氧化物是一种危害较大, 处理较难的大气污染物[1]。研究表明, 在城市地区, 环境空气中NO2的体积分数达到 (10～100) ×10-6就会危害人体。它不仅参与形成光化学烟雾, 刺激人的呼吸系统, 损害动植物。同时也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。我国是燃煤大国, 开展对降低NOX排放的治理具有十分重要的意义[2]。

用改变燃烧条件的方法来降低NOX的排放, 统称为低NOX燃烧技术。为了达到国家“十二五”环保目标的总体要求, 控制火电厂的NOx排放指标, 国电宣威发电有限责任公司 (以下简称宣威公司) 在2011年11月对11号锅炉进行了低氮燃烧器改造。改造选用烟台龙源电力股份有限公司的双尺度强防渣高效低NOX燃烧技术[3,4], 取得了较好的NOX减排效果。各工况下NOX排放质量浓度均低于290mg/m3 (标准状态, 折算到6%氧量下, 下同) , 在同类型机组中处于领先水平。

1 机组简介

宣威公司#11锅炉由武锅制造, 型号为WGZ1025/18.24-4型亚临界自然循环汽包炉, 单炉膛, 一次再热, 平衡通风, 半漏天岛式布置, 固态排渣煤粉锅炉。锅炉以最大连续负荷 (B-MCR) 工况为设计参数, 最大连续蒸发量1025t/h。锅炉为单炉膛四角布置的摆动式直流燃烧器切圆燃烧方式, 采用5台中速碗式磨煤机, 五层一次风喷嘴布置, 其中设计四层运行带B-MCR, 并布置三层点火油枪, 最下一层设有等离子点火系统, 采用二级点火。采用四角切向布置的全摆动燃烧器, 燃烧器能长期运行, 摆动装置灵活可靠。

2 改造方案及技术特点

2.1 燃烧器改造总体方案

改造方案采用烟台龙源研发的双尺度燃烧技术及双尺度分区优化调试方法组合技术, 在原燃烧器基础上, 进行低NOx燃烧器改造。主燃烧器区域燃烧器一二次风标高不变, 风量重新合理分配, 并调整主燃烧器区一二次风喷口面积, 更换一二次风喷口及一次风喷嘴体、一次风入口弯头等部件, 部分二次风喷口增设贴壁风组件, 将部分二次风射流方向逆向与一次风射流方向偏置一较小角度 (8度角) ;点火装置标高位置不变;在原主燃烧器上方约6米处布置4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。

2.2 降低NOX排放量改造措施

2.2.1 纵向三区分布

燃烧器改造后沿高度方向从下至上形成三大区域, 分别为氧化还原区 (总风量的70-80%) 、主还原区、燃尽区。氧化区有助于煤粉初期燃烧, 炉温升高, 促进煤粉着火、燃烧及燃尽。由于有较大燃尽风量的存在, 主燃烧器区内也会存在氧化还原交替存区, 通过控制高度方向的配风, 可形成局部还原区, 可以初步还原产生的NOX, 使NOx在初始燃烧时就得到抑制, 在主还原区内已生成的NOX还可得到更充分还原, 燃尽区内将作为燃尽风的二次风及时补充进来, 促进焦碳最后燃尽。通过纵向三区布置, 形成纵向空气分级, NOX将得到极大抑制, 飞灰可燃物也会得到控制。

2.2.2 横向双区布置

改造后燃烧器保留一次风射流方向不变, 二次风逆时针与一次风偏置布置, 一二次射流偏角调小, 只有8度角, 两层一次风之间还会布置公司特有的贴壁风喷口, 形成横向空气分级。

2.2.3 节点功能区的建立

作为节点功能区的将相邻两层一次风喷口下层一次风设计为上浓下淡燃烧器喷口, 上层一次风布置为下浓上淡一次风喷口, 两层一次风喷口中间的二次风小角度与一次风射流偏置, 同时布置贴壁风喷口。这样的喷口组合, 同时具有稳燃、降低NOX的双重作用, 将中间二次风和贴壁风风门开大, 可实现NOX和飞灰可燃物同时降低。

3 改造后的性能试验分析

3.1 过量空气系数对NOX排放量的影响

由图1可知, 锅炉尾部烟气中NOX含量随着氧量的增大而略有上升趋势, 各区间整体变化幅度较小。由于此煤种与设计煤种相差较大, 灰分大, 内在水分小, 煤颗粒的活性较小, 对氧量变化敏感度较小。尾部NOX含量最低工况XW1SY-15为280mg/Nm3, 工况XW1SY-18烟气中NOX含量最高298mg/Nm3。基本满足合同规定的排放标准。

3.2 过量空气系数对NOX排放量的影响

图2显示了不同氧量对锅炉效率的影响规律。通过改变二次风量而改变炉内过量空气系数的专项试验, 结合锅炉在各工况设计氧量下运行参数、调整控制余地及锅炉经济安全运行等因素全方位考虑, 300MW负荷下锅炉推荐炉内氧量保持2.8%附近。

3.3 二次风配风对NOX排放量的影响

试验结果表明, 调整紧凑型燃尽风EE与EF的组合, 对控制飞灰含碳量有明显的作用, 即对锅炉经济性的影响程度大。NOX变化也较为明显。

3.3 主燃烧器摆角试验

试验结果表明, 随着主燃烧器逐步上倾, NOX呈上升趋势, 主燃烧器摆角在20%-30%开度区间NOX变化趋势相对较大;过热蒸汽侧减温水量呈上升趋势。

4 实验结论

4.1 锅炉燃用现有煤种, 在210-300MW负荷间, 在保证锅炉效率的前提下, NOX排放量基本可以稳定控制在300 mg/Nm3以下, CO排放浓度50μL/L以下, 锅炉效率可以保证在92～92.9%范围之内, 通过不同负荷阶段的不同配风方式, 能够保证飞灰含碳量在1%以内。

4.2 主燃烧器摆角试验在240MW负荷下进行, 主再热汽温及减温水流量随着主燃烧器摆角角度增加而增大, 说明主燃烧器摆角对汽温影响较大, 调节特性明显;同时随着摆角向下, 还原区距离增加, 也有降低NOX的作用。

4.3 低负荷, 主再热汽温低情况下, 尽量采用主燃烧器摆角主调、SOFA燃烧器摆角配合的调节方式;高负荷煤质较好情况下, 容易发生汽温偏低状况, 在采用主摆与SOFA摆角配合前提下, 改变

摘要：针对国电宣威发电有限责任公司原有的锅炉氮氧化物排放浓度较高的问题, 采用“双尺度”低氮燃烧技术, 对燃烧器进行改造。改造后锅炉氮氧化物排放浓度大大降低。

关键词：燃煤锅炉,低NOX排放,双尺度低NOX燃烧技术,燃烧调整