低氮燃烧技术在锅炉氮氧化物控制中的应用

低氮燃烧技术在锅炉氮氧化物控制中的应用

0燃煤与nox排放电力工业是经济和工业的基本行业。随着经济的发展，中国的能源需求不断增加。我国电力结构以火电为主,火电厂燃煤量占全国煤炭消耗总量的50%左右,电力行业氮氧化物的排放也在全国NOX排放总量中占有较大比重。因此,控制火力发电厂氮氧化物的排放,对于控制氮氧化物的排放总量具有重要意义。1燃料nox的排放控制由前述可知,高温和高的氧浓度是产生热力NOX的根源。因此,减少热力NOX的措施有:减少燃烧最高温度区域范围;降低燃烧峰值温度;降低燃烧的过量空气系数和局部氧气浓度。燃料NOX的产生是由于燃料中的氮在燃烧过程中与含氧物质反应生成的NOX。燃料中的氮并非全部转化为NOX,根据燃料和燃烧方式的不同,转化率不同,一般在15%～30%。因此,控制燃料NOX的产生的措施有:减少过量空气系数;控制燃烧与空气的前期混合;提高入炉的局部燃烧浓度;利用中间生成物反应降低NOX产量。目前,通过控制炉内燃烧以降低氮氧化物排放的方式主要有以下几种:低过量空气燃烧、低氮燃烧器(LNB)、空气分级燃烧、燃烧分级燃烧技术。本文所述420t/h锅炉主要采用了低氮燃烧器加空气分级燃烧的方式降低氮氧化物,下面将给予详细介绍。2万隆工厂420吨？h设备2.1锅炉燃烧方式广州市旺隆热电有限公司一期工程装机容量为2×100MW,锅炉为东方锅炉的高温高压自然循环煤粉炉,钢构架悬吊结构、单炉膛露天布置、平衡通风、四角切圆燃烧方式、固态排渣。燃烧器为改造后的低氮燃烧器,锅炉主要参数见表1。2.2锅炉一次风系统燃烧系统采用正四角布置切向燃烧,切圆直径616mm,切圆方向从炉顶往下为逆时针。锅炉一次风采用水平浓淡燃烧器,分四角布置,每角布置三层(第二、四、六层)一次风喷口,第一、三、五、七层为二次风喷口,其中在第一层、第五层二次风喷口中布置有点火油枪及稳燃油枪,在下一次风口布置小油点火系统。燃烧器及油枪参数见表2,燃烧器设计参数见表3。3燃尽风系统的改造广州市旺隆热电有限公司2×420t/h锅炉本次低氮燃烧系统改造由美国阿米那电力环保技术开发(北京)有限公司负责设计、供货和施工。本次改造主要分三个部分:低氮燃烧器的改造、燃尽风系统的改造、制粉系统的改造。通过改造,将燃烧器改造为低氮燃烧器(小油点火系统未作改动),同时将主燃烧器区域的风量减少约20%,这20%的风量通过燃尽风系统进入炉膛,参与燃烧。此外,还进行了制粉系统粗粉分离器的改造,将原径向式粗粉分离器改为轴向式粗粉分离器,在保证制粉出力的情况下,得到更好的煤粉细度和均匀性。3.1采用二次风喷口改造本次改造采用阿米那公司专利的低NOX燃烧器,由于原燃烧系统下一次风口已改造为小油点火系统,因此本次改造下一次风口未进行改动。中、上一次风喷口改造为钝体燃烧器,在燃烧器出口处形成卷吸,加强了煤粉气流与高温气流的混合,强化了煤粉初始阶段在低氧状态下的燃烧。二次风喷口改造后分为几个窗口,其中一层有导向叶片,使部分二次分形成贴壁风,形成“风包粉”的燃烧效果。这样既降低了低氧燃烧状态下水冷壁结焦的风险,保证水冷壁表面清洁度,又在一定程度了强化了水冷壁的辐射换热效果。燃烧器改造前后对比见图1所示。3.2材料及燃烧方式在锅炉主燃烧器区域上方7米处四面水冷壁上开孔,用于安装新增设的SOFA燃尽风喷嘴,每面水冷壁2只喷嘴,共8只喷嘴,材料采用S309不锈钢材。燃尽风系统具体布置见图2所示。通过改造,主燃烧器区域风量减少20%,进行低氧燃烧,形成富燃料区域、还原性氛围,将燃烧生成的NOX还原为氮气和水,减少氮氧化物的生成。主燃烧器区域减少的20%风量通过燃尽风系统吹入炉膛,形成富氧燃烧区域,将主燃烧器区域未燃烧完全的煤粉燃烬,减少飞灰含碳量。3.3粗粉分离器改造粗粉分离器为了保证低氮燃烧系统下锅炉的燃烧效率,降低飞灰可燃物,本次改造还对制粉系统的粗粉分离器进行了改造,将原径向式粗粉分离器改造为轴向式粗粉分离器,以提高煤粉细度和均匀性,保证燃烧效率。改造方式见图3所示。4燃烧满负荷工况分析改造前,旺隆电厂进行了氮氧化物排放量的测试,锅炉满负荷工况,炉膛出口NOX浓度约500mg/m3(干态,6%氧量)。改造后,通过对低氮燃烧系统进行调试,燃尽风门的开度对飞灰可燃物随着燃尽风门的开度的增大而增大,炉膛出口NOX浓度随着燃尽风门的开度的增大而减少,两者存在一个平衡点。图4为满负荷工况各参数变化曲线。通过图表数据,旺隆电厂两台420t/h锅炉在保证设计燃烧效率的情况下,燃尽风门开度在70%左右,炉膛出口NOX浓度稳定在250mg/m3(干态,6%氧量)以下,达到了很好的环保效益。本次改造验收试验数据见表4和表5所示。采用了低NOX燃烧技术后,瑞明电厂420t/h国产锅炉的NOX排放量(6%O2)为468～490mg/m3,恒运电厂2×210MW锅炉的NOX排放量(6%O2)为230mg/m3。由此可见,旺隆电厂采用低NOX燃烧技术后的NOX的排放量与恒运电厂的排放量较接近,低于瑞明电厂的排放量。5保证燃烧效率旺隆电厂通过低氮燃烧器、燃尽风系