低氮燃烧及改造docx

发布时间：2023-10-06 21:57:40| 来源：乐鱼平台登录

  PAGE PAGE 1 低氮燃烧及改造  低氮燃烧及改造  广东电网公司电力科学争辩院  2009年9月   名目1 低氮燃烧的必要性  1.1 NOx生成类型  1.2 低NOx把握方法  1.3 低氮燃烧必要性  2 低氮燃烧的调整技术  2.1 基础原理  2.2 低氧燃烧技术  2.3 分级配风技术  2.4 配煤掺烧技术  3 低氮燃烧改造  3.1 低NOx燃烧器  3.2 空气分级的燃烧器布置  3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例3.4 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点   1.1 NOx生成类型  ?氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括NOx （一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2) )、氧化二氮(N2O)等。在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%。  ?NOX按生成机理的不同分为三类：热力型、快速型和燃料型，其中燃料型占60%～95%。  ?争辩表明，煤中氮几乎全部以有机物的方式存在。外形次要  是吡咯型、吡啶型和季氮，其中吡咯型氮和吡啶型氮是煤中氮的次要存在方式。  1.1 NOx 生成类型  ?热力型氮：空气中氮在高温下氧化产生  O  NO O N N NO N O N O N O +?++?++?+22222  2222  1  2NO O NO NO O N ?+?+在高温下总生成式为   1.1 NOx生成类型  ?快速型氮：  在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，由于燃料挥发物中碳氢化合物高温分解生成的CH自在基可以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。  1.1 NOx 生成类型  ?燃料型氮：由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。  煤燃烧中的氮化学   还原  挥发分氮  原煤氮  HCN 残余焦炭氮  N 2  NO  碳黑氮  NH 3  焦炭氮  N 2O  一次热解  二次热解  氧化  还原  煤氮的反应路线取决于氮的赋存外形及其所处的反应环境!  1.1 NOx 生成类型  空气中的氮  NOx  N 2  烃生成物中结合的氮  杂环氮  氰  （HCN ，CN ）  氰氧化物（OCN ，HNCO ）  氨类（NH 3，NH 2，NH ，N ）  N 2  N 2O  H  NOx  烃生成物CH,CH 2  燃料氮的转化  再燃  还原性气氛氧化性气氛  NOx 生成和破坏的化学途径   1.1 NOx生成类型  热力型  燃料型  快速型   1.2 低NOx把握方法  低NOx把握的一次措施：把握NOx的生成  1）低NOx燃烧器  2）空气分级（二段燃烧）  3）燃料再燃（三段燃烧）  低NOx把握的二次措施：将生成的NOx还原4）SNCR炉内喷氨脱硝  5）SCR尾部烟气脱硝  1.2 低NOx把握方法  低NOx燃烧器再燃SNCR SCR  15～20％30～50％  40～70％  80%  各种脱硝技术的脱硝效率  SNCR  把握NOx  燃尽风  主燃区  空气分级  把握NOx  低NOx  燃烧器  燃料再燃  把握NOx  SCR  把握NOx  氨的  喷射系统  氨的  输送系统  氨的  储存系统  SCR的  催化剂系统   1.3 低氮燃烧的必要性  ?NOx减排, 技术已不是妨碍, 关键要选择比较适合本人的技术;  ?无论对于SCR或SNCR, 先接受低氮燃烧技术, 都可节省投资和运转成本;  ?接受低NOx燃烧技术, 大部分在役老机组都有较大的减排空间;  ?近几年投运的新机组, 大多已接受了先进的低氮燃烧技术，基本没改造空间，但还可通过燃烧优化降低NOx排放。   2 低氮燃烧的调整技术2.1 基础原理  2.2 低氧燃烧技术2.3 分级配风技术2.4 配煤掺烧技术   2.1 基础原理  ?低氮燃烧的基本准绳：把握燃烧温度以削减“热力”型NOx 的生成，和（或）削减燃料氮与燃烧空气中氧的混合，通过构成富燃区域将燃料NOx还原成N2，以削减“燃料”型NOx，在煤热解完成后，再将二次风分级送入以完成焦炭燃烧。  ?平平稳定燃烧和减排NOx恰好构成了一对冲突，现行各种低NOx燃烧方法对炉内火焰稳定性和燃料的完全燃烧程度都有明显不利的影响，因而选择合理的NOx把握措施必需兼顾燃烧经济性和平安性的影响。  2.2 低氧燃烧技术  9:36:10  10:02:50  10:29:30  10:56:10  11:22:50   1234567  8  9  10100  200  300  400  500  600  700  800  O 2  NOx  试验时间  N O x (m g /m g 3, @6% O 2)  氧量 (%)  2#炉  2.2 低氧燃烧技术  氧  量  对  NOx  和  热  效  率  的  影  响  （  660MW )130mg/m3/O  2  2.2 低氧燃烧技术  某300MW贫煤锅炉氧量对NOx和热损失影响   2.2 低氧燃烧技术  低氧燃烧技术存在的问题：  ?飞灰可燃物上升  ?锅炉热效率有可能下降  ?结渣、高温腐蚀、高温氧化等坏因添加?壁温有可能超温  ?汽温可能超温或欠温   2.2 低氧燃烧技术  怎么来实现低氧燃烧：  ?接受更细的煤粉细度  ?保证均匀的风粉安排  ?合理的配煤掺烧方案  实现方法：  通过燃烧优化试验，在经济性、平安性和低NOx 排放之间取得平衡，得到经济运转氧量曲线 分级配风技术  （1）轴向空气分级燃烧  在燃烧器上方肯定位置处开设一层或多层燃尽风喷口，将助燃空气沿炉膛轴向分级送入炉内。在第一阶段，将供入炉膛的空气量削减到总燃烧空气量的70%～75%左右，燃料先在贫氧条件下燃烧。此时第一燃烧区内过剩空气系数α1的富氧条件下完成燃烧过程。  2.3 分级配风技术  “火上风”喷口  一次风煤粉和二次风  α: 0.8~0.9  α: 1.1~1.2  轴向空气分级燃烧  2.3 分级配风技术   600  1.3  1.2  1.1  1  0.9  0.8  ò???è?é???1yá??????μêya1  N O x (p p m )(6% O 2)  N:1.0%  N:1.15%N:2.6%   2.3 分级配风技术  （2）径向空气分级燃烧  将二次风射流轴线向水冷壁偏转肯定角度，构成一次风煤粉气流在内，二次风在外的径向分级燃烧。此时，沿炉膛水平径向把煤粉的燃烧区域分成位于炉膛中心的贫氧区和水冷壁四周的富氧区。由于二次风射流向水冷壁偏转，推迟了二次风与一次风的混合，降低了燃烧中心氧气浓度，使燃烧中心α1，煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了NOx 的生成。由于在水冷壁四周构成氧化性气氛，可防止或减轻水冷壁的高温腐蚀和结焦。同时,在一次风和炉膛水冷壁之间构成一层风膜,达到风包粉的效果,同样起到了防止炉内防结渣的目的。   2.3 分级配风技术   径向空气分级燃烧   2.3 分级配风技术  通过燃烧优化试验方法，在炉膛轴向构成下部富燃料、贫氧；上部富氧、贫燃料的燃烧方式。  ?燃烬风调整  ?周界风调整  ?二次风配风调整  ?关于三次风  2.3 分级配风技术  低  负  荷  工  况  的  燃  烬  风  调  整  结  果   2.3 分级配风技术    2.3 分级配风技术  ?周界风供应煤粉燃烧初期所需的氧量，以及用于爱护燃烧器，转变周界风相当于转变二次风沿炉膛轴向的安排。  ?削减周界风量，燃烧器区域的氧化性气氛变弱，还原性气氛添加，燃烧器区生成的NOx量降低。  ?周界风调整要考虑煤粉的着火距离和燃烧器的平安。  2.3 分级配风技术  周  界  风  调  整  试  验  结  果结论：适当关小周界风  2.3 分级配风技术  300MW贫煤锅炉配风试验结果   2.3 分级配风技术  ?添加运转磨煤机，即添加三次风量，相当于构成分级燃烧，在某一些程度上对降低NOx是有利的，但对飞灰可燃物和锅炉热效率有不利影响。    2.3 分级配风技术  ?也有学者觉得三次风的存在导致了相当数量的NOx生成，对降低NOx不利，次要是三次风细粉中的燃料氮在大过剩空气系数下氧化形成，并得到一些试验证明。  ?因而，三次风能否有利于降低NOx，需要依据锅炉的真实的情况，如煤种、三次风带粉量、三次风处的过量空气系数等，通过试验确定。   2.3 分级配风技术  ?磨煤机停运时，提高并投入三次风冷却风，相当于添加了燃烬风，则对降低NOx是有利的；  ?某300MW机组锅炉的三次风冷却风管从Ф154×4.5改造为Ф273×5，NOx排放下降100mg/m3，但效率略有降低。  2.4 配煤掺烧技术  28.0  28.5  29.0  29.5  30.0  30.5  31.0  0  400450  N O x 浓度 （p p m ，@6% O 2）  煤中挥发分 （％）0.7  0.8  0.9  1.0  1.1  1.2  200  250  300  350  400  450  N O x 浓度 （p p m @6% O 2)  煤中含氮量 （％）  不同煤种的NOx 排放  燃用高挥发分，低氮分的煤有利于降低锅炉NOx 的排放。  2.4 配煤掺烧技术  0.0  100.0200.0300.0400.0500.00  20  40  60  80  100  120  神华煤中优混煤掺烧比例（％）  NOx(mg/m 3)  2.4 配煤掺烧技术  烟煤占25%时的NOx排放较低   3 低氮燃烧改造  3.1 低NOx燃烧器  3.2 空气分级的燃烧器布置  3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  3.4 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点   3 低氮燃烧改造  煤中氮析出机理争辩表明：  ?烟煤中挥发分氮占次要比例，把握烟煤NOx的生成次要是把握挥发分氮。  ?烟煤挥发分氮的析出速度很快，因而次要是要把握烟煤的着火初期NOx析出。  ?把握烟煤NOx，空气分级是格外有效的措施。   3 低氮燃烧改造  烟煤锅炉低氮燃烧系统改造包括两个方面:?选用低NOx燃烧器  ?在燃烧器布置上强化空气分级   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  技术关键：借燃烧器不同结构把握煤粉着火并组织好“分段”燃烧。  （1）热回流型燃烧器，如WR型燃烧器、双通道大速差燃烧器等；  （2）浓淡偏差型燃烧器，如PM燃烧器等；  （3）浓淡偏差＋热回流型燃烧器，如稳燃罩燃烧器；  （4）双调风旋流燃烧器  （5）烟气再循环低NOx燃烧器  3.1 低NOx燃烧器（LNB）（1）热回流型燃烧器  3.1 低NOx燃烧器（LNB）（2）浓淡偏差型燃烧器?包括上下浓淡型和水平浓淡型   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （2）浓淡偏差型－PM燃烧器（三菱公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （2）浓淡偏差型－立式旋风分别燃烧器（FW公司，W型炉）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）（2）浓淡偏差型－撞击式（浙大）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （2）浓淡偏差型－带稳燃挡板（清华）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （2）浓淡偏差型－多重富集型MELNB（清华）   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  几种燃烧器的计算机模仿结果：  3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）双调风旋流燃烧器   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）DRB－XCL型（B-W公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）DRB－4Z TM型（B-W公司）   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）DRB－4Z TM型（B-W公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）CF/SF型（FW公司）   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）CF/SF型（FW公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）VF/SF型（FW公司）     3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）NR系列燃烧器（BHK公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）NR系列燃烧器（BHK公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）LNASB低NOx燃烧器（三井－巴布科克公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）Opti-Flow TM低NOx燃烧器（ABT公司）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）径向浓淡旋流煤粉燃烧器（秦裕琨等）    3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （4）可控浓淡分别旋流燃烧器（浙大）   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  低NOx燃烧器特点：   3.1 低NOx燃烧器（LNB）  （5）烟气再循环低NOx燃烧器（三菱公司）    3.2 空气分级的燃烧器布置  强化空气分级燃烧的次要方式：  （1）全体炉膛分级燃烧系统即OFA系统，全体炉膛分级燃烧系统以轴向空气分级燃烧为基础。  （2）同轴燃烧系统CFS以径向空气分级燃烧技术为基础。（3）低NOx同轴燃烧系统LNCFS，不只在炉膛轴向，同时  在燃烧器区域的炉膛径向实现分级燃烧。  （4）TFS2000燃烧系统（CE公司），接受紧靠最上层一次风煤粉喷口的紧凑布置燃尽风（CCOFA）和远离最上层一次风煤粉喷口的多层分别燃尽风（SOFA）的多级OFA与CFSⅠ的组合方式。   3.1 空气分级的燃烧器布置  强化空气分级燃烧的次要方式：   3.2 空气分级的燃烧器布置  典  型  的  偏  转  二  次  风  系  统  炉  内  布  置  3.2 空气分级的燃烧器布置  分别布置燃尽风喷口（SOFA ） 紧靠布置燃尽风喷口（CCOFA ） 偏转二次风喷口（CFS ） 一次风喷口  风箱 二次风门 挡板典型的偏转二次风系统燃烧器组件   3.2 空气分级的燃烧器布置  TSI2000燃烧系统：融合几种直流燃烧器减排技术措施于一体，能够更好的降低NOx50%～70％。  ?把握提前析出挥发份   ?水平偏置的二次风  ?两级布置的燃烬风  ?把握活性分区风量    3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造可能消灭的技术问题：  ?飞灰可燃物含量增大  ?水冷壁腐蚀  ?炉内结渣与沾污模式的转变  ?汽温存壁温变化  ?烟温偏差增大   3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  ?接受带有SOFA风的炉内空气深  度分级燃烧系统。  ?考虑风包粉模式  ?下部燃烧系统的大格局不变（大  风箱结构不变）。  ?深度空气分级系统与下部多切圆  燃烧系统结合深度脱硝。   3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  ?改造设计本着在现有条件下平安牢靠的准绳，充分的利用现有设备，实现大容量燃煤锅炉NOx 排放浓度降低，即从目前的800 多mg/Nm3左右下降到300～400mg/Nm3 。  ?锅炉具有高的热效率，飞灰含碳量得到良好的把握，且炉内结渣得到把握，没有高温腐蚀添加等趋势，汽温汽压出力达额定值。  ?改造接受分隔燃尽风（SOFA）的空气分级方案。炉内燃烧布置大格局方面，接受深度空气分级技术，紧靠型燃尽风（CCOFA）与分别燃尽风（SOFA）结合。   3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  ?为防止由于炉膛下部由于处于强还原性气氛引起炉膛水冷壁高温腐蚀和结渣事故的发生，下部燃烧器组接受不等切圆的复合型多功能直流系统。  ?不等切圆复合型多功能直流燃烧系统中各二次风的偏转角度各不相同，分别布置燃尽风的水平偏转角度可调。  ?可在炉内的水平方向构成分级燃烧，中心区域为高燃烧强度区，水冷壁四周为具有较高氧浓度，较低温度，低的CO含量和低的颗粒浓度，从而起到防止结渣和高温腐蚀的作用。   3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  ?接受SOFA三层布置有利于使SOFA不全投条件下，SOFA的中心标高提高，而且在后部风道面积肯定的条件下，SOFA的风速更高，进而达到降低NOx 的效果更好。  ?SOFA风接受三层布置相对于两层布置来说，各SOFA风喷口的高宽比较小，有利于保证SOFA风的刚性，提高SOFA风的穿透性，以此来降低NOx和飞灰含碳量。  ?利用数值模仿手段进行了低NOx燃烧技术的设计验证，关键参数优化。  3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  三维可摇摆SOFA燃烧器   3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  ?一些次要的关键参数选择：  炉膛出口过量空气系数：1.2  CCOFA风率：总风量的5~10%。  SOFA风量：总风量的20％左右。  SOFA高度：保证煤粉燃尽距离，与主燃区分别布置，间隔距离较远。  SOFA上下摇摆30度，左右摇摆15度。  SOFA接受三层布置。  下部二次风喷口缩小，接受偏转二次风，偏转角优化。   3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例  低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2×300MW直流锅炉  ?改造效果：  改造前满负荷下锅炉的NOx排放浓度为850.37 mg/Nm3（三磨运转），而改造后三磨运转的＃6锅炉的NOx排放浓度为437.5 mg/Nm3，减排48.6％；  环保cems在线＃炉的混合烟气NOx排放通常在280～400mg/Nm3；

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