低氮燃烧技术的应用docx

发布时间：2024-01-18 16:34:14| 来源：乐鱼平台登录

  低氮燃烧技术的应用 低氮燃烧技术在南化公司#1锅炉上的应用 武汉燃控科技热能工程有限公司彭良才 我国能源结构中70~80%由煤的燃烧提供，每燃烧一吨煤，就要产生5~30kg氮氧化物。目前我国现役煤粉锅炉排烟中的NOX的浓度范围在600~1200mg/rh, 每100亿kWh的火力发电量约排放3.9~8.8万吨的NOxNOx是大气的主要污染物之一⑴。为满足国家对NOx排放浓度的控制要求，中国石化南化公司对锅炉进行低氮燃烧技术改造，实现锅炉超低NOx排放的同时实现锅炉高效稳燃、防结焦、防高温腐蚀及低负荷不投油稳燃等。 锅炉概况 锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、“n”布置固态排渣炉。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁。炉膛出口布置屏式过热器，水平烟道装设了两级对流过热器。炉顶水平烟道两侧及转向室设置了顶棚和包墙过热器，尾部竖井交错布置两级省煤器和两级空气预热器。采用钢球中间储仓式制粉系统，乏气送粉。除渣设备是采用刮板捞渣机。 锅炉采用四角布置不可摆动直流式煤粉燃烧器。炉内假想切圆直径为?600mm每角燃烧器由4层二次风喷口和2层一次风喷口组成。每角燃烧器布置型式为：2-1-2-2-1-2。 目前锅炉烟气中NOx排放浓度700mg/Nm腔右。 空气分级原理 将燃烧所需的空气量分成两级送入炉膛，使主燃烧区内过量空气系数在0.75~0.85，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延迟了燃烧过程，在还原性气氛中大量含氮基团与NOx反应，提高了NOx向N2的转化 率，降低了NOx在这一区域的生成量。约20~30%未燃尽煤粉将进入富氧燃尽区进行充分燃烧，同时未燃尽碳中含有的N也将在富氧燃尽区反应生成氮氧化物，最终随着烟气排除炉膛。这一部分氮氧化物约占常规低氮燃烧技术氮氧化物排放值的40~60%主燃烧区过量空气系数越大其所占比例越小。 为了逐步降低这部分氮氧化物的生成，我公司采用了双级燃尽风（示意图 见4-3）技术。此技术将燃尽风分为高位燃尽燃尽风和低位混合燃尽风。分段后 的燃尽风在保证主燃烧区过量空气系数处于0.75~0.85的同时，通过对燃尽风 的分层实现了降低未燃尽碳进入富氧区域的比例。 低位混合燃尽风将主燃烧区域的过量空气系nr数提高到0.95 低位混合燃尽风将主燃烧区域的过量空气系 nr 数提高到0.95左右同时，对炉内烟气进行了进 I丄II』一 riji11 步的混合，即有利于氮氧化物的还原又有利于煤 粉的燃烧。在确保还原气氛的情况下，将进入高位燃尽区的未燃尽碳降至约5%同时将主燃烧区 由于混合不均匀而没办法得到还原的氮氧化物还原，最终使排出炉膛的氮氧化物大幅度的降低。S 由于混合不均匀而没办法得到还原的氮氧化物还 原，最终使排出炉膛的氮氧化物大幅度的降低。 S— 卜］十4 高位燃尽燃尽风送入炉膛后，形成富氧燃烧区。此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中 高位燃尽燃尽风送入炉膛后，形成富氧燃烧区。此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中 析出的大部分燃料在主燃区已反应完成，最终氮 j rri— 氧化物生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒卜 氧化物生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒 卜.卜.卜.― 中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率,最终炉内垂直空气分级燃烧可使氮氧化物生成量降低。 喷口布置图 改造方案 本次改造设计理念采用空气分级原理，结合浓淡分离技术及局部燃料分级原理⑶。根据锅炉目前运作状况，此次方案各层风管标高基本不变，燃烧器维持原来切圆不变，在标高16m和18m处增加两层燃尽风喷口（见图1）。 一次风管采用水平浓淡，一次风喷口采用耐磨、耐高温材质制造，满足锅炉运行的需要。所有一次风耐热喷口更换为新型结构。一次风煤粉喷口在淡侧布置有侧偏风，保护喷口，改善喷口区域氧化性气氛，防止结焦。 为了尽最大可能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，二次风喷口根据低氮燃烧的配风要求做更换。下二次风喷口面积减小，保证此层气流刚性，增强托粉效果；c层二次风采用部分偏置二次风，分离部分二次风偏向水冷壁，改善水冷壁附近氧化性气氛，降低结焦风险。 燃尽风布置在标高16米和18米左右；燃尽风为两层布置，风量占总风量 的24流右（见表1）；喷口内叶片能轻松实现上下20度摆动，左右15度摆动, 假想切圆直径为600mm4.运行数据及分析 假想切圆直径为600mm 4.运行数据及分析 4.1改造前锅炉情况 参数名 改 改 称 造 造 、八 刖 后 一次风率（% 30 28 二次风 65. 44 率（% 83 燃尽风率（% / 24 一次风速（m/s） 30 30 二次风速（m/s） 45 45 燃尽风速（m/s） / 45 一次风温（C） 60 60 二次风温（C） 325 325  燃尽风 / 325 温（°C） 南化公司#1锅炉改造前，委托设计方针对锅炉常常会出现的负荷做摸底试验。通过燃烧中观察， 燃烧器喷口处有结焦现象，水冷壁壁面比较干净。有些二次风门有卡塞、变形现象，故显示的二次风门开度，不准确。根据试验结果，锅炉烟气中NOx 排放浓度在750mg/Nm3左右，锅炉效率在90%以下。（详情见表2） 表2摸底试验数据表 项目 单 位 数据 工况编号 T1 T2 T3 T4 工况负荷 t/h 180 180 220 220 煤粉细 度R90 A侧 % 22 20 19 20 B侧 % 21 18 18 19 一次风 压 A侧 kPa 2.2: 2.2 2.3 2.3 B侧 kPa 2.1: 2.1 2.3 2.3 二次风 压 A侧 kPa 1.8 1.4 2.6 2.1 B侧 kPa 1.9 1.5 2.6 2.1 热风温 度 A侧 C 279 278 290 276 B侧 C 276 276 285 287 进风温 度 A侧 C 20. 7 21. 1 19. 7 19. 7 B侧 C 18. 19. 18. 20.  6 8 7 7 BB层二次风门开度 % 90 80 90 80 AB2层二次风门开度 % 75 80 75 80 AB1层二次风门开度 % 75 80 75 80 AA层二次风门开度 % 100 100 100 100 低温空预器出口实测 60分钟 平均值（标 态） NOx mg/ Nn3 671 701 723 681 CO mg/ Nn3 17 12 5 9 O2 % 3.6 1 3.9 1 3.8 0 2.7 0 锅炉出口氧量 （高省出口） A侧 % 3.4 1 3.6 2 3.6 0 2.8 5 B侧 % 3.3 5 3.5 0 3.4 2 2.3 7 主汽系统 温度 °C 524 .2 526 .2 526 .6 528 .0  流 量 t/h 185 .6 186 .3 段00 CM 210 .2 压 kPa 9.0 8.9 9.0 8.9 力 3 7 1 9 减 温 19. 18. 17. 19. 水 t/h 5 4 5 2 量 温 188 190 198 198 度 °C 主给水 .6 .2 .8 .8 系统 流 188 192 217 210 t/h 量 .4 .7 .9 .8 A侧 870 878 921 878 炉膛出 C .0 .0 .0 .0 口烟温 B侧 C 844 844 954 913 .0 .0 .0 .0 A侧 135 135 138 138 排烟温 C .0 .0 .3 .3 度 B侧 131 130 140 135 C .0 .5 .2 .2 飞灰含 取 % 3.0 2.3 2.7 3.5 碳量 样 3 7 1 0 值 修 正 % 2.6 7 2.0 9 2.3 8 3.0 8 值 炉渣含碳量 % 8.1 6 8.5 2 5.9 6 5.4 7 锅炉效率 % 88. 75 89. 26 90. 87 89. 76 4.2改造后锅炉情况 南化公司委托设计方完成了#1锅炉低氮燃烧器改造后的热态调试工作，并对以后运行工作进行指导。通过热态测试的结果看：(详细数据见表3) 由于对锅炉尾部受热面进行了改造，排烟温度不高于原设计值8C左右,比未改造前实际运行温度低约20C，故排烟热损失减少了约1.3%，锅炉效率比改造前增加了约1% 为保证燃尽率，将煤粉细度R90由原来的22%笔低到18流右，低氮燃烧器改造后飞灰和炉渣可燃物没有显著增加。 工况T1、T2、T3和T4分别采取了了倒塔配风、均等配风、正塔配风及 束腰配风，作对比发现，正塔配风对于降低NOx排放效果优于别的形式。 通过工况T4发现，上层燃尽风100%T度，下层燃尽风50紡度，降低NOx效果最佳，折算到6%O2下的NOx排放浓度显著下降，排放浓度值为325mg/Nm3飞灰可燃物含量为3.26%,炉渣可燃物含量为9.7%。 测试中，减温水量与摸底试验相比较，没有明显升高，维持在20t/h左右。 通过观察，燃烧器喷口区域的结焦情况有所缓解。 表3热态调试数据表 项目数据 项目 位 工况编号 T1 T2 T3 T4 T5 工况负荷 t/h 220 2202 !202 2018 J0 煤粉细 度R90 A侧 % 18 18 18 18 18 B侧 % 17 17 17 17 17 一次风 压 A侧 kPa 2.2 2.2 2.1 2.1 2.0 B侧 kPa 2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 二次风 压 A侧 kPa 2.3 2.1 2.4 2.3 1.8 B侧 kPa 2.3 2.2 2.3 2.2 1.9 热风温 度 A侧 °C 279 289: ￡53 1027 ‘9 B侧 °C 276 285: ￡23 1027 6 进风温 度 A侧 C 20. 7 21. 1 20. 8 25. 7 20. 7 B侧 C 18. 6 19. 8 20. 1 23. 7 18. 6 上层燃尽风风门开度 % 50 50 50 100 50 下层燃尽风风门开度 % 100 1001 00 50 100 BB层二次风 门开度 % 100 90 50 80 50 AB2层二次风 % 90 90 65 65 65  门开度 AB1层二次风 门开度 % 90 90 80 65 80 AA层二次风 门开度 % 80 90 90 80 90 周界风风门 % 50 50 50 50 50 开度 低温空 mg/ 预器出 NOx 411 1358 341 325 365 Nn3 口实测 mg/ 60分钟 CO 12 9 11 141 1 Nn3 平均值 （标 3.5 3.2 3.4 3.0 3.2 O2 % 0 6 0 0 0 态） 锅炉出 A侧 3.2 2.8 3.2 2.8 3.0 % 口氧量 0 4 0 5 4 （高省 B侧 3.1 3.1 1.5 2.5 2.9 % 出口） 1 5 0 4 8 温 524 526 524 528 525 度 °C 主汽系 .2 .2 .6 .0 .5 统 流 t/h 215 217 218 210 183 量 .8 .3 .8 .2 .6  压力 kPa 9.0 3 9.0 1 9.0 1 8.9 9 9.0 3 减 温 18. 21. 18. 22. 19. 水 t/h 2 2 8 0 5 量 温 220 217 215 215 201 主给水 度 °C .0 .0 .0 .0 .0 系统 流 t/h 219 217 213 215 203 量 .4 .0 .0 .0 .0 A侧 942 962 877 炉膛出 C / / .0 .0 .0 口烟温 B侧 947 962 954 954 892 C .0 .0 .0 .0 .0 A侧 110 114 109 115 109 排烟温 C .4 .2 .5 .4 .4 度 B侧 108 111 110 112 113 C .6 .6 .4 .6 .2 取 样 3.5 2.8 3.2 3.7 3.7 飞灰含 % 0 0 6 0 7 值 碳量 修 % 3.0 2.4 2.8 3.2 3.3 根据热态调试结果，结合锅炉运行的真实的情况，进一步对运行操作优化： （1）控制煤粉细度R90在18%左右； （2）炉膛出口氧量（高省出口），高负荷时控制在2.0%—3.0%，低负荷时控制在3.0%左右； （3）风门开度采用均等配风方式，上三层开度在50~60%为提高炉渣的燃尽率，AA层开度在70~80% （4）由燃尽风的水平摆动调整炉膛出口烟温偏差，二次小风门不参与调整。 6.结论 南化公司#1锅炉低氮燃烧改造后燃烧系统NOX排放质量浓度从700mg/Nm3 降低到350mg/Nm左右，脱氮效率达到了50%。 低氮燃烧器改造后，对锅炉运行有不同程度的影响，还需要运行人员在以后的工作中不断摸索，优化运行，充分的发挥低氮燃烧技术综合运用的良好效果。

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