低氮燃烧技术的应用

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1、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 彭良才我国能源结构中 7080%由煤的燃烧提供，每燃烧一吨煤，就要产生530kg 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6001200mg/m3，每100亿kWh的火力发电量约排放3.98.8万吨的NOx。NOx是大气的主要污染物之一1。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。1. 锅炉概况锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、“”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

2、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/Nm3左右。2. 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

3、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2030%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4060%，主燃烧区过量空气系数越大其所占比例越小。为了进一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0.750.85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

4、的过量空气系数提高到0.95左右同时，对炉内烟气进行了进一步的混合，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无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大降低。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，最终氮氧化物生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒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。图1 喷口布置图3.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

5、部燃料分级原理3。根据锅炉目前运行状况，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进行更换。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

6、16米和18米左右；燃尽风为两层布置，风量占总风量的24%左右（见表1）；喷口内叶片可以实现上下20度摆动，左右15度摆动，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 表1改造前后配风对比表参数名称改造前改造后一次风率（%）3028二次风率（%）65.8344燃尽风率（%）/24一次风速（m/s）3030二次风速（m/s）4545燃尽风速（m/s）/45一次风温（）6060二次风温（）325325燃尽风温（）/325南化公司#1锅炉改造前，委托设计方针对锅炉经常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

7、，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。（详细情况见表2） 表2 摸底试验数据表项目单位数据工况编号T1T2T3T4工况负荷t/h180180220220煤粉细度R90A侧%22201920B侧%21181819一次风压A侧kPa2.2 2.2 2.3 2.3 B侧kPa2.1 2.1 2.3 2.3 二次风压A侧kPa1.8 1.4 2.6 2.1 B侧kPa1.9 1.5 2.6 2.1 热风温度A侧279278290276B侧276276285287进风温度A侧20.7 21.1 19.7 19.7 B侧18

8、.6 19.8 18.7 20.7 BB层二次风门开度%90809080AB2层二次风门开度%75807580AB1层二次风门开度%75807580AA层二次风门开度%100100100100低温空预器出口实测60分钟平均值（标态）NOxmg/Nm671 701 723 681 COmg/Nm17 12 5 9 O2%3.61 3.91 3.80 2.70 锅炉出口氧量（高省出口）A侧%3.41 3.62 3.60 2.85 B侧%3.35 3.50 3.42 2.37 主汽系统温度524.2 526.2 526.6 528.0 流量t/h185.6 186.3 218.8 210.2 压力k

9、Pa9.03 8.97 9.01 8.99 减温水量t/h19.5 18.4 17.5 19.2 主给水系统温度188.6 190.2 198.8 198.8 流量t/h188.4 192.7 217.9 210.8 炉膛出口烟温A侧870.0 878.0 921.0 878.0 B侧844.0 844.0 954.0 913.0 排烟温度A侧135.0 135.0 138.3 138.3 B侧131.0 130.5 140.2 135.2 飞灰含碳量取样值%3.03 2.37 2.71 3.50 修正值%2.67 2.09 2.38 3.08 炉渣含碳量%8.16 8.52 5.96 5.4

10、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）（1）由于对锅炉尾部受热面进行了改造，排烟温度低于原设计值8左右，比未改造前实际运行温度低约20，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%；（2）为保证燃尽率，将煤粉细度R90由原来的22%降低到18%左右，低氮燃烧器改造后飞灰和炉渣可燃物没有明显增加。（3）工况T1、T2、T3和T4分别采用了倒塔配风、均等配风、正塔配风及束腰配风，进行对比发现，正塔配风对于降低NO

11、x排放效果优于其他形式。（4）通过工况T4发现，上层燃尽风100%开度，下层燃尽风50%开度，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%。（5）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。（6）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单位数据工况编号T1T2T3T4T5工况负荷t/h220220220220180煤粉细度R90A侧%1818181818B侧%1717171717一次风压A侧kPa2.2 2.2 2.1 2.1 2.0 B侧

12、kPa2.1 2.1 2.1 2.1 2.1 二次风压A侧kPa2.3 2.1 2.4 2.3 1.8 B侧kPa2.3 2.2 2.3 2.2 1.9 热风温度A侧279289305310279B侧276285302310276进风温度A侧20.7 21.1 20.8 25.7 20.7 B侧18.6 19.8 20.1 23.7 18.6 上层燃尽风风门开度%50505010050下层燃尽风风门开度%10010010050100BB层二次风门开度%10090508050AB2层二次风门开度%9090656565AB1层二次风门开度%9090806580AA层二次风门开度%809090809

13、0周界风风门开度%5050505050低温空预器出口实测60分钟平均值（标态）NOxmg/Nm411 358 341 325 365 COmg/Nm12 9 11 14 11 O2%3.50 3.26 3.40 3.00 3.20 锅炉出口氧量（高省出口）A侧%3.20 2.84 3.20 2.85 3.04 B侧%3.11 3.15 1.50 2.54 2.98 主汽系统温度524.2 526.2 524.6 528.0 525.5 流量t/h215.8 217.3 218.8 210.2 183.6 压力kPa9.03 9.01 9.01 8.99 9.03 减温水量t/h18.2 21.

14、2 18.8 22.0 19.5 主给水系统温度220.0 217.0 215.0 215.0 201.0 流量t/h219.4 217.0 213.0 215.0 203.0 炉膛出口烟温A侧/942.0 962.0 877.0 B侧947.0 962.0 954.0 954.0 892.0 排烟温度A侧110.4 114.2 109.5 115.4 109.4 B侧108.6 111.6 110.4 112.6 113.2 飞灰含碳量取样值%3.50 2.80 3.26 3.70 3.77 修正值%3.08 2.46 2.87 3.26 3.32 炉渣含碳量%7.56 7.52 5.96

15、9.70 5.87 锅炉效率%93.04 92.65 91.87 92.47 92.13 5. 优化运行根据热态调试结果，结合锅炉运行的实际情况，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5060%；为提高炉渣的燃尽率，AA层开度在7080%；（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700 mgNm降低到350 mgNm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，充分发挥低氮燃烧技术综合运用的良好效果。