优化燃烧降低锅炉NOx排放质量浓度的措施.pdf

第 3 1卷 第 3期 2 0 0 9年 3月 华 电技 术 Hua d i a n Te c h n o l o g y V0 1 31 No 3 Ma r 2 0 o 9 优化燃烧 降低 锅炉 N O 排放质量浓度的措施 Me a s u r e s f 0 r 0 p t i mi z i n g c 0 mb u s t i 0 n t 0 r e d u c i n g N0 e mi s s i o n c 0 n c e n t r a t i o n o f b 0 i l e r 贾自臣， 徐兴科 扎 Z i e h e n，XU Xi n g k e ( 胜利石油管理局胜利发 电厂 ， 山东 东营2 5 7 0 8 7 ) ( S h e n i P 0 w e r G e n e r a t i 0 n P l a n t ，S h e n g l i P e t r 0 l e u m A d mi n i s t r a t i o n ， D o n g y i n g 2 5 7 0 8 7， C h i n a ) 摘要： 分析了胜利石油管理局胜利发电厂一期 2台6 7 0 h煤粉锅炉 N 0 排放质量浓度较高的原因， 介绍 了 2炉通过分级配风和分级送粉 的优 化燃烧调整试验 ， 使锅 炉 N O 排放质量浓度大幅降低 的过程 。在 喷燃 器改造为“ 水平浓淡风煤粉燃烧器” 后 ， 再 进行分级 配风和 分级送粉优 化燃烧 ， N 0 排放质量 浓度 下降幅度 达到 了4 0 ， 降低锅炉 N 0 的排放 ， 取得 了明显 的效 果。 关键词 ： 燃煤锅 炉； 优化燃烧 ； 水平浓淡风粉燃烧 器： 氮氧化物 中图分类号： T K 2 2 7 1 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 l ( 2 o 0 9 ) 0 3 0 0 7 6 0 5 Ab s t r a c t ： T h e r e a s 0 n s o f h j e r N0 c o n c e n t r a f i o n e mi s s i o n 0 f t w 0 6 7 O h p u l v z e d c 0 a l r e d b 0 i l e r s i n S h e n P 0 w e r G e n e r a t i o n P l a n t o f S h e n g l i P e t ml e u m Ad mi n i s t r a t i o n 0 f p h a s e 1 we r e a n a l y z e d T h e p r 0 c e s s o f d mma t i c r e d u c i n g N 0 c o n c e n t r a t i o n b y o p t i m i z i n g c 0 m b u s t i o n w a s i n t md u c e d A f t e r j e t b u me r c h a n g i n g t o” h o r i z 0 n t a l b i a s a i r c 0 mb u s t i o n p u l v e r i z e d c o a l b u me r ”，a n d t h e n s t a g i n g a a n d s t a g i n g p o w d e r t r a n s f r t o o p t i mi z e c 0 mb u s t i o n，t h e d e c r e a s i n g a mp l i t u d e o f c o n c e n t mt i o n N0 e mi s s i o n r e a c h e d t o 4 O ，t l l e o b v i 0 u s l y e f c t i n r e d u c i n g b o i l e r N O e mi s s i 0 刀wa s g a i n e d Ke y wo r d s ： c 0 a l f i r e d b 0 i l e r ； o p t i mi z i n g c o mb u s t i o n；h 0 r i z 0 n t a l b i a s a i r c o mb u s t i o n p u l v e r i z e d c o a l b u me r ；n i t r 0 g e n o x i d e 0 引言 大气中氮氧化物( N O ) 对人类的危害早 已引起 了人们的重视， 环保部门已将控制锅炉 N 0 的排放 作为主要考核指标之一。胜利石油管理局胜利发电 厂为了降低氮氧化物的排放水平做了大量的工作， 不 但从设备上进行了燃烧器型式改造 ， 而且通过大量的 燃烧调整试验， 摸索了一套降低 N 0 排放的优化运 行措施。 l 燃烧器改造和优化燃烧前的状况 胜利石油管理局胜利发电厂一期 2台锅炉均是 东方锅炉厂生产的 D C 6 7 0 1 3 7 8 A型超高压中间 再热 自然循环 固态排渣煤粉炉。每台锅炉配有 1 6 收稿 日期 ： 2 o o 81 21 4 台直流煤粉燃烧器， 布置在4角上， 其中 1 、 3角作 对冲布置 ， 2 、 4角作切圆布置。如图 1所示 ， 每个 角上有 4个一次风喷 口， 上 2层 和下 2层分别集 中 布置 ， 并在每个一次风 口上设有夹心二次风。另外， 在 上下2 组一 次风 口间隔处共设有6 层二次风 口 ， 图1 2炉四角燃烧器风口布置及一次风燃烧切圆示意图 第 3期 贾自臣， 等 ： 优化燃烧降低锅炉 N 0 排放质量浓度的措施 。 7 7 在最上面设有 2个三次风 口， 最上面的三次 风 口呈 反切布置 。 锅炉 的设计煤种均为挥发分较低 、 发热量较高 的贫煤。锅炉排烟中 N 0 含量一直较高 ， 2台锅 炉 排烟中的 N O 质量浓度一般为1 1 o 0一l 3 o 0 m g m 。 2 O 0 5年 3月 ， 胜利石油管理局胜 利发 电厂对 2台锅 炉进行了多次测试试验 ， 表 1是 2炉 N O 排放测试 的部分实测数据， 图2是试验时各二次风门的配风 开度分布图。此次试验是在运行人员的习惯配风方 式下进行的， 即没有优化燃烧前的试验结果。从试 验结果看 ， 锅炉在原有结构形式和常规配风状况下 ， N 0 的实际平均排放质量浓度在 1 1 5 8 m g m 左右。 表 1 2炉 N 0 排放实测数据 第8 层 第7 层 第5 层 第4 层 第3 层 第 l 层 O 2 0 4 O 6 0 8 0 风门开度 图 2 2炉正常运行时各二次风门的 常规配风开度分布图 在图2中， 第2 层和第 6 层二次风为夹心风， 正 常运行时一般为关闭状态。 2 优化前 N 0 浓度较高的原因分析 锅炉燃烧生 成 N O 的类 型一般 可分为 “ 燃 料 型” 、 “ 热力型” 2种 。“ 燃料 型 N 0 ” 是 由于燃料 中 含有氮化合物， 在燃料燃烧时， 氮作为挥发分以离子 状态析 出， 然 后 和 高 浓 度 氧 化 合 而 成 ； “ 热 力 型 N O ” 是 由空气 中的氮气在炉膛 内的高温环境 中氧 化而成。2 类 N 0 中最主要的的是“ 燃料型 N O ” ， 可 占锅炉 N O 总排放量的 7 5 9 O 。 在锅炉燃烧过程 中， 影响 N 0 生成 的可控与不 可控因素较多 ， 具体可归纳为 以下 5个方面。 ( 1 ) 炉膛温度的影响。N O 的生成的环境温度 一 般为 1 3 0 01 5 o 0 。炉膛温度越高 ， 高温区域越 多 ， 生成的 N O 越多。 ( 2 )烟气 中氧 的质 量 浓 度 的影 响。在 高 于 1 3 0 0 的主燃烧 区中， 氧的质量浓度越高 ， 氧化性 气氛就越浓 ， 其中的氮元素就越 容易与氧化合成氮 氧化物。 ( 3 ) 烟气在高温 区域停 留时间的影响。烟气在 高于 1 3 0 0 的高温 区域停留时间越长 ， 氮氧化物的 生成率越高 ， 即产生的 N O 也越多。 ( 4 ) 锅炉结构形式 的影响。主要是炉膛结构和 燃烧器布置形式会影响 N O 的生成 ， 具体影响机理 比较复杂。炉膛内主要是氧化性气氛， 局部区域处 于还原性气氛 ， 在高温氧化气氛 中生成 的 N O 到达 高温还原性气氛中将部分还原为 N ， 使 N O 有所减 少。相对来 说 ， 切 圆燃烧 的布 置形 式可 有效 降低 N 0 的生成 。 ( 5 ) 煤质 因素的影响。主要是挥发分 中 N元素 含量多少 的影响。燃 用 N元素含量 多的煤种 生成 的燃料型N O 也较多； 另外 ， 煤的发热量高低也会 直接影响 N O 的排放总量 ， 因为燃用发热量较低的 煤种会使相同负荷下耗煤量相对增加， 从而导致 N 0 的总排量增加 。 分析上述 因素可 以发现， 锅炉结构和煤质 因素 在当前属不可控因素， 而前 3项因素可通过适当的 优化配风调节得到改善 ， 属于可控因素。 从调查情况看 ， 锅炉正常燃烧时第 4层给粉机 投粉量比较均匀 ， 各层 二次风 门开度基本属于均匀 配风 ， 这势必造成炉膛 内火焰 中心不够集中； 而炉膛 上下氧的质量浓度 比较均匀 ， 烟气会在 1 3 0 0 以上 的高温区域停 留时间过长 ， 从而造成锅炉 N 0 排放 质量浓度较高。 7 8 华 电技 术 第 3 1卷 3 优化对策及改造方案 为了达到将 火焰中心集中下移的 目的， 胜利石 油管理局胜利发电厂采取的主要措施是将上层二次 风尽量开大 ， 将下层二次风尽量关小 ； 同时减少上层 给粉量 ， 增加下层给粉量使火焰高温区域集 中并使 火焰中心下移。在此基础上， 适 当降低送风量使炉 膛内总的过量空气系数降低 ， 从而降低烟气中氧 的 质量浓度。这样， 就使炉膛下部成为高温主燃烧区 域， 并处于低氧富燃料的低氧化性气氛， 抑制了N 0 的生成 ； 而炉膛上部则形成 富氧低燃料 的低温燃烧 区， 上部温度一般在 9 0 011 5 0 ， 不适宜 N 0 生 成。在炉膛下部造成的未完全燃烧气体随烟气沿炉 膛逐渐上升， 到达富氧区后进一步燃烧达到完全燃 烧的目的。 燃烧器改造方案是将原来的一次风喷燃器改造 成“ 水平浓淡风煤粉喷燃器 ” 。喷燃器结构 如图 3 所示， 从左到右分别是侧边风口、 淡一次风口和浓一 次风 口。其工作原理是在一次风进入喷口前的一次 风管拐弯处安装 3块导流板 ， 利用离心力 的作用把 一 次风粉在水平方 向上分成浓淡 2股煤粉气流 ， 浓 煤粉气流与淡煤粉气流以一定的夹角喷人炉膛。其 中一股为高质量浓度煤粉气流， 含一次风粉中的大 部分煤粉 ， 这股气流位于 向火侧 ， 形成 内切圆； 另一 股 的煤粉质量浓度很低 ， 以空气为 主， 位于背火侧 ， 形成外切圆 ， 且在背火侧布置侧 二次风。这种布置 方式实际上是沿炉膛水平截面方向重新分布了空气 和燃料的比例 ， 从 四周水冷壁到炉膛 中心温度逐渐 升高， 过量空气系数逐渐减少。即炉膛 中心相对形 成高温 、 富燃料燃烧 区使 N O 生成减少 ； 而 在炉膛 水冷壁附近形成 了强氧化性气氛 和较低 的温度环 境 ， 同样不适宜 N O 的大量生成 。浓一次风煤粉气 流着火后， 淡一次风煤粉气流和侧二次风在背火侧 逐渐喷入 ， 符合随燃烧进行逐渐供风的原则 ， 有利于 煤粉的完全燃尽。 将上述 2项措施综合运用 ， 即沿炉膛纵向和水 平方向同时改善炉膛温度分布和氧量分布， 以利于 最大限度地降低 N 0 生成 ， 最终实现降低 N O 排放 质量浓度的目标。 4 优化措施实施后的调整试验及效果分析 在燃烧器改造前 ， 胜利石油管理局胜利发 电厂 只从优化配 风方面进行 了 比较性 N 0 测试试验 。 主要方法是将各二次风 门确定 为上层开度大 ， 下层 _ l 厂 广 【 、 图 3 水平浓淡风煤粉喷燃器结构图 开度相对较小的配风方式 ， 如图 4所示。同时调整 送风量 ， 使炉膛出 口过量空气系数保持在 2 8 3 。另外， 由于当时锅炉给粉机转速过高堵管比较 严重， 因此 ， 对各层给粉量无法实现较大差别 ， 暂按 均匀给粉方式运行 。 第8 层 第7 层 第5 层 第4 层 第3 层 第1 层 O 2 0 4 O 6 0 8 O l O O 风 门开度 图 4各二次风 门开度数值 比较 在执行上述配风方式后 ， 在锅炉稳定运行 的基 础上 ， 由试验人员用全烟气分析仪对锅炉排放 的烟 气进行了实际测试 ， 测试数据见表 2 。 从试验数据看 ， 通过这种上多下少的二次风配 风方 式， N O 的质 量 浓 度从 1 1 5 8 m g m 下 降 到 9 4 9 6m m ， 下 降 幅度 为 1 8 ， 收到 了 明显 的效 果。但 由于一次风容易堵管的的原 因， 当上层给粉 机转速减小 、 下层给粉机转速加大时 ， 下层给粉量很 快就会超过限定值而造成堵管 ， 所以， 上、 下分级送 粉 的试验方 案没 有实现 ， 试验效 果受 到 了一 定 的 影响。 喷燃器改造后 ， 为了对改造效果进行比较 ， 胜利 石油管理局胜利发 电厂进行 了习惯 配风方 式的测 试 ， 测试数据见表 3 。从试验数据看 ， 喷燃器改造后 的 N 0 排 放质 量浓 度 为 8 3 1 6 m g m ， 比最 初 的 1 1 5 8 m g m 下降了2 8 2 ， 比改造前优化配风方式 下的9 4 9 6 m g m 下降了 1 2 4 。这充分说明， 喷 燃 器 的改造 对N 0 的排放 具有 明显 的改 善作 用 。 第 3期 贾自臣， 等： 优化燃烧降低锅炉 N 0 排放质量浓度 的措施 。 7 9 表 2 喷燃器改造前优化配风后的试验数据 项目 试验 l 数值 试验2 数值 电负荷 Mw 锅炉蒸发量 ( t h ) 炉膛出口O 2 质量分数 二次小风 门开度 第 l 层 第 2层 第 3层 第 4层 第 5层 第 6层 第 7层 第 8层 就地 0 2质量分数 N O质量分数 N 0 质量浓度 ( m g m。) N O 平均质量浓度 ( mg mI 3 ) 9 4 9 6 表 3 喷燃器改造后常规配风方式下 的试验数 据 但从试验数据中也可 以看 出， 单改变喷燃器的结构 ， N O 排放质量浓度仍然较高。 炉喷燃器改造后 ， 从实际运行效果看 ， 当锅炉负 荷较高时， 一次风堵管的现象明显改善， 可以同时使 用二次风分级配风和一次风分级送粉的优化燃烧方 式。图5和图6 是胜利石油管理局胜利发电厂制订 的二次风分级送风和一次风分级送粉方案。表 4是 喷燃器改造后 同时实施优化 配风方式下 的 N O 测 试结果 。 第8 层 第7 层 第6 层 第5 层 第4 层 第3 层 第2 层 第 l 层 O 2 O 4 O 6 O 8 0 1 O 0 风 门开度 第4 层 第3 层 第2 层 第 1 层 图5 二次风门开度分布图 3 5 O 4 O 0 4 5 O 5 0 O 转速( r mi n 一 ) 图 6 给粉机转速分布图 表 4 喷燃器改造后优化配风方式下的试验数据 从试验数据看， 喷燃器改为水平浓淡风方式后， 同时应用合理的分级配风和分级送粉的燃烧方式， N 0 的排放质量浓度为 6 9 4 1 m m 。 ， 和最初没有优 化时的排放质量浓度相比下降了4 0 ， 取得了非常 明显 的效果 。 5 注意事项 ( 1 ) 在对 2炉实施分级配风和分级送粉的优化 燃烧过程中 ， 主蒸汽温度 和再热蒸汽温度会有明显 9 8 7 弱 1 8 3 2 0 m 舛 如 3 2 O 1 8 0 华 电技 术 第3 l卷 降低， 而再热蒸汽温度如果降得太低势必会使汽轮 机末级叶片处的排汽湿度过大 ， 对汽机造成一定的 损害。因此 ， 在优化燃烧时， 应注意锅炉火焰中心不 能下降太低 ， 应以保证汽温不超标为宜。 ( 2 ) 在降低 N 0 排放方面， 除了采取优化燃烧 等措施外， 还可以采用烟气脱硝等方法。 目前这种 措施投资比较大 ， 尤其是对于投产较早已经 比较老 化的机组来说， 应用时应综合考虑社会效益和企业 经济效益。 6 结论 ( 1 ) 对于大型 电站贫煤锅炉来说 ， 通过分级送 风和分级送粉的优化燃烧方式， 将火焰高温区域集 中并使火焰中心适当下移， 可以使炉膛下部成为高 温主燃烧 区域 ， 并处于低氧富燃料 的低氧化性气氛 ， 抑制了 N 0 的生成 ； 而炉膛上部则形成富氧低燃料 的低温燃烧 区， 不适宜 N O 生成 ， 从而可以有效地 降低 N 0 的排放质量浓度 。 ( 2 ) 利用水平浓淡分离原理使炉膛水平截面方 向的空气和燃料的比例重新分布， 从而使炉膛中心 相对形成高温 、 富燃料燃烧 区， 使 N O 生成减少 ； 而 在炉膛水冷壁附近形成强氧化性气氛和较低的温度 环境 ， 同样不适宜 N O 的大量生成。因此， “ 水平浓 淡风煤粉燃烧器” 的使用对降低氮氧化物的排放具 有明显的效果。 ( 3 ) 在火力发电厂燃煤锅炉上应用分级配风和 分级送粉的优化燃烧方式降低氮氧化物的措施一旦 得到大力推广 ， 将会取得 巨大 的社会效益。因为火 电厂本身是各个地 区的污染大户 ， 使这一污染源排 放的氮氧化物大幅下降无疑对减少大气污染、 改善 人类生存环境具有十分积极的意义。 参考文献 ： 1 贾宏禄 流量可调型喷燃器和低氮燃烧 J 华东电力， 1 9 9 2 ( 7 ) ： 2 4 2 6 2 刘勇 电厂燃煤锅炉 N 0 排放计算模型的建立 J 中国 电力 ， 2 0 0 5 ， 3 8 ( 6 ) ： 3 3 3 6 ( 编辑 ： 刘芳) 作者简介 ： 贾 自臣( 1 9 6 7 一)， 男， 山东宁津人 ， 胜利石油管理局胜利 发电厂 工程师 ， 从事电厂热力试验方面 的工作。 0 ( 上接第 6 8页) 于 P n ， P 端子上。 2 ) 电压输入。接于变频器一次侧 ， 交流接触器 K M1的 2， 4 ， 6端子