燃煤电厂低NOx燃烧技术及其应用环保部苗雨旺20120529

燃煤电厂低氮燃烧技术及应用,2012年5月 上海,苗雨旺,第一期燃煤电厂氮氧化物减排核查核算培训会议,目 录,NOx生成机理,热力型：由于燃烧形成的高温, 空气中的氮气与氧气反应形成氮氧化物.,燃料型:来源于煤中的含氮的组分，燃料中的含氮化合物在燃烧过程中释出分解，继而进一步氧化而生成 NOx.,快速型：碳氢化合物燃料在富燃料反应区高温分解生成的CH自由基与空气中的氮气反应，进一步被快速氧化而生成 NOx,燃料型NOx,热力型NOx,快速型NOx,NOx 形成的途径,4,NOx生成机理,1公斤煤中N含量通常在0.5-1%左右,如按0.7%计算,则1公斤煤中的氮完全转化为NOx约为23000mg；1公斤煤完全燃烧约生成标态7Nm3烟气；理论上煤中的N完全转化为NOx生成烟气中NOx浓度可达23000/7=3285mg/Nm3,(约1600PPm)；实际煤粉锅炉烟气中NOx排放浓度约在600-1300mg/Nm3通过深入的燃烧机理研究,发现煤粉燃烧过程中有NOx自我抑制,自还原功能。,NOx生成机理,煤粒,N,挥发分,挥发分N,焦炭,焦炭N,=NO,N2,燃料N,O2,+HCN、NH3,N2,NOx生成机理,NOx生成机理,NOx生成机理,表1： 不同燃烧器NOX排放浓度对比,目 录,NOx 的控制技术,对普通燃煤锅炉而言，NOx 主要通过燃料型途径生成NOx 的生成取决于:煤种特性，如煤的含氮量，挥发份含量燃烧方式，如燃烧温度，炉膛内反应区烟气气氛，特别是氧含量燃料及燃烧产物在高温火焰区的停留时间,一级脱氮技术：通过燃烧优化从源头上减少NOx的生成量.低NOx燃烧器分级燃烧，如燃尽风烟气再循环(FGR)燃料(燃气，煤)再燃二级脱氮技术：通过烟气处理技术减少已经生成的NOx的排放选择性催化还原法 (SCR)选择性非催化还原法 (SNCR)富燃料区化学喷雾脱氮法 (RRI),NOx 的控制技术,一级脱氮技术：通过燃烧优化,方法:控制炉膛内高温燃烧区的体积控制燃料及其可燃组分在高温反应区的驻留时间控制燃烧过程中的氧量及氧浓度分布：减少锅炉的过量氧优化燃烧过程中的局部当量比,NOx 的控制技术,低NOx燃烧器,14,NOx 的控制技术,分级燃烧,15,分级燃烧：将燃烧空气沿火焰方向分段送入水平分级燃烧垂直分级燃烧降低主燃烧器区的氧浓度降低火焰区的最高温度,NOx 的控制技术,16,将废烟气加入到二次风或一次风中降低火焰温度降低助燃空气的氧浓度降低NOx排放燃油锅炉： 50%燃煤锅炉： 20%,废气烟道,再循环烟道,废烟气,送风机,再循环烟气阀门,NOx 的控制技术,燃料再燃技术,17,再燃燃料：天然气燃料油煤（细粉）再燃燃料占总热量输入的1030%再燃区的还原性气氛有助于NOx转化为N2降低NOx排放达到20%50%,燃尽风,再燃区,煤及助燃空气,再燃燃料,主燃区,燃尽区,NOx 的控制技术,选择性催化还原法(SCR),18,以氨气为还原剂还原剂与烟气一起通过由催化剂填充的脱氮反应器催化剂分上下多层放置脱氮反应为,省煤器,SCR反应器,电子除尘器,NOx 的控制技术,选择性非催化还原法(SNCR),19,SNCR的原理：将还原剂NH3直接由喷嘴喷入燃烧室操作温度条件：900 1050 C可降低NOx排放25-40%左右不用催化剂，设备运行费用低运行关键因素还原剂与烟气均匀与快速的混合运行经验控制氨气的逸出,NOx 的控制技术,存在的问题,(一)运行环境的差异(二)引进技术标准化设计与实际运行条件的差异(三)炉膛整体轮廓的不同(四)对低氮燃烧技术整体认识的差异(五）节能与减排的权衡,空气分级燃烧技术,较大量的分离OFA空气量主燃烧器区域过量空气系数减小；局部还原性气氛条件导致结渣、高温腐蚀.局部缺氧燃烧导致燃烧效率降低；限制了空气分级程度；不能实现炉内充分地降低NOx;,常规低NOx燃烧技术分析,(2) 炉膛水冷壁严重结渣,(3) 受热面金属表面的高温腐蚀,(4) 煤粉在炉内燃烧效率低,(1) 较多的氮氧化物的生成,(5) 汽水参数、受热面壁温异常,常规低NOx燃烧技术分析,空气分级燃烧技术,存在的问题,(一)运行环境的差异(二)引进技术标准化设计与实际运行条件的差异(三)炉膛整体轮廓的不同(四)对低氮燃烧技术整体认识的差异(五）节能与减排的权衡,存在的问题,合理的炉膛轮廓选型。这是控制燃烧温度和为采取其它必要的低NOx燃烧技术提供所必须的时间和空间的条件，以保证在采取这些措施时不会过多地影响燃烧效率。 整个炉膛的燃烧组织。其目的是实现空气分级并防止因空气分级而导致炉膛结渣，和燃烧效率降低。 燃烧器本身的结构。合理的结构有利于实现燃料分级、空气分级和提前着火，以有利于尽早进入还原区。,Main Burning Zone,CCOFA,Lower SOFA,Upper SOFA,双尺度低NOx燃烧技术,空气分级燃烧技术,存在的问题,(一)运行环境的差异(二)引进技术标准化设计与实际运行条件的差异(三)炉膛整体轮廓的不同(四)对低氮燃烧技术整体认识的差异(五）节能与减排的权衡,目 录,工程应用,双尺度低NOx燃烧技术,双尺度低NOx燃烧技术,焦碳燃烧的动力学特性,高温下，炭粒和氧进行化学反应，生成CO2和CO，同时不可燃物生成灰渣（灰壳的一部分） 氧气从外界扩散到炭粒周围，氧气通过灰壳的阻力，到达炭粒的表面,及时足够的氧的供给; 较强烈的搅动,粒子碰撞脱去灰壳.,双尺度低NOx燃烧技术,燃尽风风口,SmartBurn CFD数值模拟,炉膛纵剖面温度分布,SmartBurn CFD数值模拟,改造前的系统,SmartBurn 新设计的燃烧系统,锅炉模拟结果: NOx 浓度(ppm),SmartBurn CFD数值模拟,高CO追踪朔源: CO 250 ppm,工程应用,2010年，全国招标改造28台2011年，全国招标改造81台2012年，目前全国招标78台，共计187台2010-2011年，中标共计76台，目前完成57台,工程应用,深圳妈湾发电有限公司#1锅炉由哈尔滨锅炉厂设计制造，锅炉为HG-1025/18.2-YM6型，亚临界压力锅炉。 改造目的主要为达到广东省环保排放标准，降低NOx排放，改造采用双尺度低NOx燃烧技术，改造后取得了空前的成功 。实现了技术上较大的突破：,深圳妈湾电厂#1炉锅炉低NOX燃烧改造工程,工程应用,工程应用,妈湾电厂300MW机组,300MW,环保局在线监测数据,工程应用,妈湾电厂300MW机组,200MW,环保局在线监测数据,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,工程应用,炉膛结渣大大缓解没有发现高温腐蚀锅炉整体性能（汽温、效率、稳燃能力等)没有降低锅炉煤种适应性能得到提高NOx排放大幅度降低,工程应用东胜项目,工程应用东胜项目,工程应用东胜项目,东胜电厂2300MW机组,工程应用东胜项目,工程应用大唐锦州,工况691011 1213时间（月.日）7.318.48.48.58.58.6全水分Mt（%）29.523.523.529.433.321.3空干基水分7.3212.7712.7713.048.428.47灰分Aar（%）28.2127.7527.7523.3624.6728.31空干基挥发分26.526.0126.0128.7733.8726.6干燥基挥发分28.5929.8229.8232.1930.6429.06应用基发热量 12.8812.5312.5313.2411.2714.00工况15161718 20 22时间（月.日）8.88.98.108.118.128.12全水分Mt（%）23.236.820.62822.122.1空干基水分14.7818.18.948.3310.4910.49灰分Aar（%）25.6915.833.0633.6625.4325.43空干基挥发分28.5129.625.0324.6427.7627.76干燥基挥发分32.1236.127.4926.8831.0131.01应用基发热量13.3511.7015.3012.9313.8313.83,工程应用大唐锦州,工程应用大唐锦州,工程应用大唐锦州,工程应用江苏苏龙,苏龙电厂#6炉,工程应用江苏苏龙,工程应用江苏苏龙,工程应用浙江嘉兴,工程应用浙江嘉兴,浙能嘉兴电厂#1炉实际运行DCS画面,工程应用浙江嘉兴,Edge5 NOx排放随负荷的变化,工程应用国外工程,神经网络稳态建模,Courtesy of NeuCO,NOx, CO,热耗,汽温等,配风,燃烧器摆角、一次风等,过量空气系数,控制量 (MVs),被控量和干扰量 (CVs & DVs),优化器,模型,基于模型的控制器,设定值和约束,SP,DCS / 电厂,输出和梯度,基于模型的优化,Courtesy of NeuCO,运行改善,目 录,不同燃烧方式锅炉,不同燃烧方式锅炉,不同燃烧方式锅炉,不同煤种,硬件认定：低NOx燃烧器分级燃烧，如燃尽风烟气再循环(FGR)燃料(燃气，煤)再燃资料认定：改造合同改造前后性能检测报告DCS数据,如何确认低NOx燃烧系统改造,73,LNB作为首选技术,省煤器,SCR反应器,电子除尘器,LNB与SCR的关系,结束语,低氮燃烧技术作为作为燃煤电厂