低氮燃烧技术的应用

1、低氮燃烧技术在南化公司#1锅炉上的应用燃控科技热能工程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的浓度围在6001200mg/m3,每 100亿kWh的火力发电量约排放3. 98万吨的NOxo NOx是大气的主要污染物 之一。为满足国家对NOx排放浓度的控制要求，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、防髙温腐 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。炉膛出口布置屏式过热器，水

2、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。炉假想切圆直径为e600mnu 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, 在还原性气氛量含氮

3、基团与NOx反应，提髙了 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“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） 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o75085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。I Ijl IJ.区

4、的未燃尽碳降至约5%,同时将主燃烧区由于混 一T一弋 亍一 一 U _ - 十-a-iEaiiirni-!丄 iii低位混合燃尽风将主燃烧区域的过量空气系 - 数提高到0.95左右同时，对炉烟气进行了进一步 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，将进入髙位燃尽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。髙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，保证煤粉的髙燃烧效率，最终炉垂 直空

5、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部燃料分级原 理叫 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，在标髙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,

6、 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。燃尽风布置在标髙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600mmo4. 运行数据及分析4. 1改造前锅炉情况南化公司#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，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9

7、0% 以下。（详细情况见表2）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（玄）3028二次风率（紀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（C）6060二次风温（C）325325燃尽风温（C）/325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kPa2.22.22.32.3B侧kPa2. 12. 12.32.3二次风压A侧kPa1.81.42.62. 1B侧kPa1.91.52.62. 1热风

8、温度A侧r279278290276B侧r276276285287进风温度A侧r20.721. 119.719.7B侧r18.619.818.720.7BB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/Nm3671701723681COmg/Nm317125902%3.613.913. 802. 70锅炉出口負量（高省出口）A侧%3.413. 623. 602. 85B侧%3. 353. 503. 422. 37主汽系统温度r524.252

9、6.2526.6528.0流量t/h185.6186.321&8210.2压力kPa9. 038. 979.018. 99城温水量t/h19.518.417.519.2主给水系统温度r188.6190.2198.8198.8流量t/h188.4192.7217.9210.8炉膛出口烟温A侧r870.0878.0921.0878.0B侧r844.0844. 0954.0913.0排烟温度A侧r135.0135.0138.3138.3B侧r131.0130.5140.2135.2飞灰含碳量取样值%3. 032. 372.713. 50修正值%2. 672.092. 383. 08炉渣含碳量%8.

10、168. 525. 965.47锅炉效率%88. 7589. 2690. 8789. 764. 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“C左右, 比未改造前实际运行温度低约209,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Tl、T2、T3和T4分别采用了倒塔配风、均等配风、正塔配风及

11、 束腰配风，进行对比发现，正塔配风对于降低N（）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%02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R90八侧%1818181818B侧%1717171717一次风压

12、A侧kPa2.22.22. 12. 12.0B侧kPa2. 12. 12. 12. 12. 1二次风压A侧kPa2.32. 12.42.31.8B侧kPa2.32.22.32.21.9热风温度A侧r279289305310279B侧r276285302310276进风温度A侧p20.721. 120.825.720.7B侧r18.619.820. 123.718.6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%9090806580A/层二次风门开

13、度%8090908090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/Nm3411358341325365COmg/Nm312911141102%3. 503. 263. 403. 003. 20锅炉出口氧量（高省出口）A侧%3. 202.843. 202. 853. 04B侧%3. 113. 151.502. 542. 98主汽系统温度r524.2526.2524.6528.0525.5流量t/h215.8217.3218.8210.2183.6压力kPa9. 039.019.01& 999. 03减温-量t/h18.221.218.822.019.

14、5主给水系统温度r220.0217.0215.0215.0201.0流量t/h219.4217.0213.0215.0203.0炉膛出口烟温八侧r/942.0962.0877.0B侧r947.0962.0954.0954.0892.0排烟温度A侧r110.4114.2109.5115.4109.4B侧r108.6111.6110.4112.6113.2飞灰含碳量取样值%3. 502.803. 263. 703. 77修正值%3.082.462. 873. 263. 32炉渣含碳量%7.567. 525. 969. 705. 87锅炉效率%93. 0492.6591.8792. 4792. 135. 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