低氮燃烧技术的应用

1、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

2、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

3、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0.750.85 的同时，通过对燃尽风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

4、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 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16

5、m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16 米和 18 米左右；燃尽风为两层布置，风量占总风量24%左右（见表1） ；喷口内叶片可以实现上

6、下20 度摆动，左右15 度摆动，假想切圆直径为600mm。参数名改改称造造前后一次风率（%）3028二次风65.44率（%）83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（）3253254. 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燃尽风 温（）/325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

7、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 摸底试验数据表单项目位数据工况编号T1 T2工况负荷t/h 180 180煤粉细度 R90一次风压二次风压热风温A侧 %2220B 侧%2118A侧kPa 2.2 2.2B 侧kPa 2.1 2.1A侧kPa 1.8 1.4B侧kPa 1.9 1.5A侧279 278T3 T4220 22019 2018 192.3 2.32.3 2.32.6 2.12.6 2.1290 276度B 侧 276 276 285 287进风温度A侧20.721. 19. 19.177B侧 18.19. 18. 20.6877BB层二

8、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/Nm3171259O2%3.613.913.802.70锅炉出 口氧量 （高省 出口）A侧%3.413.623.602.85B侧%3.353.503.422.37主汽系 统温 度524 .2526 .2526 .6528 .0主给水系统炉膛出口烟温排烟温度飞灰含碳量流 量 压 力 减 温 水A侧B侧A侧B侧t/h185 .6186 .3218 .8

9、210.2kPa9.08.99.08.93719t/h19.518.417.519.2t/h188.6188.4870.0844.0135.0131.03.0190.2192.7878.0844.0135.0130.52.3198.8217.9921.0954.0138.3140.22.7198.8210.8878.0913.0138.3135.23.52.62.02.33.0炉渣含碳量8.1锅炉效率88.758.589.265.990.875.489.764.2 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：（

10、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NOx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

11、/Nm；飞灰可燃物含量为33.26%，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数据工况编号T1 T2 T3 T4 T5工况负荷t/h 220 220 220 220 180煤粉细 A侧 %18 18 18 18 18度 R90 B 侧一次风A侧压 二次风 压 热风温 度进风温度上层燃尽风 风门开度 下层燃尽风 风门开度BB层二次风%kPaB 侧 kPaA侧 kPaB 侧 kPaA侧 B侧 A侧 B侧 AB2层二次风%17 17 17 172.2 2.2 2.1

12、 2.12.1 2.1 2.1 2.12.3 2.1 2.4 2.3172.02.11.82.3 2.2 2.3 2.2 1.927927620.289 305 3285 302 310 27910 27621. 20. 25. 20.718718. 19. 20. 23.718.6817650 50 50 100 50100 100 10050 100100 90 50 80 5090 90 65 65 65门开度AB1层二次风 门开度%9090806580AA层二次风 门开度%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/

13、Nm3411358341325365COmg/Nm31291114 11O2%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524 .2526 .2524 .6528 .0525.5流 量t/h215 .8217 .3218 .8210 .2183 .6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