亚临界机组锅炉低氮燃烧改造方案

1、亚临界机组锅炉低氮燃烧改造方案XXXXXX发电有限公司1X330MW亚临界机组锅炉低氮燃烧改造初步方案北京巴布科克威尔科克斯有限公司BABCOCK & WILCOX BEIJING CO. LTD.2013年4月一、前言3二、锅炉概况31. 锅炉容量及主要参数32. 设计依据43. 锅炉运行条件5三、锅炉现状及原因分析5四、低氮燃烧改造初步方案10五、低氮燃烧改造后的预期效果15六、后记165 / 16一、前言XXXXXX发电有限公司1 X33OMW亚临界机组锅炉自投运以来，满负荷时NOx 排放值高达350550mg/Nm负荷降至180MW时，NOx升高至800 mg/Nm5 （折算 到6%氧

2、量）。山于国家对环保要求越来越严，国家最新环保标准火电厂大气污染物 排放标准GB13223-20U已经颁布，按新标准要求，火电机组的NOx排放浓度不超 过100mg/Nm3 （折算到0：二6%）。自2012年1月1日起，新建火力发电锅炉的NOx排放 浓度限值按新标准执行；自2014年7月1日起，现有火力发电锅炉的NOx排放浓度 限值按新标准执行。如果执行最新国家环保标准，就需要对锅炉进行相应的改造，以满足锅炉出口的 NOx排放值达到不超过100 mg/Nm3 （折算到0,二6%）的要求。对于NOx排放值超过 600mgm3以上的机组，多采用“低氮燃烧改造+SCR”相结合的方法。受电厂的委 托，

3、我公司针对低氮燃烧方面提出相应的降低NOx改造初步方案。二、锅炉概况XXXXXX发电有限公司1 X 330MW亚临界机组锅炉采用北京巴威公司 B&WB-1196/17.5-M型锅炉，本锅炉是按引进的美国B&W公司RBC锅炉技术设计 制造并符合ASME标准技术生产的产品，该型锅炉为亚临界参数、一次中间再热， 固态排渣，单炉膛平衡通风，半露天，全悬吊结构，自然循环单锅筒锅炉。锅炉设计 燃料为褐煤，采用中速磨冷一次风正圧直吹式制粉系统，每台锅炉配有六台MPS-HP- 11-190型磨煤机，正常运行时投运五台磨煤机，一台作为备用，五台磨煤机可满足锅 炉最大出力。一台磨煤机向同墙同层的4只燃烧器供粉，燃

4、烧器分三层对称布置在锅 炉的前后墙，前、后墙每层各4只燃烧器，共24只燃烧器，前后墙为对冲燃烧方式, 并配置B&W标准的双调风EI-XCL型旋流煤粉燃烧器。本锅炉采用钢构架结构，在 尾部竖井下设置两台三分仓容克式空气预热器。1.锅炉容量及主要参数锅炉容量及主要参数见表1。表1锅炉容量及主要参数名称单位BMCRTHA过热蒸汽流量t/h11961056过热器出口蒸汽压力MPa(g)17.5017.30名称单位BMCRTHA过热器出口蒸汽温度C541541再热蒸汽流量t/h999890再热器进口蒸汽压力MPa(g)4.2013.739再热器出口蒸汽压力MPa(g)4.0113.570再热器进口蒸汽温

5、度C341329再热器出口蒸汽温度C541541省煤器进口给水温度C2802722.设计依据锅炉燃用褐煤，煤质情况见表2：表2煤质情况煤质名称褐煤检测项目符号单位设计煤种实际煤种全水分%29. 6528.9空气干燥基水分%14. 477. 88收到基灰分Aar%23. 49干燥无灰基挥发分阳af%48. 3747. 28收到基碳Car%33. 57收到基氢Har%2.22收到基氮Nar%0. 57收到基氧Oar%10. 17全硫St, ar%0. 33收到基低位发热量Qnet, arMJ/kg12.05311. 158哈氏可磨指数HGI/60煤灰变形温度DTxio3c1. 15煤灰软化温度ST

6、xio3c1.30煤灰流动温度FTxio3c1.45煤灰中二氧化硅SiO：%63. 89煤灰中三氧化二铝Al%15. 31煤灰中三氧化二铁Fe203%13. 10煤灰中氧化钙CaO%3.00煤灰中氧化镁MgO%0.40煤灰中氧化钠+氧化钾Na：O+ K：0%5. 40煤质名称褐煤检测项目符号单位设计煤种实际煤种煤灰中二氧化钛TiO：%0. 00煤灰中三氧化硫SO3%2. 10其它%0. 003锅炉运行条件锅炉运行方式：机组采用定压运行，也可釆用定-滑-定方式运行。锅炉带基本负 荷，并可调峰。制粉系统：采用中速磨正压直吹冷一次风制粉系统，每炉配6台磨煤机（5台运 行，1台备用），煤粉细度R90=

7、35%o三、锅炉现状及原因分析1. NOx的形成机理型NOx比例较大，约为60%80%以上，热力型约占总量的20%,而瞬发型反应生成的 0x只占很小比例。右图为煤粉锅炉中三种类型的NOx生成量与炉温的关系及各自生 成的范圉。2.影响NOx产物生成的主要因素从NOx的形成机理可以看出，煤粉在燃烧过程中产生的NOx主要是燃料型NOx,其次是热力型NOx,瞬发型（或称快速型）NOx所占比例较小不超过5%,在亚临界机组锅炉低氮燃烧改造方案设计中一般不予考虑。影响NOx产物生成的主要因素是：燃烧区域温度、提供的氧量 大小、反应时间及燃料中的氮含量。任一因素的增长将直接导致氮氧化物生成的增加。3原锅炉的主

8、要热工参数炉膛尺寸：宽x深x高=15600x13500x60000mmo 6台中速磨煤机，对应6层 燃烧器，前墙3层、后墙3层，每层布置4只EI-XCL型旋流燃烧器，每台锅炉共 24只燃烧器，为了保证低负荷稳燃能力，燃烧器采用了相对较集中的布置。锅炉L! 前的总体布置图见图1、图2。6 / 16亚临界机组锅炉低氮燃烧改造方案16 / 163085H487.5487.5H2233(2GO5j243 3C1350021251433301635(3975070002372451| +J39533.I卫7：J3600137601173CI冕匚二二nIflflOOfl J 566?1095049350晞

9、/片/7解/片/冯图1锅炉总体布置图（纵向剖视）3%70|5 一48732870308502605021250!163507123261130G8736 _RFa15600iq一48F353IT划301=1 11 C图2锅炉总体布置图（前视图）本工程的EI-XCL燃烧器（见图3）是一种适用于烟煤、褐煤的低NOx双调风旋流燃烧器，这种燃烧器不但具有较好的燃烧效果，而且本身也是一种低NOx燃烧器, 降低NOx的原理见图4,燃烧过程分为4个区：A区为富燃料挥发分析出区；B区为 还原性物质生成区；C区为NOx分解区；D区为焦炭的燃尽区。煤粉的主要燃烧过程 为：一次风风粉混合物进入炉膛后，在回流高温烟气

10、的加热下，使挥发分快速析出,有利于煤粉着火；一次风中的煤粉着火后，首先与数量较少的内二次风混合实现低氧 浓度的富燃料燃烧，由于处于缺氧燃烧状态，一方面能抑制0x的生产，另一方面燃 烧后会生产大量的还原性物质，而大量的还原性物质能将燃烧过程中生成的NOx分解 还原成氮气（丸），随着燃烧过程的推进，煤粉再与数量和刚性相对较大的外二次风 混合进一步燃尽，煤粉燃烧的整个过程中，控制了二次风引入的时机和数量，燃烧区 域内的温度水平整体降低，因而这种燃烧器既有利于降低燃料型NOx的生成，也有利 于降低热力型NOx的生成。燃烧器设计数据见表3.表3燃烧器设讣数据（按设讣煤种THA-1OO%锅炉负荷）项LI单

11、位数值一次风温C60二次风温C366磨煤机入口风温C328一次风速m/ s16. 5二次风速（内环）m/s18. 5二次风速（外环）m/s31. 5一次风率%35.9煤粉细度R90%35磨煤机运行台数5图3 EI-XCL型旋流燃烧器/.L一一亍SI f 川/Z/II 圈联冊/馭盘可时片内二ox No分解x聽勰北区图4旋流燃烧器原理图4锅炉NOx排放值高的原因从NOx生成机理来看，燃烧器区域热负荷是影响NOx排放水平的一个重要参数， 燃烧器区域温度的高低取决于燃烧器区域热负荷的大小。本工程原设计燃烧系统因为 未设置OFA （NOx喷口），导致燃烧系统没有形成良好的分级送风效果，虽然本工程所 用燃

12、烧器为低氮燃烧器，但是随着国家环保要求越来越严格，现在仍然达不到国家最 新环保标准。四、低氮燃烧改造初步方案根据前面第三节“锅炉现状及原因分析”，要降低锅炉的NOx排放值，必须从降 低燃烧区域温度水平、控制主燃烧区的氧量大小、控制煤粉燃烧时与空气混合的程度 和反应时间等方面着手来确定改造方案，同时兼顾锅炉总体性能。1.增设NOx喷口为了最大限度的降低NOx,需在燃烧系统中设计OFA喷口（NOx喷口），NOx喷口 与上排燃烧器中心留的距离根据煤的反应特性确定。增设NOX喷口与燃烧器空气分级一样，分级风口的设置，利用燃烧空气在空间 大分级燃烧的原理，降低了主燃烧区域的氧浓度，将主燃烧区域的空气量控

13、制在理论 空气量以下，一方面，有效地控制了主燃烧区域的温度，从而降低了热力型NOx的 生成量，另一方面，山于主燃烧区域处于理论空气量以下的还原性气氛中，因而大大 降低了燃料型NOx的生成，同时，缺氧燃烧生成的还原性物质有利于将已生成NOx 还原成N2o0x喷口布置于燃烧器上方，供风形式与燃烧器的二次风基本相同，从二次风总 风道引入，风箱两侧分风道上安装相应的调节挡板及风量测量装置，可以根据负荷的 变化调节供风量。单只NOx喷口具有独立的供、配风及风量测量系统，通过调风盘来 调节各个喷口之间的风量平衡。NOx喷口设中心风和外环风两个风区，中心风为直流 以保持进风的刚度，能确保后期送入的风有足够的

14、穿透力，将风送入炉膛中心；外环 装有旋流叶片，产生的旋转气流帮助空气与烟气充分混合，既为煤粉的后期燃烧提供 了必需的氧量，乂能确保后期送入的风沿炉膛宽带方向和近壁处均匀分布。因此，B&W公司的这种双风区NOx喷口后，既能保证粗颗粒的煤粉在后期通过 补风燃尽，也能确保前期生成的还原性气体在后期通过补风及时氧化燃烧，保证烟气 中的CO处于很低甚至可忽略的水平。美国B&W公司研制的双风区NOx喷口（见 图5、图6）。Adjustable VanePitot Grids图7燃烧系统布置图2.更换原有燃烧器分级送风是降低NOx排放量的基础，而燃烧器是降低NOx排放量的关键。好的 燃烧器不但能保证较高的燃

15、烧效率、良好的低负荷稳燃能力，而且通过燃烧器合理的 分级送风来控制煤粉与空气的混合程度，达到控制燃烧强度和反应时间的效果，从而 能降低煤粉燃烧温度的峰值，因此，性能优良的燃烧器既能降低燃料型NOx,也能 降低热力型NOx的生成。从上述表3中看到一次风率设计值为35.9%,实际运行中山于煤种的偏差，一 次风率值可能会更高，一次风率越大，对应的二次风率就越小，用于组织燃烧的二次 风就会减少，如果再采用了分级送风的方式后，用于组织燃烧的二次风就更少了。对 于旋流燃烧器而言，是通过二次风产生的旋流来卷吸高温烟气，从而提供煤粉着火、 稳燃的热量，因而需要燃烧器的二次风与一次风的质量之比满足一定的要求。所

16、以， 现有燃烧器较大的一次风率不利于组织燃烧和较低NOx排放。本次改造，由于现有一次风率偏大，再加上本工程增设NOx喷口，为了解决一、 二次风配比失调问题，我公司选用浓缩型XCL燃烧器（如图8所示），这种燃烧器可以 适应较大的一次风率，主要原理为：来自磨煤机的一次风煤粉气流在经过浓缩型XCL 燃烧器弯头前，先通过一段偏心异径管加速，大多数煤粉由于离心力作用沿弯头外侧 内壁流动，在气流进入一次风浓缩装置之后，使50%左右的一次风和10%15%的煤粉 分离出来，经乏气管垂直向下引到乏气喷口直接喷入炉膛燃烧，其余50%左右的一次 风和8390%的煤粉山燃烧器一次风喷口喷入炉内燃烧，从而使燃烧器喷口的

17、一次风 率降低一半，这样燃烧器喷口的二次风与一次风的配比处于合理的范围之内，有利于 燃烧器组织燃烧，为降低NOx排放量创造更有利的条件。图8浓缩型XCL燃烧器简图众所周知，风粉分配的均匀性无论对提高燃烧效率、防止结渣和高温腐蚀还是减 少NOx的生成都有重要意义。浓缩型XCL燃烧器采用了控风和测风装置，以维持运行 中各燃烧器之间风量的平衡以及单只燃烧器内、外二次风风量的合理分配。每个燃烧 器都设有两个测风装置，分别位于内、外二次风通道的入口处，它是一个环形毕托管, 山独立的两个母管连着六根径向布置的测量管组成。该装置用于调试时调平各燃烧器亚临界机组锅炉低氮燃烧改造方案间的空气流量以及内、外二次风

18、风量的配比。用户可以在每个燃烧器上安装两只差压 计，分别与内外两个测风装置的母管相连。总之，通过采用浓缩型XCL低NOx燃烧器、增设NOx喷口，煤粉的燃烧过程 充分利用了分级配风的技术，可最大限度地减少NOx的生成，以满足用户对NOx 排放的要求。3更换部分水冷壁山于更换燃烧器和增设NOx喷口，需对燃烧器区域及NOx喷口区域水冷壁进行 改造，更改燃烧器及NOx喷口处水冷壁开孔。1）增加NOx风箱及分风道由于新增NOx喷口，因此需要增加NOx风箱及NOx分风道，为NOx喷口供风。 同时分风道增加调节挡板、膨胀节及风量测量装置，NOx风箱增加风压测量装置。2）尽可能釆用原油枪、高能点火器及火检燃烧器的