低氮分级燃烧技术介绍

1、低氮分级燃烧技术一.低NOx优化燃烧技术的分类及比拟为了实现清洁燃烧，目前降低燃烧中 NO、排放污染的技术措施可分为两大 类：一类是炉内脱氮，另一类是尾部脱氮。1.1炉内脱氮炉内脱氮就是采用各种燃烧技术手段来控制燃烧过程中NOx的生成，又称低NOx燃烧技术，下表给出了现有几种典型炉内脱氮技术的比拟。表2技术名称效果优点缺点低氧燃烧根据原来运行条件，最多降低20%投资最少导致飞灰含碳量增加降低投入运行的燃烧器数目15% 30%投资低，易于锅炉改装有引起炉内腐蚀和结渣的可能，并导致飞灰含碳量增加空气分级燃烧OFA最多30%投资低并不是对所有炉膛都适用， 有可能引起炉内腐蚀和结 渣，并降低燃烧效率低

2、NOx燃烧器与空气分级燃烧相结合时可达60%用于新的和改装的锅炉， 中等投资，有运行经验结构比常规燃烧器复杂.烟气再循环最多20%能改善混合燃烧，中等投增加再循环风机，使用不广FGR资泛燃料分级再燃到达50%适用于新的和改造现有锅炉，可减少已形成的 NOx，中等投资可能需要增加第二种燃料，可能导致飞灰含碳量增加，运行经验较少1.2 尾部脱氮尾部脱氮又称烟气净化技术， 即把尾部烟气中已经生成的氮氧化物复原或吸 附，从而降低 NOx 排放。烟气脱氮的处理方法可分为：催化复原法、液体吸收 法和吸附法三大类。催化复原法是在催化剂作用下，利用复原剂将 NOx复原为无害的N2。这种 方法虽然投资和运转费用

3、高，且需消耗氨和燃料，但由于对NOx效率很高，设备紧凑，故在国外得到了广泛应用， 催化复原法可分为选择性非催化复原法和选 择性催化复原法相比，设备简单、运转资金少，是一种有吸引力的技术。液体吸收法是用水或者其他溶液吸收烟气中的 NOxo该法工艺简单，能够以 硝酸盐等形式回收 N 进行综合利用，但是吸收效率不高。吸附法是用吸附剂对烟气中的 NOx 进行吸附，然后在一定条件下使被吸附 的NOx脱附回收，同时吸附剂再生。此法的 NOx脱除率非常高，并且能回收利 用。但一次性投资很高。炉内脱氮与尾部脱氮相比，具有应用广泛、结构简单、经济有效等优点。表2中各种低NOx燃烧技术是降低燃煤锅炉 NOx排放最

4、主要也是比拟成熟的技术 措施。一般情况下，这些措施最多能到达50%的脱除率。当要进一步提高脱除率 时，就要考虑采用尾部烟气脱氮的技术措施，SCR和SNCR法能大幅度地把NOx 排放量降低到200mg/m3，但它的设备昂贵、运行费用很高。根据我国开展现状和当前经济实力还不雄厚的国情， 以及相对宽松的国家标 准CB13223 2003,在今后相当长一段时间内，我国更适合开展投资少、效果 也比拟显著的炉内脱氮技术。即使采用烟气净化技术，同时采用低NOx燃煤技术来控制燃烧过程NOx的产生，以尽可能降低化设备的运行和维护费用。表2中各炉内脱氮技术又以燃料分级效率较高。 燃料再燃技术是有效的降低NOx排放

5、的措施，早在1980年日本的三菱公司就将天然气再燃技术应用于实际 锅炉，NOx排放减少50%以上。美国能源部的“洁净煤技术方案也包括再燃技 术，其示范工程分别采用煤或天然气作为再燃燃料，NOx排放减少30%到70%o在日本、美国、欧洲再燃技术大量应用于新建电站锅炉和已有电站锅炉的改造， 在商业运行中取得良好的环境效益和经济效益。 在我国燃料再燃烧技术研究和应 用起步较晚， 主要是因为我国过去对环保的要求较低， 另一方面那么是出于技术经 济上的考虑。进入 90 年代，我国严重缺电局面开始缓和，大气污染日益严重，1994年全国85个大中城市中NOx超标的城市就有30个，占35%。1998年对全 国

6、322个省控城市量监测结果分析，NOx年日平均值范围在0.006 0.152mg/m3, 全国平均为0.037mg/m3,治理大气污染成为十分迫切的任务。随着环保要求的 不断提高，研究适应我国国情的低本钱的再燃低 NOx燃烧技术具有良好的前景。 二.分级燃烧原理抑制NOx的生成可采取的措施有：1. 降低锅炉峰值温度 ,将燃烧区的煤粉量降低。2. 降低氧浓度即降低过量空气系数 ，将局部二次风管堵住。3. 由于要保证锅炉的出力，可将局部煤粉和空气从锅炉上部投入，这样就控 制了燃烧火焰中心区域助燃空气的数量，缩短燃烧产物在高温火焰区的停留时 间，防止了高温和高氧浓度的同时存在。4在炉膛中设立再燃区，

7、利用在主燃区中燃烧生成的烃根 CHi 和未完全燃 烧产物 CO、H2、C 和 CnHm 等，将 NO 的复原成 N2。如示意图 1 所示。将80%85%的燃料送入主燃区，燃料在主燃区燃烧生成NOx ,15%20%的 燃料送入再燃区，再燃区过量空气系数小于1.0( a <1.0),具有很强的复原性气氛，在 主燃区生成的NOx被复原；再燃区不仅能够复原已经生成的NOx,而且还抑制了新的NOx生成；在燃尽区供给一定量的空气(称为燃尽风)，保证从再燃区出来的未 完全燃烧产物燃尽。根据超细煤粉再燃低 NOx燃烧技术原理和前期的研究结果, 将整个炉膛燃烧区划分为主燃区、再燃区和燃尽区。各区域出口过量

8、空气系数目 标值为：主燃区出口 a =0.91.0,再燃区出口 a =0.80.9,燃尽区出口 a =1.167。 锅炉主、再燃区均以锅炉实际燃用煤为燃料，主燃区燃烧80%90%的浓煤粉，再 燃区喷入10%20%的超细化煤粉作为再燃燃料。超细煤粉是指粒径小于43卩m的煤粉，根据有关研究，这个尺度的煤粉有与雾 化燃油相同的燃烧特性。在工程应用中，可以用浓淡别离器从常规煤粉中别离。三分级燃烧的技术特点1. 优异的低负荷不投油稳燃能力。 该设计的理念之一是建立煤粉早期浓缩着火， 为此公司开发了高效浓淡别离 装置、两层浓浓、 淡淡一次风合用一层一次风室， 中间完全分隔的一次风煤粉燃 烧器、周界齿形的煤

9、粉燃烧喷嘴， 同时一次风煤粉反切射流技术， 极大地提高锅 炉的不投油低负荷稳燃能力。 根据设计和校核煤种的着火特性， 选用适宜的煤粉 浓缩比、煤粉喷嘴、 和浓一次风反切角度， 在煤种允许的变化范围内确保煤粉及 时着火稳燃，并且燃烧器状态良好。2. 优异的煤粉高效燃尽、防结渣及高温腐蚀的特性 首先，高浓度煤粉的早期着火提高了燃烧效率； 同时通过在炉膛的不同高度 布置底部二次风、偏置二次风、上部 OFA和空间别离的S-OFA，将炉膛分成三 个相对独立的局部：燃烧区， NOx 复原区和燃尽区。在每个区域合理的控制各 自的过量空气系数，这种改进的空气分级方法通过优化每个区域的过量空气系 数，在有效降低

10、 NOx 排放的同时能最大限度地提高燃烧效率；第三，通过燃烧 器区域的刚性偏置二次风， 在炉膛壁面附近形成低煤粉浓度的氧化区， 防止了炉 膛结渣和高温腐蚀的发生。 第四， 本技术将煤粉浓淡别离， 所有浓一次风煤粉都 布置在了燃烧区域下部，相当于提高了煤粉燃尽高度及 NOx 复原高度，有利于 提高锅炉燃烧效率及降低 NOx 的排放水平。3. 超低的 NOx 燃烧排放特性分级燃烧技术的最突出特点是超低 NOx 燃烧特性，在保证稳燃高效的前提 下，通过采用高效浓淡别离技术、 空间燃烧分级技术、 一次风逆向射流等手段不 仅保证煤粉早着火，稳定燃烧，通过采用上下、左右可调燃尽风喷口技术，实现 炉内按需供

11、风和降低炉膛出口烟温偏差，更重要的是实现了锅炉超低 NOx 的燃 烧排放。4. 优异的小油点火稳燃能力。该设计采用公司经过了大量工业应用的煤粉气化小油燃烧点火技术， 在第一 层的浓、淡一次风的煤粉燃烧器中布置了小油点火装置， 可以在锅炉冷态以及热 态启动时完全不投入大油枪， 极大地降低了锅炉的启动和在更低负荷下的稳燃油 耗。5. 别离燃尽风 SOAF 还具有较好的降低炉膛出口烟温偏差特性 采用空间空气的分级燃烧技术不仅是降低 NOx 排放、提高煤粉燃尽率的重 要手段，同时采用对SOFA的水平摆动调整，更有助于降低炉膛出口两侧烟温偏 差而导致的过热器及再热器壁温偏差的作用。6. 五大技术特点保证

12、锅炉改造后大幅提高锅炉运行经济性CEE超低NOx燃烧技术无任何运行本钱，它不仅实现锅炉的超低NOx排放， 同时实现了锅炉高效稳燃、防结渣、防高温腐蚀、低负荷不投油稳燃、锅炉小油 点火稳燃的特性， 扩大了锅炉的煤种适应性等功能， 在工业化应用中取得了优异 的效果。四、改造方案烟煤下面以典型的 300MW 四角切圆燃烧锅炉为例介绍基于分级燃烧技术的 CEE 低氮燃烧技术：整个燃烧系统的各喷嘴布置示意见图 1 所示。-"F-"F-mF-图2 CEE燃烧技术的炉膛纵向空间燃烧组织示意图图3 CEE燃烧技术的一室两层浓一次风煤粉燃烧器示意图11).胡图4 CEE主燃烧器区域炉膛水平截

13、面燃烧组织示意图 首先，采用在各煤粉管道中布置的的旋风别离器对一次风煤粉进行浓淡别离， 两 个浓浓、淡淡的一次风煤粉进入一个一次风室， 构成一个一室两层的煤粉燃烧器。 从下往上，一次风煤粉喷嘴依次为：两室四层浓浓一次风、一层浓淡一次风、两 层淡淡一次风，见图 1 所示。第二，将燃烧区域分成上下三个区域， 下部为由两层四室浓一次风构成的主 燃烧稳燃区，中部为两层四室的淡一次风构成的 NOx 复原区，顶部为由在主燃 烧区上部布置的两层别离 SOFA 构成的燃尽区，见图 2所示。第三，在炉膛燃烧区域的水平截面， 一次风喷嘴射流反切， 在每层浓一次风 喷嘴上部布置一层刚性的偏置二次风， 这样构成了在炉

14、膛中央的高浓度煤粉、 高 温、低氧的主燃烧区，在炉膛壁面附近构成了低煤粉浓度、低温、高过量空气系 数的氧化区；同时 SOFA 燃尽风喷嘴反切，并可水平、上下摆动，调节炉膛出口 火焰温度和防止炉膛出口两侧烟温偏差，见图 2、图 4、图 5 所示。第四，一次风煤粉燃烧器采用齿形低 NOx 煤粉喷嘴,见图 6所示。该结构类 似于 WR 宽调节比燃烧器，但采用了本公司的摆动配合结构，减少了煤粉喷嘴 的周界风设计，而在煤粉喷嘴上下两侧各增加了一层二次风，见图 2 所示。第五，在最下层的浓一次风和淡一次风燃烧器布置小油点火装置， 以保证冷 热态锅炉启动的少油点火启动，以及实现锅炉非正常的超低负荷 低于的3

15、0%MCR的节油稳燃。五、CEE 超低 NOx 燃烧系统技术特点CEE技术的最突出特点是超低NOx燃烧特性，在保证稳燃高效的前提下， 通过采用高效浓淡别离技术、 空间燃烧分级技术、 一次风逆向射流等手段不仅保 证煤粉早着火，稳定燃烧，通过采用上下、左右可调燃尽风喷口技术，实现炉内 按需供风和降低炉膛出口烟温偏差，更重要的是实现了锅炉超低 NOx 的燃烧排 放。它包含了两大核心技术特点：一、纵向空间的三区分布在距主燃烧器区顶部约 3 米以上，布布置了三层 SOFA 燃尽风，约占总风量 的 25%左右，它首先保证了主燃烧器区与高位燃尽风之间有足够的复原高度， 是 降低燃料型及热力型 NOx 的主要

16、手段；同时，所有燃尽风喷口均设计为可上下 左右摆动喷口，实现按需靶向送风及调整锅炉出口烟温偏差。将主燃烧区分成上下两个浓淡燃烧空间， 对于 300MW 锅炉的五层煤粉燃烧 器，下部布置两室四层的浓一次风煤粉低 NOx 齿形燃烧器，中间为第三室的浓 淡上下别离低 NOx 齿形煤粉燃烧器， 上部为两室四层的淡一次风煤粉低 NOx 齿 形燃烧器， 上下四室八层的浓、 淡煤粉喷嘴都可以分层独立调节。 一次风煤粉全 部采用公司开发的管道型高效低阻力旋风别离器，别离后浓淡比为8：2质量浓度比，阻力约 200Pa 左右。这样在主燃烧区域，构成的下部四层浓煤粉燃烧器组成具有高着火稳燃特性 的主燃烧区，保证占锅

17、炉 80%左右的煤粉的下部整体集中布置， 对着火燃尽有利， 运行时通过调整可以适当降低此区域的过量空气系数，此区域炉温到达较高水 平，在缺氧的状态下， NOx 复原物大量析出，进入主燃烧区上部，复原已生成 的 NOx ，运行时此区域过量空气系数在左右，保证锅炉炉膛主燃烧区足够高的 温度水平。该技术在炉膛纵向空间上构成了大空间尺度的燃料上下浓淡分级燃烧、 空气 分级燃烧特性， 对于降低煤粉燃烧的燃料型 NOx 形成和热力型 NOx 形成具有极 其明显的效果。二、燃烧区域水平截面的两区分布在主燃烧区域， 本技术将所有浓、 淡一次风射流采用反切布置， 同时在两层 一次风之间， 布置一层刚性偏置二次风射流， 其余主燃烧器二次风维持原切圆射 流角度不变。该设计，在炉膛水平截面上形成了特性截然不同的中心区与近壁区燃烧空间 分布。浓、淡一次风反切使一次风煤粉气流逆向冲进上游来的高温烟气， 使煤粉 在此区域着火燃烧， 对稳燃及燃尽相当有利。 有利于在炉膛主燃烧器区域组织一 个高煤粉浓度、高温、低氧的燃烧核心区。同时，在较低的过量空气系数下，燃 料型 NOx 的生成会得到有效抑制，较低的燃烧温度可在根本上抑制温