低氮燃烧器改造方案.docx
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低氮燃烧器改造方案
中石化湖北化肥厂资产公司
宜昌分公司热电厂
2×240t/h、1×220t/h燃煤锅炉
烟气低氮改造方案
●
前言
中国石化资产公司宜昌分公司3台煤粉锅炉脱硝改造项目，为了尽量减轻炉后烟气脱硝的压力,先对该3台锅炉进行低氮燃烧器的改造。
低氮燃烧器改造后，锅炉出口烟气中NOx的浓度约为350mg/Nm3，该数据作为烟气脱硝装置入口NOx的设计基线浓度值，要达到排放烟气中NOx的浓度≤100mg/Nm3的环保要求，只需脱硝效率达到71。
4%左右即可，采用炉外SCR技术完全能满足要求,所以在本可研中推荐采用低氮燃烧器改造+SCR技术对该3台锅炉进行烟气脱硝治理.
宜昌化工热电厂现有1*220、2*240t/h燃煤锅炉，准备在脱硫脱硝改造项目过程中进行低氮燃烧器改造，以降低锅炉低氮改造的运行成本，提高锅炉整体经济效益.
＃1、＃2炉2＊240t/h为武汉锅炉厂有限责任公司设计生产的2台高压煤粉炉。
＃3炉为武汉锅炉厂生产的220t/h高压煤粉炉。
3台炉均为高温、高压、自然循环、固态排渣煤粉锅炉，中间储仓制乏气送粉系统，四角切圆燃烧方式。
未进行低氮燃烧器改造前,锅炉燃烧NOx排放在470mg/NM3左右,通过改造后NOx排放要求达到350mg/NM3。
以下针对3台型进行技术方案介绍。
2设备概况
2。
1锅炉规范
备名称
参数名称
单位
参数
锅
炉
生产厂家
武汉锅炉厂
过热器蒸发量（BMCR）
t/h
240t/h×2+220t/h
过热器出口蒸汽压力（BMCR）
MPa.g
10.3
过热器出口蒸汽温度（BMCR）
℃
540
锅炉排烟温度（修正后）（BMCR）
℃
140
锅炉计算耗煤量（BMCR）
t/h
32
空
预
器
数量（每台炉）
台
1
型式
列管换热器
漏风率（一年内）
%
除
尘
器
数量（每台炉）
1
型式
电袋、布袋（3#）
除尘效率
%
出口灰尘浓度（O2＝6%,干态）
引风机
型式及配置
每台锅炉两台,液偶型
烟囱
双管集束烟囱
2。
2燃煤特性
设计煤质特性见表1。
表2。
2—1220t/h锅炉燃煤煤质
项目
单位
设计煤种
校核煤种
煤质元素分析
收到基碳Car
%
46.84
—
收到基氢Har
%
3。
77
-
收到基氧Oar
％
0.99
-
收到基氮Dar
％
6.21
-
收到基硫Sar
％
1。
08
-
收到基低位发热量
kJ/kg
19250
-
煤质工业分析
收到基水分War
％
8。
45
—
收到基灰分Aar
%
32.66
—
收到基挥发份Vdaf
％
30.24
—
锅炉设计耗煤量
t/h
32。
36
锅炉实际耗煤量
t/h
31。
87
表2.2-3240t/h锅炉燃煤煤质
序号
项目名称
符号
单位
煤种
香山
五七
1
碳
Cf
%
57.1
58.09
2
氢
Hf
％
3.83
3.9
3
氧
Of
%
6。
31
6.82
4
氮
Nf
%
1.07
0。
98
5
硫
Sf
％
1。
17
0。
6
6
分析水分
Wf
％
1。
13
1。
22
7
外部水分
WWZ
%
8。
67
4。
65
8
全水分
Wn
9.70
5。
81
9
灰分
Af
%
29。
39
28。
39
10
可燃基挥发分
Vr
%
35.12
36.16
11
低位发热值
MJ/kg
22。
31
22。
74
12
高位发热量
MJ/kg
23。
12
23.57
13
焦渍特性
-
—
4
5
14
锅炉设计耗煤量
t/h
32.15
15
锅炉实际耗煤量
t/h
31.66
注：
240吨锅炉燃料特性：
烟煤，以平顶山“香山矿”和“五七矿”1:
1混合
2。
3燃烧设备
2。
3.1原锅炉炉膛布置
1＃、2#台锅炉都是武汉锅炉厂的产品,在外形、主要参数一致情况,个别略有差别，由于档案室现存资料不全，因此将两台炉作为一样的结构与参数考虑。
3#锅炉是武汉锅炉厂生产的220吨锅炉,由于业主未提供相应的锅炉资料我们根据以往所接触的同类项目来做相应方案。
3台炉膛断面为近似方形，采用乏气系统，燃烧器采用四角布置切向燃烧方式，锅炉共配置2台钢球磨。
锅炉共设置2层一次风喷嘴，一、二次风间隔布置。
每角燃烧器各有二次风门挡板5组,均由电动执行器控制，燃烧器喷嘴除了下二次风及一次风不摆动外，其余喷嘴均可摆动。
煤粉燃烧器设计参数见图1和表2。
图1改造前煤粉燃烧器示意图
表2煤粉燃烧器设计参数
项目
风率（％）
风速（m/s）
风温（℃）
一次风
19.8
28。
0
70
二次风
76.2
45.0
310
炉膛漏风
4。
0
－
30
2.3。
2改造目的
锅炉实际运行过程中存在及需要解决的问题:
●通过对锅炉燃烧系统及制粉系统设备改造，将锅炉氮氧化物排放降低到350mg/Nm3，锅炉的效率将保持不变。
●改造后锅炉的出力维持不变，过热蒸汽和再热蒸汽的温度达到原设计值，过热蒸汽的减温水量在可控范围之内.
●改造后的锅炉运行必须具有安全性，经济性及可操作性。
燃烧系统能够扩大煤种的适应性，防止结渣及高温烟气腐蚀.改造后锅炉的控制模式基本维持不变，燃烧火焰更稳定。
2.3.3改造范围
针对本次改造所要达到的目的以及锅炉目前存在的问题,基本的改造范围如下：
●重新设计本改造燃烧系统；
●增设SOFA系统
2.3.4性能保证
在燃用目前的煤种情况及煤粉细度范围内：
●BMCR工况下，NOx（干基、标态、6%O2下折算的NO2计）排放浓度不大于_350_mg/Nm3，CO排放浓度不变,锅炉效率不小于改造前（低位热值），未燃碳热损失不高于改造前。
各项性能指标须同时保证。
●锅炉在70～100%BMCR范围内运行时,主蒸汽温度540℃,减温水量按照原设计数据;在70～100%BMCR范围内运行时，过热蒸汽温度540℃，汽温偏差不超过±5℃，减温水量不大于原设计值.
3）炉膛出口两侧烟温差少于50℃。
3主要设计研究依据
●JB10440-2004大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范
●锅炉机组热力计算-标准方法．北京：
机械工业出版社，1976
●DL/T435-2004电站煤粉锅炉炉膛防爆规程
●DL/T5121—2000火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程
●中国动力工程学会主编．火力发电设备技术手册．北京：
机械工业出版社，2000
●电站锅炉手册．胡荫平．北京：
中国电力出版社,2005
●抚顺热电运行规程、锅炉图纸
●《小型热电站实用设计手册》编写组．小型热电站实用设计手册．北京：
水利电力出版社，1988
●火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法．北京:
中国电力出版社,1999
●GB10184-88《电站锅炉性能试验规程》中国电力出版社1996.8
4NOx生成和低NOx控制技术
4。
1NOx生成机理
NOx有3种生成机理
第一种为热力型，系由氮与氧在较高温度下反应生成，该反应一般在1500℃以上进行，其生成量与温度、在高温区停留时间以及氧的分压有关。
热力型NOx系燃烧过程中空气中的氧与氮在高温中生成的NO及NO2总和,其反应方程为：
N2+O2=2NO
NO+1/2O2=NO2
由于氧原子与N2反应的活化能比氧原子在火焰中可燃成分反应的活化能高得多，而且氧原子在火焰中存在时间较短；故火焰中不会产生大量的NO，NO的生成反应系燃料中可燃部分烧完之后的高温区进行。
由于热力型NO生成的活化能很高，在1500℃以下几乎观测不到NO的生成反应.当温度超过1500℃时,温度每上升100℃，反应速度将增加6～7倍.对煤粉锅炉来说，当燃烧温度在1350℃时,炉内生成的NOx几乎100％为燃料型，当燃烧温度为1600℃时,热力型NOx可占生成总量的25%～30％.
第二种为燃料型，为煤中的有机氮氧化生成，其生成量与温度关系不大，生成温度低于热力型，但与氧浓度关系密切，煤粉与空气的混合过程也对其有显著影响。
煤中的氮原子与各种碳氢化合物结合成氮的环状或链状化合物，如C5H5N、C6H5NH2等。
煤中氮有机化合物的C—N结合键能较小,在燃烧时容易分解。
从氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破坏C—N与氮原子生成NO.煤燃烧时燃料型NOx约占NOx总生成量的75％～80％。
图2热力型、燃料型和瞬发型NOx与炉膛温度的关系
第三种为瞬发型，系燃料中烃基化合物在欠氧火焰中与气体中氧反应生成氰化物，其中一部分转化为NO，其转化率与化学当量及温度有关。
煤粉燃烧所产生的NOx中，燃料型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NOx只占很小的比例。
图5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量的范围。
锅炉燃用不同煤种时NOx生成量不同，挥发分越高的煤种，NOx越低，以褐煤NOx排放量为100%单位,烟煤的NOx排放量为127。
3%单位，贫煤的NOx排放量为180％单位,无烟煤的NOx排放量为268.7％单位.
图3锅炉燃用不同的煤种时NOx排放量数值
4。
2NOx的控制技术与分析
根据以上所述燃煤电站锅炉NOx产生的机理及影响因素，对于燃煤锅炉NOx的控制主要有三种方法：
①、燃料脱硝；②、改进燃烧方式和生产工艺，在燃烧过程脱硝;③、烟气脱硝，即燃烧后NOx控制技术。
前两种方法是减少燃烧过程中NOx的生成量，第三种方法则是对燃烧后烟气中的NOx进行治理。
4。
2.1燃烧前NOx控制技术
燃烧前对NOx产生的控制，就是通过处理将燃料煤转化为低氮燃料.通常固体燃料的含氮量为0.5％～2。
5%，近年来，一些国家开始进行燃料脱硝研究，但其难度很大，成本很高，有待于今后继续研究。
就目前我国资源结构和能源政策的现状来说，使用低氮燃料这一措施难以实现，也未见实施业绩的报道或说明。
4。
2。
2燃烧中NOx控制技术
为了做好燃烧中对NOx生成量的控制，对于新机组投运或老机组改造，可在低氧燃烧的基础上采取各种低NOx燃烧技术。
低NOx燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行费用低。
在对NOx排放要求严格的美国、德国和日本，均是先采用低NOx燃烧技术，减少一半以上的NOx后再进行烟气脱硝，以降低脱硝装置入口的NOx浓度，减少投资和运行费用。
根据NOx的生成机理，对燃烧过程中NOx生成的控制主要从两个方面考虑:
一是抑制燃烧中NOx的形成；二是还原已形成的NOx.其主要方法是通过运行方式的改进或对燃烧过程进行特殊的控制，抑制燃烧过程中NOx的生成反应，从而降低NOx的最终排放量.低NOx燃烧技术的主要途径有如下几个方面。
4。
2。
2。
1早期低NOx燃烧技术
主要是调整运行方式或对煤粉燃烧器进行局部改造。
虽简单易行，但对NOx降低幅度不大。
（1）、低过量空气运行。
过量空气系数降低,NOx排放量减少。
但是，调整过量空气系数的潜力很小,它受到受热面沾污、结渣和高温腐蚀、汽温以及飞灰的变化等因素的制约。
（2）、部分燃烧器退出运行，停止最上层（或几层）一次风火嘴的燃料供应,只送空气,实现简单分级燃烧.
（3）、浓淡煤粉燃烧技术。
浓淡燃烧时近年来国内外采用的一种降低锅炉燃烧NOx排放的新技术。
其原理是
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