低氮燃烧技术的应用.docx
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低氮燃烧技术的应用
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70~80%由煤的燃烧提供，每燃烧一吨煤，就要产生5~30kg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600~1200mg/rh,
每100亿kWh的火力发电量约排放3.9~8.8万吨的NOxNOx是大气的主要污染物之一⑴。
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、“n”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/Nm腔右。
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20~30%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40~60%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
的燃尽风在保证主燃烧区过量空气系数处于0.75~0.85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。
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
中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率,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⑶。
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，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
的24流右（见表1）；喷口内叶片可以实现上下20度摆动，左右15度摆动,
假想切圆直径为600mm
4.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
参数名
改
改
称
造
造
、八
刖
后
一次风率（%
30
28
二次风
65.
44
率（%
83
燃尽风率（%
/
24
一次风速（m/s）
30
30
二次风速（m/s）
45
45
燃尽风速（m/s）
/
45
一次风温（C）
60
60
二次风温（C）
325
325
燃尽风
/
325
温（°C）
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90%以下。
（详细情况见表2）
表2摸底试验数据表
项目
单
位
数据
工况编号
T1
T2
T3
T4
工况负荷
t/h
180
180
220
220
煤粉细
度R90
A侧
%
22
20
19
20
B侧
%
21
18
18
19
一次风
压
A侧
kPa
2.2:
2.2
2.3
2.3
B侧
kPa
2.1:
2.1
2.3
2.3
二次风
压
A侧
kPa
1.8
1.4
2.6
2.1
B侧
kPa
1.9
1.5
2.6
2.1
热风温
度
A侧
C
279
278
290
276
B侧
C
276
276
285
287
进风温
度
A侧
C
20.
7
21.
1
19.
7
19.
7
B侧
C
18.
19.
18.
20.
6
8
7
7
BB层二次风门开度
%
90
80
90
80
AB2层二次风门开度
%
75
80
75
80
AB1层二次风门开度
%
75
80
75
80
AA层二次风门开度
%
100
100
100
100
低温空预器出口实测
60分钟
平均值（标
态）
NOx
mg/
Nn3
671
701
723
681
CO
mg/
Nn3
17
12
5
9
O2
%
3.6
1
3.9
1
3.8
0
2.7
0
锅炉出口氧量
（高省出口）
A侧
%
3.4
1
3.6
2
3.6
0
2.8
5
B侧
%
3.3
5
3.5
0
3.4
2
2.3
7
主汽系统
温度
°C
524
.2
526
.2
526
.6
528
.0
流
量
t/h
185
.6
186
.3
段00
CM
210
.2
压
kPa
9.0
8.9
9.0
8.9
力
3
7
1
9
减
温
19.
18.
17.
19.
水
t/h
5
4
5
2
量
温
188
190
198
198
度
°C
主给水
.6
.2
.8
.8
系统
流
188
192
217
210
t/h
量
.4
.7
.9
.8
A侧
870
878
921
878
炉膛出
C
.0
.0
.0
.0
口烟温
B侧
C
844
844
954
913
.0
.0
.0
.0
A侧
135
135
138
138
排烟温
C
.0
.0
.3
.3
度
B侧
131
130
140
135
C
.0
.5
.2
.2
飞灰含
取
%
3.0
2.3
2.7
3.5
碳量
样
3
7
1
0
值
修
正
%
2.6
7
2.0
9
2.3
8
3.0
8
值
炉渣含碳量
%
8.1
6
8.5
2
5.9
6
5.4
7
锅炉效率
%
88.
75
89.
26
90.
87
89.
76
4.2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8C左右,比未改造前实际运行温度低约20C，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%笔低到18流右，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%T度，下层燃尽风50紡度，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/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
数据
位
工况编号
T1
T2
T3
T4
T5
工况负荷
t/h
220
2202
!
202
2018
J0
煤粉细
度R90
A侧
%
18
18
18
18
18
B侧
%
17
17
17
17
17
一次风
压
A侧
kPa
2.2
2.2
2.1
2.1
2.0
B侧
kPa
2.1
2.1
2.1
2.1
2.1
二次风
压
A侧
kPa
2.3
2.1
2.4
2.3
1.8
B侧
kPa
2.3
2.2
2.3
2.2
1.9
热风温
度
A侧
°C
279
289:
£53
1027
‘9
B侧
°C
276
285:
£23
1027
6
进风温
度
A侧
C
20.
7
21.
1
20.
8
25.
7
20.
7
B侧
C
18.
6
19.
8
20.
1
23.
7
18.
6
上层燃尽风风门开度
%
50
50
50
100
50
下层燃尽风风门开度
%
100
1001
00
50
100
BB层二次风
门开度
%
100
90
50
80
50
AB2层二次风
%
90
90
65
65
65
门开度
AB1层二次风
门开度
%
90
90
80
65
80
AA层二次风
门开度
%
80
90
90
80
90
周界风风门
%
50
50
50
50
50
开度
低温空
mg/
预器出
NOx
411
1358
341
325
365
Nn3
口实测
mg/
60分钟
CO
12
9
11
141
1
Nn3
平均值
（标
3.5
3.2
3.4
3.0
3.2
O2
%
0
6
0
0
0
态）
锅炉出
A侧
3.2
2.8
3.2
2.8
3.0
%
口氧量
0
4
0
5
4
（高省
B侧
3.1
3.1
1.5
2.5
2.9
%
出口）
1
5
0
4
8
温
524
526
524
528
525
度
°C
主汽系
.2
.2
.6
.0
.5
统
流
t/h
215
217
218
210
183
量
.8
.3
.8
.2
.6
压力
kPa
9.0
3
9.0
1
9.0
1
8.9
9
9.0
3
减
温
18.
21.
18.
22.
19.
水
t/h
2
2
8
0
5
量
温
220
217
215
215
201
主给水
度
°C
.0
.0
.0
.0
.0
系统
流
t/h
219
217
213
215
203
量
.4
.0
.0
.0
.0
A侧
942
962
877
炉膛出
C
/
/
.0
.0
.0
口烟温
B侧
947
962
954
954
892
C
.0
.0
.0
.0
.0
A侧
110
114
109
115
109
排烟温
C
.4
.2
.5
.4
.4
度
B侧
108
111
110
112
113
C
.6
.6
.4
.6
.2
取
样
3.5
2.8
3.2
3.7
3.7
飞灰含
%
0
0
6
0
7
值
碳量
修
%
3.0
2.4
2.8
3.2
3.3
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，上三层开度在50~60%为提高炉渣的燃尽率，AA层开度在70~80%
（4）由燃尽风的水平摆动调整炉膛出口烟温偏差，二次小风门不参与调整。
6.结论
南化公司#1锅炉低氮燃烧改造后燃烧系统NOX排放质量浓度从700mg/Nm3
降低到350mg/Nm左右，脱氮效率达到了50%。
低氮燃烧器改造后，对锅炉运行有不同程度的影响，还需要运行人员在以后的工作中不断摸索，优化运行，充分发挥低氮燃烧技术综合运用的良好效果。
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