1025t／h锅炉低氮燃烧器改造及燃烧调整试验研究.pdf

第 5期 2 0 1 5年 9月 锅炉制造 B0I LER MANUF ACTURI NG No ． 5 S e p ． 2 01 5 1 0 2 5 t ／ h锅炉低 氮燃烧器 改造及燃烧调整试验研究 张文年， 陈 聪， 文萃萃， 李 洋， 徐有宁 沈阳工程学院能源与动力工程学院， 辽宁 沈阳 1 1 0 1 3 6 摘要 氮氧化物是火电厂的主要污染物之一 ， 随着大气污染物排放标准的提高， 低氮燃烧技术成为学术研究 的热点。本文以某电厂低氮燃烧器改造为例， 对改造措施和效果进行了研究 ， 研究结果表明 采用二次风垂直 分级高位燃尽风系统及“ 风包粉” 技术联合应用能够较好的降低 N O 含量， 改造后氮氧化物的排放由原来的 8 5 4 mg ／ N m 变 为 4 6 0 m g ／ N m。 ， 锅炉效率 由原来 的 9 1 ． 2 2 ％提高 到 9 2 ． 4 8 ％ ， 改造取得 了良好 的效果 。 关键词 低氮燃烧器； 燃烧器改造； 燃烧调整 中图分 类号 T K 2 2 3 ． 2 3 文献标识码 A 文章编号 C N 2 31 2 4 9 2 0 1 5 0 5 0 0 0 1 0 4 Ex p e r i m e n t a l S t u d y o n Lo w NOx Bu r n e r Tr a n s f o r m a t i o n a n d C o mb u s t i o n Ad j u s t me n t o f 1 0 2 5 t B o i l e r Zh a n g We n ni a n， C h e n c0 ， We n Cu i c u i ， Li ， Xu Y o u ni n g S c h o o l o f E n e r g y a n d P o w e r E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g I n s t i t u t e o f E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g 1 1 0 1 3 6 ， C h i n a Abs t r a c t Ni t r o g e n o x i d e s a r e o ne o f ma i n p o l l u t a n t s i n t h e r ma l p o we r p l a nt ． W i t h t h e i mp l e me n t a - t i o n o f t he n e w v e r s i o n o f t h e a t mo s p h e r e p o l l u t a n t s e mi s s i o n s t a n da r d s i n t he po we r p l a n t ， i t i s mo r e s t r i c t t o p o we r p l a n t e mi s s i o n s， e s p e c i a l l y NOx e mi s s i o n s ． T he r e f o r e，t h e t r a n s f o rm o f t h e S t e r e o h i e r - a r c h i c a l l o w n i t r o g e n b u r n e r i s n e c e s s a r y ．T h i s p a p e r d i s c u s s e s t h e t r a n s f o rm o f t h e S t e r e o h i e r a r c h i ． c a l l o w n i t r o g e n b u r n e r i n t h e p l a n t ， a n d t h e me a s u r e s a n d e f f e c t s o f t h e t r a n s f o rm w e r e s t u d i e d ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t ， Th e s e c o n da ry a i r v e r t i c a l g r a de hi g h b urni n g s y s t e m a n d “wi n d p o wd e r ”t e c h n o l o g Y c o mb i n e d a p p l i c a t i o n c a n r e d u c e t h e c o n t e n t o f NOx ．T h e n i t r o g e n o x i d e e mi s s i o n s r e d u c e d f r o m 8 5 4 mg ／ N m i n t o 4 6 0 mg ／ Nm a f t e r t h e t r a n s f o rm ， a n d t h e e ffic i e n c y o f t h e b o i l e r i n c r e a s e d f r o m t h e o r i g i n a l 9 1 ． 2 2 ％ t o t h e 9 2． 4 8 ％， t h e r e f o r m h a s a c h i e v e d g o o d r e s u l t s ． Ke y wo r d s l o w n i t r o g e n b u rne r ；b u rne r r e c o n s t r u c t i o n ；c o m b u s t i o n a d j u s t m e n t 1 N O x 产生的危害及生成机理 1 ． 1 N O 的危害 当大气 中的 N O 被人 体 吸人体 内， 会 造成 肺 ， 肾脏 ， 心脏 的不可逆危害 ； 而且氮氧化物会造 成光化学烟雾现象 ， 危害人体免疫系统 、 呼吸系统 健康 ； 同样对农业和林业会造成巨大损害。 1 ． 2 N O 的生成机理 燃煤锅炉产生的 N O 是 N O和 N O 的统称 ， 通常 N O含量超过 9 0 ％， N O 含量 小于 1 0 ％ ， 燃 煤电厂烟气中的 N O 主要是通过煤的燃烧产生。 依据氮氧化物的生成机理 ， 可将其分为 3类 ， 分别 是热力型 N O 燃料型 N O 和快速型 N O 。 1 热力型 N O 是指在超过 1 5 0 0 c c的高温 条件下 ， 存在空气 中的氮发生氧化反应而生成的 N O 。伴随温度 的升高 ， 反应速率呈指数 规律增 加。当燃烧温度小于 1 5 0 0 o C时， N O 生成量很 少 ； 当燃烧温度大于 1 5 0 0℃时 ， 温度每增加 1 0 0 ℃， 反应速率会增大6 7倍 J 。 2 快速型 N O 当碳氢化合物燃料的浓度过 收稿 日期 2 0 1 5 0 51 2 作者简介 张文年 1 9 9 0一 ， 男， 河北廊坊 市人 ， 硕 士研 究生， 主要从事锅炉节能减排工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 锅炉制造 总第 2 5 3 期 高时 ， 碳 氢化 合物会 在高温 条件下 分解 产生 的 C H 自由基和空气 中的氮发生复杂的化学反应生 成 N和 H C N的混合物 ， 再 以极快的速度被氧气 氧化成 N O ， 形成 的时间极短 ， 只需要 6 0 r n ／ s 左 右 ， 在燃煤 电厂 中这一部 分 的 N O 生成 量较 小， 且与炉膛 内压力相关 ， 难以控制 。 3 燃料型 N O 是燃料中大量的含氮化合物被 燃烧氧化生成。在燃料中由于氮分解温度小于燃烧 温度， 所以炉温达到6 0 0℃时就能成燃料型 N O ， 约 占煤粉 燃烧生成 N O 总量 的 6 0～8 O ％。燃料 型 N O 开始是含氮 的有机化合 物热裂解产 生 H C N， C N， N等中间基团产物 ， 而后经氧化生成 N O _ 1 - 1 1 。 此次燃烧器 改造 ， 炉膛燃 烧温度在 1 5 0 0℃ 以内， 且炉膛是负压状态 ， 不考虑热 力型 N O 和 快速型 N O 的影响， 本文进行低氮燃烧器的改造 主要针对降低燃料型 N O 的排量 。 2 设备概况及低氮燃烧器 改造 2 ． 1 设备概况 某 电厂锅炉型号为 D G 1 0 2 5 ／ 1 7 ． 41 1 1 2亚临 界参数、 燃烧方式为 四角切 圆、 自然循环、 单炉膛 平衡通风、 一次中间再热 、 半露天布置 、 固态排渣 、 全钢构架 I I 型汽包锅炉 。制粉系统为 中间储仓 式热风 送粉 系统 ， 钢球磨 煤机 型 号为 D T M3 5 0 ／ 7 0 0共 四台， 不设备用 ， 煤粉细度为 R 9 0 8 ％。 2 ． 2 煤质情况 表 1 煤质分析 ％ 2 ． 3 低氮燃烧器改造措施 针对本燃煤锅炉特点和燃料燃烧特 性 ， 确定 以二次风垂直分级 和水平方 向“ 风包粉”的立体 分级低氮燃烧技术对其燃烧 系统进行改造 ， 燃烧 器设计煤种为贫煤。 2 ． 3 ． 1采 用二 次风垂 直 分级技 术 霪30830 F--FAI30030 Al-29260886 ri上 ． [．U I。 L ll* I ⋯⋯_● 目 4W二{l J一 5界丽丁_ ～LLL 一‘ l ll ●、 扫I T 卜一 jlI． JL r _ ] 下 2 52 3 0 I I ’ 『 一 _ 1 i _． ． { 上 _ _ 1 寸 连 t I T q 2 3 3 4 0 日t Ⅱ _ T t 8 ． ． T q l 上 z 广 r 1』 堡手 啼 2 2 硼0 E | T 1 『 ． 1一 _ _ 2 l 4 5 0 l I T - _ q 回 t - * I r 一 ， ， 一1 98 1 6 卜一 I } 。 一 将二次风沿炉膛高度方向分级送人炉膛， 主燃 区有组织空气量与理论空气量的比值 由原来 k p 1 ． 2 降低为 k p 0 ． 8 4～ 0 ． 9 。在距离 主燃烧器上方 3 5 0 0 0 m m处， 布置四层燃尽风喷口， 每层四只共 1 6 只， 这 1 6只燃烧器装在主燃烧区上部锅炉 四角相同 位置处。 燃尽风量 占总风量 的2 5 ％ ～ 3 3 ％ ， 燃尽 风 燃犀 风喷 口水 平布 置 图 ‘ 图 1 燃烧器改造前后喷口布置对比图 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第5 期 张文年， 等 1 0 2 5 t ／ h锅炉 整试验研究 3 风速设计为 4 5 m ／ s ， 燃尽风喷口的设计型式在垂直 和水平方向上可摆动， 喷 口上下方向摆动 4 - 1 5 。 ， 水 平方向摆动 1 0 。 ， 能有效调节炉膛 出 口的烟温偏 差， 并且保证过热器管壁不超温。 2 ． 3 ． 2“ 风 包粉 ” 燃烧技 术 在二次风大风箱 内安装煤粉浓缩器 ， 一次风 风粉气流流经煤粉百叶窗浓缩 叶片后分离 ， 形成 了浓煤粉气 流和淡 煤粉气流 ， 达到所谓 的“ 风包 粉” 燃烧效果 ， 强化出 口气流的着火和燃烧 ， 并采 用燃料水平分级的燃烧原理有效降低初期着火的 N O 生成量 。针对主燃烧器 区域长期处 于还原 性气氛 ， 一次风喷口设计有偏置型周界风 ， 在一次 风出口淡煤粉喷 口的背火侧设置有较大出口动量 的侧二次风 ， 运行时调整各燃烧器 喷口周界风量 ， 使得在燃烧器投运和不投运有充足的周界风冷却 量 ， 以防止喷 口发生高温变形或损坏 ， 与此同时还 可以防止喷 口结渣。同时进一步强化水冷壁附近 的氧化性气氛 ， 并 强化 “ 风包粉 ” 的特性 ， 达到 同 时防止结渣和水冷壁高温腐蚀。 4 口j玛 ／ 一 囫 图 2 水平浓淡煤粉浓缩器 j l _ L f 王 _ F T L A 1 ． 1 ---次风 2 ． 淡煤粉气流3 ． 波形水平钝体4 ． 浓煤粉气流 图 3 一次风喷 口设计 3 燃烧器热态调整试验及结果分析 3 ． 1 二次风、 燃尽风配风方式调整试验 J 调整方式 锅炉在 1 0 0 ％B MC R负荷工况下 ， 炉膛 出口氧量控制在 3 ． 0 ％ 一3 ． 5 ％左右 ， 周界风 的挡板开度为 1 0 ％ ， 锅炉的二次风箱风压维持在 合适的范围内， 结合现场实际运行情况在调整燃 尽风不同开度时 ， 二次风风 门整体进行调整 ， 保证 锅炉风量分配更加合理。 1 当二次风配风方式采用倒宝塔方案 时， 空 气预热器入 口氮氧化物为 5 1 0 m g ／ N m ， 比采用正 宝塔配风方案低 3 3 mg ／ N m 。 2 当二次风采用倒宝塔方案 时， 锅炉效率为 9 2 ． 3 2 ％， 高于其他配风方案时的锅炉效率。 图 4 配风方式对 N O 及锅炉效率的影响 图 5 燃尽风摆 角对 N O x及锅炉效率 的影 响 3 燃尽风 摆角为 l 5 。 时 ， N O 排 量降到 4 5 1 mg ／ N m ， 达到改造要求 ， 然 而锅炉效率却降低到 9 2 ． 0 2 ％， 减温水量达到 1 8 ． 9 2吨， 但是依然符合 设计要求。 4 燃尽风摆角为 1 0 0 。 时， 锅炉效率最 高 ， 达 到 9 2 ． 2 4 ％ ， 并且减温水量减少到 1 3吨。 3 ． 2 变氧量燃烧调整试验 锅炉 在 1 0 0 ％B MC R运 行 工 况 下 ， 各 二次 风 的风门开 度 和燃 尽 风 风 门开 度 在优 化 后 的 条件下 ， 结 合 现场 实 际 运 行情 况 ， 观测 各 二 次 风 门开度 和 燃尽 风 风 门 开度 优 化后 在 同等条 件下 炉膛 出 口氧量 变 化 对 氮氧 化 物排 放 的影 响。 氧量升高 0 ． 3 9 ％， 氮氧化 物排放量 增加 3 1 mg ／ N m ， 送风机 电流增加4 ． 2 A， 由此说 明 炉膛 出口氧量控制尤为重要 。 一 水一 褂鬃 采举 蚰 ∞ m ∞ ∞ 蛇 蛇 蛇 譬 一 1 蝌| } z 哥 矗嫒 ∞ 2 m 兮 ∞ 啦 蛇 蛇 蛇 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 锅炉制造 总第 2 5 3 期 3 ． 3 磨煤机投运方式调整试验 在燃尽风不同摆动角度和二次分风门合理优化 配风方式下， 结合电厂实际运行情况 ， 观测在同样条 件下磨煤机运行台数对氮氧化物排放量的影响。 图 6 氧量对 N O 及飞灰含碳量的影响 图 7 磨煤机台数对 N O 及锅炉效率的影响 1 三套制粉系统运行 比两套 制粉 系统运 行 氮氧化物升高 4 0 m g ／ N m 。 2 四套制粉系统运行 比两套制粉 系统运 行 氮氧化物升高 6 0 mg ／ N m 。 3 不同制粉 系统 之间的配合对锅 炉效 率无 明显影响 ， 均在 9 2 ％ 以上。 3 ． 4 变锅炉负荷试验 调整方式 在调整的最优配风条件下 ， 结合 电 厂实际运行情况 ， 炉膛 出 口氧量按试验最佳值选 取 ， 燃尽风按试验最佳值选取 ， 各二次风的风门开 度按试 验 最佳 值选 取 ， 锅 炉变 负荷 分别 为 2 1 0 MW 、 2 50 MW 、 2 8 0 MW。 锅炉效率在 2 1 0 MW 以上运行工况 下 ， 锅炉 效率基本保持在 9 2 ％ 以上。由此说 明在燃尽风 不同开度和二次风风 门合理优化配风情况下 ， 氮 氧化物得到了有效控制 ， 同时对锅炉运行经济性 没有影响。 4结论及建议 1 燃烧器改造后 ， 氮氧化物的排放量 明显下 降， 采用束腰配风与燃尽风摆角相配合的方式 ， 能 把 N O 降低到 4 5 0 m g ／ N m ， 锅 炉的效 率也有所 提高 ， 达到 9 2 ％ 以上 ， 改造 取得 了 良好 的改造效 果 。 2 燃尽风摆动仰 角可根据汽温需要 进行调 节 。同时要注意在不同负荷下燃尽风摆动仰角调 节汽温效果不尽相同。 3 氧量升高 0 ． 3 9 ％ ， 氮氧化物排放量增加 3 1 mg ／ N r n ， 运行时控制氧量很重要。 4 随着制粉系统投运数量的增加 ， N O 排量 随之增长 ， 运行时控制合适数 目的制粉 系统对 降 低氮氧化物至关重要 。 5 运行人员根据人炉煤质情况 ， 在燃烧工况稳 定时， 可参考燃尽风配风方式和二次风配风方式， 尽 可能降低炉膛出口氧量 ， 从而降低 N O 排放。 参考文献 刘建民． 火电厂氮氧化物控制技术[ M] ． 北京中 国电力 出版社 ， 2 0 1 2 ． 赵惠富． 污染气体 N O 的形成与控制[ M] ． 科学出 版社 ， 1 9 9 3 ． 黄新元． 电站炉运行与燃烧调整 [ M] ． 北京中国 电力 出版社 ， 2 0 0 7 ． 张晓辉 ， 孙锐， 孙绍增， 等． 燃尽风与水平浓淡燃 烧联用对 N O 生成的影 响[ J ] ． 中国电机工程学 报 ， 2 0 0 7， 2 7 2 9 5 66 1 ． 王敦敦． 3 0 0 MW 四角切圆燃烧锅炉低 N O 减排改 造后燃烧调整[ J ] ． 湖南电力 ， 2 0 1 3 ， 3 3 6 5 8 6 0 ． 古利亚． 低氮燃烧器改造与燃烧调整试验[ J ] ． 电力 学报 ， 2 0 1 4， 2 9 3 2 6 3 2 6 6 ． 韩鹏． 3 3 0 MW机组锅炉燃烧 调整降低烟气氮 氧化物排放 [ J ] ． 新疆电力技术 ， 2 0 1 3 ， 3 5 3 55． 1 j 1J 1j 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m