宜昌化工熱電廠鍋爐低氮燃燒器改造方案

1、宜昌化工熱電廠鍋爐低氮改造方案 中石化湖北化肥廠資產(chǎn)公司宜昌分公司熱電廠2×240t/h、1×220t/h燃煤鍋爐煙氣低氮改造方案北京中通凱瑞科技有限公司二一四年一月目 錄1 前言32 設(shè)備概況32.1 鍋爐規(guī)范32.2 燃煤特性32.3 燃燒設(shè)備43 主要設(shè)計(jì)研究依據(jù)84 NOx生成和低NOx控制技術(shù)94.1 NOx生成機(jī)理94.2 NOx的控制技術(shù)與分析104.2.1 燃燒前NOx控制技術(shù)114.2.2 燃燒中NOx控制技術(shù)114.2.2.1 早期低NOx燃燒技術(shù)114.2.2.2 水平空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)114.2.2.3 垂直空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)124.2.

2、3 煙氣脫硝技術(shù)124.2.3.1 選擇性催化還原技術(shù)SCR124.2.3.2 選擇性非催化還原技術(shù)SNCR125 低NOx燃燒器的設(shè)計(jì)125.1 3臺(tái)鍋爐低NOx燃燒技術(shù)改造項(xiàng)目燃煤特性評(píng)價(jià)125.2 3#號(hào)鍋爐改造技術(shù)方案125.3 1#、2#號(hào)鍋爐改造技術(shù)方案155.4 技術(shù)原理155.4.1 垂直濃淡穩(wěn)燃技術(shù)原理155.4.2 水平濃淡煤粉燃燒器的熱回流著火穩(wěn)燃原理：155.4.3 濃淡煤粉燃燒器防止結(jié)渣和高溫腐蝕原理165.4.4 濃淡煤粉燃燒器降低NOx排放原理165.4.5 偏置二次風(fēng)降低NOx排放原理175.4.6 空氣分級(jí)燃燒（SOFA燃盡風(fēng)）降低NOx排放原理185.4.7

3、 靈活地調(diào)整汽溫和保證安全受熱面壁溫195.4.8 燃盡風(fēng)風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)的說明206 供貨范圍207、改造費(fèi)用：221 前言中國(guó)石化資產(chǎn)公司宜昌分公司3臺(tái)煤粉鍋爐脫硝改造項(xiàng)目，為了盡量減輕爐后煙氣脫硝的壓力，先對(duì)該3臺(tái)鍋爐進(jìn)行低氮燃燒器的改造。低氮燃燒器改造后，鍋爐出口煙氣中NOx的濃度約為350mg/Nm3，該數(shù)據(jù)作為煙氣脫硝裝置入口NOx的設(shè)計(jì)基線濃度值，要達(dá)到排放煙氣中NOx的濃度100mg/Nm3的環(huán)保要求，只需脫硝效率達(dá)到71.4%左右即可，采用爐外SCR技術(shù)完全能滿足要求，所以在本可研中推薦采用低氮燃燒器改造+SCR技術(shù)對(duì)該3臺(tái)鍋爐進(jìn)行煙氣脫硝治理。宜昌化工熱電廠現(xiàn)有1*220、2*

4、240t/h燃煤鍋爐，準(zhǔn)備在脫硫脫硝改造項(xiàng)目過程中進(jìn)行低氮燃燒器改造，以降低鍋爐低氮改造的運(yùn)行成本，提高鍋爐整體經(jīng)濟(jì)效益。#1、#2爐2*240t/h為武漢鍋爐廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的2臺(tái)高壓煤粉爐。#3爐為武漢鍋爐廠生產(chǎn)的220t/h高壓煤粉爐。3臺(tái)爐均為高溫、高壓、自然循環(huán)、固態(tài)排渣煤粉鍋爐，中間儲(chǔ)倉(cāng)制乏氣送粉系統(tǒng)，四角切圓燃燒方式。未進(jìn)行低氮燃燒器改造前，鍋爐燃燒NOx排放在470mg/NM3左右，通過改造后NOx排放要求達(dá)到350mg/NM3。以下針對(duì)3臺(tái)型進(jìn)行技術(shù)方案介紹。2 設(shè)備概況2.1 鍋爐規(guī)范備名稱參數(shù)名稱單 位參 數(shù)鍋爐生產(chǎn)廠家武漢鍋爐廠過熱器蒸發(fā)量（BMCR）t/h240

5、t/h×2+220 t/h過熱器出口蒸汽壓力（BMCR）MPa.g10.3過熱器出口蒸汽溫度（BMCR）540鍋爐排煙溫度（修正后）（BMCR）140鍋爐計(jì)算耗煤量（BMCR）t/h32空預(yù)器數(shù)量（每臺(tái)爐）臺(tái)1型式列管換熱器漏風(fēng)率（一年內(nèi)）%除塵器數(shù)量（每臺(tái)爐）1型式電袋、布袋（3#）除塵效率%出口灰塵濃度（O26%，干態(tài)）引風(fēng)機(jī)型式及配置每臺(tái)鍋爐兩臺(tái)，液偶型煙囪雙管集束煙囪2.2 燃煤特性設(shè)計(jì)煤質(zhì)特性見表1。 表2.2-1 220t/h鍋爐燃煤煤質(zhì)項(xiàng) 目單位設(shè)計(jì)煤種校核煤種煤質(zhì)元素分析收到基碳Car%46.84-收到基氫Har%3.77-收到基氧Oar%0.99-收到基氮Dar%6

6、.21-收到基硫Sar%1.08-收到基低位發(fā)熱量kJ/kg19250-煤質(zhì)工業(yè)分析收到基水分War%8.45-收到基灰分Aar%32.66-收到基揮發(fā)份Vdaf%30.24-鍋爐設(shè)計(jì)耗煤量t/h32.36鍋爐實(shí)際耗煤量t/h31.87表2.2-3 240t/h鍋爐燃煤煤質(zhì)序號(hào)項(xiàng)目名稱符號(hào)單位煤種香山五七1碳Cf%57.158.092氫Hf%3.833.93氧Of%6.316.824氮Nf%1.070.985硫Sf%1.170.66分析水分Wf%1.131.227外部水分WWZ%8.674.658全水分Wn9.705.819灰分Af%29.3928.3910可燃基揮發(fā)分Vr%35.1236.1

7、611低位發(fā)熱值MJ/kg22.3122.7412高位發(fā)熱量MJ/kg23.1223.5713焦?jié)n特性-4514鍋爐設(shè)計(jì)耗煤量t/h32.1515鍋爐實(shí)際耗煤量t/h31.66注：240噸鍋爐燃料特性：煙煤，以平頂山“香山礦”和“五七礦”1:1混合2.3 燃燒設(shè)備2.3.1 原鍋爐爐膛布置1#、2#臺(tái)鍋爐都是武漢鍋爐廠的產(chǎn)品，在外形、主要參數(shù)一致情況，個(gè)別略有差別，由于檔案室現(xiàn)存資料不全，因此將兩臺(tái)爐作為一樣的結(jié)構(gòu)與參數(shù)考慮。3#鍋爐是武漢鍋爐廠生產(chǎn)的220噸鍋爐，由于業(yè)主未提供相應(yīng)的鍋爐資料我們根據(jù)以往所接觸的同類項(xiàng)目來做相應(yīng)方案。3臺(tái)爐膛斷面為近似方形，采用乏氣系統(tǒng)，燃燒器采用四角布置切向

8、燃燒方式，鍋爐共配置2臺(tái)鋼球磨。鍋爐共設(shè)置2層一次風(fēng)噴嘴，一、二次風(fēng)間隔布置。每角燃燒器各有二次風(fēng)門擋板5組，均由電動(dòng)執(zhí)行器控制，燃燒器噴嘴除了下二次風(fēng)及一次風(fēng)不擺動(dòng)外，其余噴嘴均可擺動(dòng)。煤粉燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)見圖1和表2。圖1 改造前煤粉燃燒器示意圖表2 煤粉燃燒器設(shè)計(jì)參數(shù)項(xiàng) 目風(fēng)率（%）風(fēng)速（m/s）風(fēng)溫（）一次風(fēng)19.828.070二次風(fēng)76.245.0310爐膛漏風(fēng)4.0302.3.2 改造目的鍋爐實(shí)際運(yùn)行過程中存在及需要解決的問題：1) 通過對(duì)鍋爐燃燒系統(tǒng)及制粉系統(tǒng)設(shè)備改造，將鍋爐氮氧化物排放降低到350mg/Nm3，鍋爐的效率將保持不變。2) 改造后鍋爐的出力維持不變，過熱蒸汽和再熱蒸

9、汽的溫度達(dá)到原設(shè)計(jì)值，過熱蒸汽的減溫水量在可控范圍之內(nèi)。3) 改造后的鍋爐運(yùn)行必須具有安全性，經(jīng)濟(jì)性及可操作性。燃燒系統(tǒng)能夠擴(kuò)大煤種的適應(yīng)性，防止結(jié)渣及高溫?zé)煔飧g。改造后鍋爐的控制模式基本維持不變，燃燒火焰更穩(wěn)定。2.3.3 改造范圍針對(duì)本次改造所要達(dá)到的目的以及鍋爐目前存在的問題，基本的改造范圍如下：1） 重新設(shè)計(jì)本改造燃燒系統(tǒng)；2） 增設(shè)SOFA系統(tǒng)2.3.4 性能保證在燃用目前的煤種情況及煤粉細(xì)度范圍內(nèi)：1) BMCR工況下，NOx（干基、標(biāo)態(tài)、6%O2下折算的NO2計(jì)）排放濃度不大于_350_mg/Nm3，CO排放濃度不變，鍋爐效率不小于改造前（低位熱值），未燃碳熱損失不高于改造前。

10、各項(xiàng)性能指標(biāo)須同時(shí)保證。2) 鍋爐在70100%BMCR范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，主蒸汽溫度540，減溫水量按照原設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；在70100%BMCR范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，過熱蒸汽溫度540，汽溫偏差不超過±5，減溫水量不大于原設(shè)計(jì)值。3） 爐膛出口兩側(cè)煙溫差少于50。3 主要設(shè)計(jì)研究依據(jù)l JB 10440-2004 大型煤粉鍋爐爐膛及燃燒器性能設(shè)計(jì)規(guī)范l 鍋爐機(jī)組熱力計(jì)算-標(biāo)準(zhǔn)方法北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1976l DL/T 435-2004電站煤粉鍋爐爐膛防爆規(guī)程l DL/T 5121-2000 火力發(fā)電廠煙風(fēng)煤粉管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程l 中國(guó)動(dòng)力工程學(xué)會(huì) 主編火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊(cè)北京：機(jī)械工業(yè)出版社，200

11、0l 電站鍋爐手冊(cè)胡蔭平北京：中國(guó)電力出版社，2005l 撫順熱電運(yùn)行規(guī)程、鍋爐圖紙l 小型熱電站實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組小型熱電站實(shí)用設(shè)計(jì)手冊(cè)北京：水利電力出版社，1988l 火力發(fā)電廠煤粉制備系統(tǒng)設(shè)計(jì)和計(jì)算方法北京：中國(guó)電力出版社，1999l GB10184-88電站鍋爐性能試驗(yàn)規(guī)程中國(guó)電力出版社 1996.84 NOx生成和低NOx控制技術(shù)4.1 NOx生成機(jī)理NOx有3種生成機(jī)理第一種為熱力型，系由氮與氧在較高溫度下反應(yīng)生成，該反應(yīng)一般在1500以上進(jìn)行，其生成量與溫度、在高溫區(qū)停留時(shí)間以及氧的分壓有關(guān)。熱力型NOx系燃燒過程中空氣中的氧與氮在高溫中生成的NO及NO2總和，其反應(yīng)方程為： N

12、2+O2=2NO NO+1/2O2=NO2由于氧原子與N2反應(yīng)的活化能比氧原子在火焰中可燃成分反應(yīng)的活化能高得多，而且氧原子在火焰中存在時(shí)間較短；故火焰中不會(huì)產(chǎn)生大量的NO，NO的生成反應(yīng)系燃料中可燃部分燒完之后的高溫區(qū)進(jìn)行。由于熱力型NO生成的活化能很高，在1500以下幾乎觀測(cè)不到NO的生成反應(yīng)。當(dāng)溫度超過1500時(shí)，溫度每上升100，反應(yīng)速度將增加67倍。對(duì)煤粉鍋爐來說，當(dāng)燃燒溫度在1350時(shí)，爐內(nèi)生成的NOx幾乎100%為燃料型，當(dāng)燃燒溫度為1600時(shí)，熱力型NOx可占生成總量的25%30%。第二種為燃料型，為煤中的有機(jī)氮氧化生成，其生成量與溫度關(guān)系不大，生成溫度低于熱力型，但與氧濃度關(guān)

13、系密切，煤粉與空氣的混合過程也對(duì)其有顯著影響。煤中的氮原子與各種碳?xì)浠衔锝Y(jié)合成氮的環(huán)狀或鏈狀化合物，如C5H5N、C6H5NH2等。煤中氮有機(jī)化合物的CN結(jié)合鍵能較小，在燃燒時(shí)容易分解。從氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破壞CN與氮原子生成NO。煤燃燒時(shí)燃料型NOx約占NOx總生成量的75%80%。圖2 熱力型、燃料型和瞬發(fā)型NOx與爐膛溫度的關(guān)系第三種為瞬發(fā)型，系燃料中烴基化合物在欠氧火焰中與氣體中氧反應(yīng)生成氰化物，其中一部分轉(zhuǎn)化為NO，其轉(zhuǎn)化率與化學(xué)當(dāng)量及溫度有關(guān)。煤粉燃燒所產(chǎn)生的NOx中，燃料型NOx比例較大，約為60%80%以上，熱力型約占總量的20%，而瞬發(fā)型反應(yīng)生成的NOx只占

14、很小的比例。圖5為煤粉鍋爐中三種類型的NOx生成量與爐溫的關(guān)系及各自生成量的范圍。鍋爐燃用不同煤種時(shí)NOx生成量不同，揮發(fā)分越高的煤種，NOx越低，以褐煤NOx排放量為100%單位，煙煤的NOx排放量為127.3%單位，貧煤的NOx排放量為180%單位，無煙煤的NOx排放量為268.7%單位。圖3 鍋爐燃用不同的煤種時(shí)NOx排放量數(shù)值4.2 NOx的控制技術(shù)與分析根據(jù)以上所述燃煤電站鍋爐NOx產(chǎn)生的機(jī)理及影響因素，對(duì)于燃煤鍋爐NOx的控制主要有三種方法：、燃料脫硝；、改進(jìn)燃燒方式和生產(chǎn)工藝，在燃燒過程脫硝；、煙氣脫硝，即燃燒后NOx控制技術(shù)。前兩種方法是減少燃燒過程中NOx的生成量，第三種方法

15、則是對(duì)燃燒后煙氣中的NOx進(jìn)行治理。4.2.1 燃燒前NOx控制技術(shù)燃燒前對(duì)NOx產(chǎn)生的控制，就是通過處理將燃料煤轉(zhuǎn)化為低氮燃料。通常固體燃料的含氮量為0.5%2.5%，近年來，一些國(guó)家開始進(jìn)行燃料脫硝研究，但其難度很大，成本很高，有待于今后繼續(xù)研究。就目前我國(guó)資源結(jié)構(gòu)和能源政策的現(xiàn)狀來說，使用低氮燃料這一措施難以實(shí)現(xiàn)，也未見實(shí)施業(yè)績(jī)的報(bào)道或說明。4.2.2 燃燒中NOx控制技術(shù)為了做好燃燒中對(duì)NOx生成量的控制，對(duì)于新機(jī)組投運(yùn)或老機(jī)組改造，可在低氧燃燒的基礎(chǔ)上采取各種低NOx燃燒技術(shù)。低NOx燃燒技術(shù)的特點(diǎn)是工藝成熟，投資和運(yùn)行費(fèi)用低。在對(duì)NOx排放要求嚴(yán)格的美國(guó)、德國(guó)和日本，均是先采用低N

16、Ox燃燒技術(shù)，減少一半以上的NOx后再進(jìn)行煙氣脫硝，以降低脫硝裝置入口的NOx濃度，減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)NOx的生成機(jī)理，對(duì)燃燒過程中NOx生成的控制主要從兩個(gè)方面考慮：一是抑制燃燒中NOx的形成；二是還原已形成的NOx。其主要方法是通過運(yùn)行方式的改進(jìn)或?qū)θ紵^程進(jìn)行特殊的控制，抑制燃燒過程中NOx的生成反應(yīng)，從而降低NOx的最終排放量。低NOx燃燒技術(shù)的主要途徑有如下幾個(gè)方面。4.2.2.1 早期低NOx燃燒技術(shù)主要是調(diào)整運(yùn)行方式或?qū)γ悍廴紵鬟M(jìn)行局部改造。雖簡(jiǎn)單易行，但對(duì)NOx降低幅度不大。（1）、低過量空氣運(yùn)行。過量空氣系數(shù)降低，NOx排放量減少。但是，調(diào)整過量空氣系數(shù)的潛力很小，它

17、受到受熱面沾污、結(jié)渣和高溫腐蝕、汽溫以及飛灰的變化等因素的制約。（2）、部分燃燒器退出運(yùn)行，停止最上層（或幾層）一次風(fēng)火嘴的燃料供應(yīng)，只送空氣，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單分級(jí)燃燒。（3）、濃淡煤粉燃燒技術(shù)。濃淡燃燒時(shí)近年來國(guó)內(nèi)外采用的一種降低鍋爐燃燒NOx排放的新技術(shù)。其原理是使部分燃燒器供應(yīng)較多的空氣（呈貧燃料區(qū)），即燃料過淡燃燒；部分燃燒器供應(yīng)較少的空氣（呈富燃料區(qū)），即燃料過濃燃燒。由于兩者都偏離理論空氣量，從而燃燒溫度降低，較好地抑制NOx的生成。4.2.2.2 水平空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)水平空氣分級(jí)燃燒的基本原理是將燃燒用的空氣分階段送入，首先將一定比例的空氣（其量小于理論空氣量）從燃燒器送入，使燃

18、料先在缺氧條件下燃燒，燃料燃燒速度和理論燃燒溫度降低，燃燒生成CO，燃料中氮分解成大量的HN、HCN、CN、NH3和NH2等，它們相互復(fù)合生成氮?dú)饣驅(qū)⒁呀?jīng)存在的NOx還原分解，從而抑制了燃料NOx的生成。4.2.2.3 垂直空氣分級(jí)低NOx燃燒技術(shù)燃料分級(jí)燃燒（也稱再燃法），在燃燒中已生成的NOx遇到烴根CHi和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H2、C和CnHm時(shí)，會(huì)發(fā)生NO的還原反應(yīng)。利用這一原理，將80%85%的燃料送入第一級(jí)燃燒區(qū)，在1的條件下燃料生成NOx。其余15%20%的燃料則在主燃燒器的上部送入二級(jí)燃燒區(qū)，在1的條件下形成很強(qiáng)的還原性氣氛，使得在一級(jí)燃燒區(qū)中生成的NOx在二級(jí)燃燒區(qū)（再燃區(qū)）

19、內(nèi)被還原成氮分子。再燃區(qū)中不僅能使已生成的NOx得到還原，同時(shí)還抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放濃度進(jìn)一步降低。在再燃區(qū)的上面還需布置“火上風(fēng)”噴口，形成第三級(jí)燃燒區(qū)（燃盡區(qū)），以保證再燃區(qū)中生成的未完全燃燒產(chǎn)物的燃盡。管低NOx燃燒技術(shù)具有系統(tǒng)簡(jiǎn)單、操作容易、投資少的優(yōu)點(diǎn)，但在一般情況下其最多只能降低NOx排放量的50%。4.2.3 煙氣脫硝技術(shù)4.2.3.1 選擇性催化還原技術(shù)SCRSCR脫硝技術(shù)是在含氧氣氛下及催化劑存在時(shí)，以氨、尿素或碳?xì)浠镒鳛檫€原劑，將煙氣中的NOx還原為N2和水；在反應(yīng)溫度為300450時(shí)，脫銷效率可達(dá)70%90%。SCR脫銷技術(shù)目前已成為世界上應(yīng)用最多

20、、最有成效的一種煙氣脫硝技術(shù)。中國(guó)首例SCR脫硝工程也于1999年投運(yùn)，近期中國(guó)多家燃煤電廠SCR工程也已進(jìn)入設(shè)計(jì)階段。SCR脫銷技術(shù)反應(yīng)溫度低，凈化率高，技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，二次污染小；但工藝設(shè)備投資大，所用催化劑昂貴。4.2.3.2 選擇性非催化還原技術(shù)SNCR選擇性非催化還原法工藝，也稱為熱力DeNOx工藝，最初由美國(guó)的Exxon公司發(fā)明并于1974年在日本成功投入工業(yè)應(yīng)用。該技術(shù)是把含有NHx基的還原劑（如氨、尿素等）噴入9001100的爐膛區(qū)域，還原劑迅速分解成NH3，并于煙氣中的NOx進(jìn)行SNCR反應(yīng)生成N2。該方法以爐膛為反應(yīng)器，通過對(duì)鍋爐進(jìn)行改造來實(shí)現(xiàn)。SNCR的脫硝效率約為3

21、0%70%，多用作低NOx燃燒技術(shù)的補(bǔ)充處理手段。SNCR技術(shù)目前的趨勢(shì)是利用尿素代替氨作為還原劑，但是尿素作為還原劑時(shí)，部分NOx會(huì)轉(zhuǎn)化為N2O。該技術(shù)不用催化劑，設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用較SCR少；NH3用量大，二次污染，難以保證反應(yīng)溫度和停留時(shí)間。5 低NOx燃燒器的設(shè)計(jì)5.1 3臺(tái)鍋爐低NOx燃燒技術(shù)改造項(xiàng)目燃煤特性評(píng)價(jià)根據(jù)宜昌化工設(shè)計(jì)煤種、校核煤種以及實(shí)際運(yùn)行煤質(zhì)的各項(xiàng)指標(biāo)可知，目前是煙煤和貧煤按1:1摻燒。5.2 鍋爐低氮改造改造技術(shù)方案本工程制粉系統(tǒng)采用中儲(chǔ)式乏氣送粉系統(tǒng)，鍋爐在B-MCR工況時(shí)，煤粉燃燒器采用四角燃燒方式，本工程燃用結(jié)合我公司鍋爐低NOx燃燒器的成功經(jīng)驗(yàn)，初步確定如下煤粉燃

22、燒器技術(shù)改造方案。表3 13#號(hào)鍋爐低NOx燃燒器改造方案爐膛區(qū)域燃燒設(shè)備作用主燃區(qū)第一層燃燒器不做改造第二層低NOx煤粉燃燒器結(jié)構(gòu)特性煤粉濃縮器使一次風(fēng)在水平方向上分成濃淡兩股氣流。穩(wěn)燃性能濃煤粉氣流在向火側(cè)，降低煤粉氣流的著火熱，增加火焰?zhèn)鞑ニ俣?，有利于著火和穩(wěn)燃。防結(jié)渣性能淡煤粉在背火側(cè)，可防止結(jié)渣和水冷壁高溫腐蝕。低NOx排放性能濃煤粉氣流，0.60.8 kg/kg，屬于富燃料燃燒，在揮發(fā)分析出和碳初始燃燒階段，缺氧燃燒，偏離化學(xué)當(dāng)量比，抑制NOx生成。淡煤粉氣流，0.1 kg/kg左右，屬于貧燃料燃燒，氧量大，燃燒溫度低，同時(shí)也偏離化學(xué)當(dāng)量比，抑制NOx生成。水平偏角輔助二次風(fēng)CFS

23、1、與一次風(fēng)水平偏轉(zhuǎn)一定的角度；7°、15°、22.5°。2、延遲了煤粉一次風(fēng)對(duì)空氣的卷吸，減少燃燒初期的供氧量。3、在揮發(fā)分析出和碳初始燃燒階段，降低了燃燒化學(xué)當(dāng)量比。降低了NOx排放量。4、改變了水冷壁的貼壁風(fēng)氣氛，減輕結(jié)渣和高溫腐蝕。還原區(qū)NOx被還原成N2，燃盡區(qū)可以水平、垂直調(diào)整的SOFA分離燃盡風(fēng)1、有效調(diào)整燃盡風(fēng)與高溫?zé)煔獾幕旌线^程。2、降低Cfh、降低CO排放量。3、降低爐膛出口煙氣偏差。圖4 改造后煤粉燃燒器示意圖1） 第一層換燃燒器噴口。2） 第二層一次風(fēng)煤粉燃燒器采用先進(jìn)的垂直濃淡分離+側(cè)邊穩(wěn)燃風(fēng)燃燒技術(shù)，并采用噴口強(qiáng)化燃燒措施，有效的降低N

24、Ox排放量，保證高效燃燒，降低飛灰可燃物含量，3） 高濃縮效率、低阻力新型煤粉燃燒器，確保煤粉及時(shí)著火，加強(qiáng)燃盡效果；4） 采用延遲混合型一、二次風(fēng)的偏置二次風(fēng)設(shè)計(jì)，確保NOx大幅度減排；5） 水平濃淡煤粉燃燒器采用耐磨陶瓷組合結(jié)構(gòu)，最大限度地延長(zhǎng)燃燒器使用壽命。6） 減少主燃燒器區(qū)域的二次風(fēng)噴口面積，減少部分噴口面積布置設(shè)計(jì)（在主燃燒器上方4000mm左右）SOFA燃盡風(fēng)，采用分級(jí)送入的高位分離燃盡風(fēng)系統(tǒng)，燃盡風(fēng)噴口能夠垂直和水平方向雙向擺動(dòng)，有效控制汽溫及其偏差。改造后煤粉燃燒器示意圖見圖4。圖5 改造后二層一次風(fēng)煤粉燃燒器參考示意圖（上濃下淡）5.4 技術(shù)原理5.4.1 垂直濃淡穩(wěn)燃技術(shù)

25、原理濃淡煤粉燃燒技術(shù)原理是：當(dāng)濃度約為0.40.5 kg/kgair為一次風(fēng)煤粉氣流通過方圓節(jié)進(jìn)入濃淡煤粉分離器時(shí)，在濃淡煤粉分離器的作用下，一次風(fēng)煤粉氣流分成濃淡兩股煤粉氣流，其中一股為高濃度煤粉氣流，濃煤粉氣流的煤粉濃度可以達(dá)到0.60.8 kg/kgair，煤粉濃度提高后，其著火溫度降低，把煤粉和空氣混合物加熱到著火時(shí)間縮短；同時(shí)，煤粉所需的著火熱減少；火焰?zhèn)鞑ニ俣纫蔡岣吡恕Ｒ淮物L(fēng)的著火、燃燒穩(wěn)定性增強(qiáng)。另一股的煤粉濃度很低，淡煤粉氣流的煤粉濃度可以達(dá)到0.30.1 kg/kgair，以空氣為主，從而在爐膛水冷壁附近形成氧化性氣氛和較低的溫度環(huán)境，提高了灰的熔化溫度，可以防止結(jié)渣。形成濃

26、淡煤粉燃燒的關(guān)鍵設(shè)備是：濃淡煤粉分離器。煤粉濃縮器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：兩級(jí)分離，最大濃縮比為4，噴口的濃側(cè)截面積與淡側(cè)截面積相同，濃淡風(fēng)之比為1.2（噴口的濃側(cè)風(fēng)量與淡側(cè)風(fēng)量之比），濃煤粉氣流濃度為0.85kg(煤粉)/kg(空氣)，空截面風(fēng)速為20.5m/s,阻力損失為250Pa。5.4.2 水平濃淡煤粉燃燒器的熱回流著火穩(wěn)燃原理：在噴口處布置水平V形擴(kuò)錐鈍體，在V形擴(kuò)錐鈍體出口外緣有翻邊。一次風(fēng)煤粉氣流混合物繞流V形擴(kuò)錐鈍體后，由于一次風(fēng)的卷吸作用，在V形擴(kuò)錐鈍體后方造成一定的負(fù)壓梯度，使高溫?zé)煔夥聪蛄骰貒娮旄?，從而在一次風(fēng)內(nèi)形成一個(gè)高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)，見圖7。一次風(fēng)煤粉氣流在出口處受到回流區(qū)內(nèi)

27、回流煙氣的加熱，使煤粉氣流迅速達(dá)到著火溫度。圖7 V形擴(kuò)錐鈍體燃燒器出口區(qū)域回流區(qū)示意圖圖8 實(shí)測(cè)V形擴(kuò)錐鈍體燃燒器出口速度分布試驗(yàn)表明：V形擴(kuò)錐鈍體出口處的翻邊增大了回流區(qū)的尺寸和回流煙氣量，增強(qiáng)燃燒器的穩(wěn)燃性能。由于V形擴(kuò)錐鈍體是波浪形，在波浪形的凸處和凹處，氣流速度分布呈明顯交錯(cuò)，見圖10、圖11。這種速度交錯(cuò)增大了煤粉氣流和回流煙氣的接觸面積。與無翻邊的為直線形擴(kuò)錐相比，波形擴(kuò)錐后方回流區(qū)邊界的紊流交換系數(shù)提高了80%100%，這種強(qiáng)烈的紊流交換，強(qiáng)化了一次風(fēng)與回流區(qū)的熱量和質(zhì)量交換，對(duì)著火極為有利。試驗(yàn)得出，回流區(qū)長(zhǎng)度L、最大寬度B與擴(kuò)錐厚度D之比分別為：L/D=2.1、B/D=1.

28、1，回流區(qū)回流量Q回與一次風(fēng)量Q1之比為Q回/ Q1=10%。擴(kuò)錐的阻塞率較小，約為30%，且由于錐體橫向布置，氣流剛性強(qiáng)，不易偏轉(zhuǎn)貼墻，可避免結(jié)渣。5.4.3 濃淡煤粉燃燒器防止結(jié)渣和高溫腐蝕原理一次風(fēng)噴口出口四周設(shè)計(jì)有偏置型周界風(fēng)噴口，對(duì)運(yùn)行或停運(yùn)的一次風(fēng)噴口起到冷卻保護(hù)作用，一次風(fēng)在向火側(cè)和上下兩側(cè)設(shè)有小扳邊，推遲周界風(fēng)與一次風(fēng)的混合，在一次風(fēng)噴口背火側(cè)設(shè)計(jì)較大出口動(dòng)量的側(cè)二次風(fēng)，對(duì)爐膛水冷壁面起到防止結(jié)渣、防止高溫腐蝕的保護(hù)作用。5.4.4 濃淡煤粉燃燒器降低NOx排放原理濃淡煤粉燃燒器降低NOx排放源理是：在一次風(fēng)管道內(nèi)采用經(jīng)過詳細(xì)研究和優(yōu)化的百葉窗式煤粉濃縮器，使煤粉氣流在流經(jīng)百葉

29、窗是產(chǎn)生不同程度偏轉(zhuǎn)，煤粉與氣流慣性分離，經(jīng)分流隔板后分別形成兩股濃、淡煤粉氣流，同時(shí)在淡煤粉外背火側(cè)布置有剛性強(qiáng)的偏置周界風(fēng)噴口。淡煤粉氣流在水冷壁附近形成了比普通燃燒器強(qiáng)得多的氧化性氣氛。偏置周界風(fēng)在背火側(cè)的投入將進(jìn)一步強(qiáng)化淡煤粉形成的氧化性氣氛，保證在深度爐內(nèi)分級(jí)燃燒方式下，水冷壁附近的低煤粉顆粒濃度和氧化性氣氛的運(yùn)行環(huán)境。這種布置方式不僅起到了穩(wěn)燃和降低NOx生成的作用，同時(shí)還避免了形成還原性氣氛，防止了水冷壁高溫腐蝕現(xiàn)象發(fā)生。濃煤粉布置爐內(nèi)煙氣溫度高的向火側(cè)，濃煤粉具有著火溫度低、火焰溫度高的特點(diǎn)，保證了煤粉火焰的良好穩(wěn)定性。圖9 濃淡煤粉燃燒器的NOx生成特性曲線由于濃淡煤粉氣流分

30、別在遠(yuǎn)離煤粉燃燒化學(xué)當(dāng)量比條件下燃燒，對(duì)于濃側(cè)煤粉氣流由于處于還原性氣氛下燃燒，氣流中氧含量小，煤粉揮發(fā)物中的含氮基團(tuán)可將NO還原為N2，使NO產(chǎn)生量降低；對(duì)于淡側(cè)煤粉氣流，由于煤粉濃度較小，含氮基團(tuán)析出量小，這樣與氧反應(yīng)生成NO的量較小，綜合總體效應(yīng)的結(jié)果，使?jié)獾蛛x后一次風(fēng)產(chǎn)生NO排放量比普通型直流燃燒器少得多。采用濃淡煤粉燃燒器后，可以有效改善著火階段煤粉氣流的供風(fēng)，使煤粉在偏離化學(xué)當(dāng)量比環(huán)境中著火，這樣降低了NOx生成量，可以大幅度降低NOx排放水平。5.4.5 偏置二次風(fēng)降低NOx排放原理偏置二次風(fēng)示意圖見圖12。圖12 偏置二次風(fēng)的流向示意圖于采用切向燃燒技術(shù)的燃煤鍋爐，偏置二次風(fēng)

31、由于從角部進(jìn)入爐膛的一次風(fēng)煤粉氣流和偏置二次風(fēng)這兩股平行氣流之間的混合率相對(duì)較低，部分輔助空氣射出方向偏離燃料氣流，進(jìn)一步延遲了一次風(fēng)煤粉氣流對(duì)該空氣流的卷吸，在著火初期和部分揮發(fā)分的析出階段只在缺氧的始燃區(qū)內(nèi)發(fā)生，因而在揮發(fā)分析出和碳初始燃燒階段降低了燃燒的化學(xué)當(dāng)量比，水平偏角輔助二次風(fēng)具有NOx排放量相對(duì)較低的特點(diǎn)。另外，偏置二次風(fēng)改善水冷壁區(qū)域的氧化性氣氛，形成中間富燃料、水冷壁四周富氧的風(fēng)包粉結(jié)構(gòu)，減少煤粉燃燒器區(qū)域的結(jié)渣和高溫腐蝕。5.4.6 空氣分級(jí)燃燒（SOFA燃盡風(fēng)）降低NOx排放原理空氣分級(jí)燃燒是目前使用最為普遍的低NOx燃燒技術(shù)之一?？諝夥旨?jí)燃燒的基本原理為：將燃燒所需的空

32、氣量分成兩級(jí)送入爐膛，使主燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)在0.8 0.85，燃料先在富燃料條件下燃燒，使得燃燒速度和溫度降低，延遲了燃燒過程，在還原性氣氛中大量含氮基團(tuán)與NOx反應(yīng)，提高了NOx向N2的轉(zhuǎn)化率，降低了NOx在這一區(qū)域的生成量。圖13 空氣分級(jí)燃燒原理示意圖將燃燒所需其余空氣通過布置在主燃燒器上方的燃盡風(fēng)噴口（SOFA）送入爐膛，在供入燃盡風(fēng)以后，成為富氧燃燒區(qū)。此時(shí)空氣量雖多，但因火焰溫度低，且煤中析出的大部分含氮基團(tuán)在主燃區(qū)已反應(yīng)完成，最終NOx生成量不大，同時(shí)空氣的供入使煤粉顆粒中剩余焦炭充分燃盡，保證煤粉的高燃燒效率，最終爐內(nèi)垂直空氣分級(jí)燃燒可使NOx生成量降低3040%。在采用深

33、度空氣分級(jí)燃燒時(shí)，由于在主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)比1小很多，燃燒是在比理論空氣量低很多的情況下進(jìn)行的，雖然有利于抑制NOx的生成，但產(chǎn)生大量不完全燃燒產(chǎn)物，導(dǎo)致燃燒效率降低并容易引起結(jié)渣和受熱面腐蝕。因此，必須正確組織合理的空氣分級(jí)燃燒，在保證降低NOx排放同時(shí)充分考慮鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性。5.4.7 靈活地調(diào)整汽溫和保證安全受熱面壁溫由于濃淡燃燒器具有一次風(fēng)著火點(diǎn)、火焰穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，將使?fàn)t膛火焰中心有所下降，部分抵消由于燃盡風(fēng)噴口在水冷壁上開口引起的爐膛輻射受熱面積的減少，使?fàn)t膛出口煙溫變化不大，有效避免了爐膛出口屏區(qū)的結(jié)渣和煙溫偏差。在主燃燒器區(qū)上部的將采用高位燃盡風(fēng)噴口，其噴口可以水平和垂直方向擺動(dòng)一定角度，使燃盡風(fēng)出口氣流在爐內(nèi)形成與主燃燒器出口氣流呈一定的反切角度，反切氣流與主氣流流動(dòng)方向相反動(dòng)量相互抵消，起到有效削旋氣流的作用，減少爐膛出口的氣流殘余旋轉(zhuǎn)，減少爐膛左右側(cè)出口煙溫偏差。燃盡風(fēng)噴口可以在一定角度內(nèi)垂直方向擺動(dòng)，在避免出口煙溫偏差的同時(shí)還可以適當(dāng)調(diào)整爐內(nèi)火焰中心高度，對(duì)過熱器和再熱器出口蒸汽溫度的調(diào)節(jié)起到很大作用，使減溫水投入量處于合理范圍內(nèi)。爐膛上部削旋氣流的存在將有效均勻爐膛出口煙氣流量和煙氣溫度水平，保證過熱器和再熱器的管壁溫度處于安全范圍內(nèi)。5.4.8 燃盡風(fēng)風(fēng)量測(cè)量系統(tǒng)的說明燃盡風(fēng)在線檢測(cè)裝