清華大學(xué)鍋爐燃燒技術(shù)介紹

1、清華大學(xué)鍋爐燃燒技術(shù)介紹清華大學(xué)熱能工程研究所，以及以本研究所為依托建立的“煤的清潔燃燒技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“煤的清潔燃燒技術(shù)國(guó)家工程研究中心”，幾十年來(lái)一直從事煤的清潔、高效燃燒技術(shù)的研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)以及新技術(shù)的推廣應(yīng)用工作，積累有豐富的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。我所對(duì)煤粉燃燒器的科研與應(yīng)用工作開(kāi)始于80年代初，是國(guó)內(nèi)最早開(kāi)展此項(xiàng)工作、成果最豐富、研究力量最強(qiáng)的單位，因此國(guó)家決定將“煤的清潔燃燒技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”和“煤的清潔燃燒技術(shù)國(guó)家工程研究中心”兩個(gè)國(guó)家級(jí)的機(jī)構(gòu)設(shè)在我所。學(xué)術(shù)帶頭人徐旭常院士提出的煤粉燃燒“三高區(qū)”原理，在國(guó)內(nèi)外享有非常高的評(píng)價(jià)，他十幾年前發(fā)明的船體燃燒器性能優(yōu)越，獲得廣泛應(yīng)

2、用，在國(guó)內(nèi)相關(guān)行業(yè)內(nèi)幾乎無(wú)人不知。一、低NOx煤粉燃燒器的設(shè)計(jì)原理按照NOx產(chǎn)生的機(jī)理，燃煤鍋爐排放的NOx主要來(lái)自于三個(gè)方面，分別稱之為燃料型NOx、熱力型NOx和即時(shí)型NOx。對(duì)于某一特定的燃煤鍋爐，NOx的實(shí)際排放量與煤種、煤的燃燒方式和煤燃燒過(guò)程的具體技術(shù)參數(shù)密切相關(guān)，以下簡(jiǎn)單介紹固態(tài)排渣煤粉鍋爐低NOx煤粉燃燒器(以旋流為主)的設(shè)計(jì)原理。 固態(tài)排渣煤粉鍋爐排放的NOx主要來(lái)源是燃料型NOx，其數(shù)量通常占鍋爐NOx排放總量的90%以上。熱力型NOx是燃料中的氮在高溫下與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的產(chǎn)物，對(duì)于一定煤種，其生成量主要取決于煤粉燃燒時(shí)的溫度和氧量，溫度和氧量越高NOx的生成量也就越

3、大。對(duì)于此類(lèi)鍋爐，若能夠設(shè)法破壞NOx的生成條件，或者設(shè)法將已經(jīng)生成的NOx“破壞”掉，就可以達(dá)到降低NOx的目的，這就是低NOx燃燒器的設(shè)計(jì)思想。對(duì)于固態(tài)排渣煤粉鍋爐低NOx燃燒器，國(guó)內(nèi)外已有十多年的研究和應(yīng)用歷史，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)已基本成熟，目前正在實(shí)際應(yīng)用中不斷完善。具體實(shí)用技術(shù)包括空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃料分級(jí)燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)等。（一）、早期低NOx燃燒器技術(shù)特征：l 直流、旋流相結(jié)合：直流一次風(fēng)。l 空氣分級(jí)燃燒，兩級(jí)旋流二次風(fēng)。l 低溫、低氧。飛灰含碳量增加。1、 德國(guó)斯坦謬?yán)眨⊿teinmuller）公司SM型低NOx燃燒器 特點(diǎn)：一次風(fēng)為直流，一級(jí)二次風(fēng)為旋流（軸向葉片

4、），二者風(fēng)量為燃燒總風(fēng)量的80%。二級(jí)二次風(fēng)（類(lèi)似于火上風(fēng)）為直流。對(duì)于150750 MWe機(jī)組實(shí)際NOx排放濃度為400650 mg/Nm3。2、美國(guó)巴威公司低NOx燃燒器特點(diǎn)：一次風(fēng)為直流（風(fēng)量1520 %），內(nèi)二次風(fēng)（風(fēng)量3545 %）和外二次風(fēng)（風(fēng)量5565 %）均為旋流，兩股二次風(fēng)可調(diào)。實(shí)際NOx排放可降低39%，若要進(jìn)一步降低，可與爐膛分級(jí)燃燒技術(shù)同時(shí)使用；距噴口1.2米處火焰溫度降低200 。（二）、中期低NOx燃燒器技術(shù)特征：采用煤粉濃淡技術(shù)。1、徑向濃淡低NOx燃燒器特點(diǎn)：一次風(fēng)直流進(jìn)風(fēng)，設(shè)置濃淡分離裝置（百葉窗）使得一次風(fēng)內(nèi)濃外淡。（三）、新型低NOx燃燒器之一技術(shù)特征：濃

5、淡技術(shù)與回流技術(shù)相結(jié)合，協(xié)調(diào)降低NOx和煤粉燃燼的矛盾：高溫、低氧，快速?gòu)浬?；設(shè)有火焰穩(wěn)定環(huán) 。1、巴布科克-日立公司HT-NR型低NOx燃燒器 特點(diǎn)：改進(jìn)型（為降低NOx和飛灰含碳量）。一次風(fēng)為直流進(jìn)風(fēng)，內(nèi)設(shè)旋轉(zhuǎn)葉片。噴口處有陶瓷火焰穩(wěn)定環(huán)。二次風(fēng)特點(diǎn)同上。2、巴布科克-威爾科克斯公司XCL型低NOx燃燒器清華90年專(zhuān)利特點(diǎn)：對(duì)B和C的改進(jìn)（適應(yīng)改造項(xiàng)目，簡(jiǎn)化風(fēng)箱）。一次風(fēng)為直流進(jìn)風(fēng)，內(nèi)設(shè)錐形擴(kuò)壓器。噴口處有火焰穩(wěn)定環(huán)。二次風(fēng)特點(diǎn)同上。3、德國(guó)巴威公司DS型低NOx燃燒器 特點(diǎn)：雙調(diào)風(fēng)空氣分級(jí)。一次風(fēng)為旋流（旋流葉片），有火焰穩(wěn)定環(huán)。內(nèi)、外二次風(fēng)由渦殼進(jìn)入，內(nèi)設(shè)固定和可調(diào)的旋流葉片。4、荷蘭

6、斯托克公司HTNR型低NOx燃燒器5、芬蘭Fortum公司RI-JET型低NOx燃燒器（四）、新型低NOx燃燒器之二 技術(shù)特征：可調(diào)觀念的引入，不僅二次風(fēng)可調(diào)，一次風(fēng)也要可調(diào)（可調(diào)濃淡）。1、美國(guó)Foster Wheeler公司CF/SF低NOx燃燒器 特點(diǎn)：可控氣流，火焰分離?？烧{(diào)內(nèi)套筒，調(diào)速及旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，一次風(fēng)分為四股。實(shí)際NOx排放可降低50%以上。2、美國(guó)Riley Stoker公司CCV型低NOx燃燒器 特點(diǎn)：可控燃燒文丘里燃燒器。雙調(diào)二次風(fēng)。實(shí)際NOx排放可降低50%以上。3、浙江大學(xué)低NOx燃燒器（五）、先進(jìn)技術(shù)的特征近年來(lái)國(guó)內(nèi)外低NOx燃燒器技術(shù)的最新進(jìn)展，主要著眼于在進(jìn)一步降低

7、NOx排放量的同時(shí)，協(xié)調(diào)解決以下問(wèn)題：第一，解決分級(jí)欠氧燃燒帶來(lái)的煤粉燃燼問(wèn)題，降低飛灰含碳量；第二，增強(qiáng)燃燒器對(duì)煤質(zhì)和負(fù)荷大幅度變化的適應(yīng)性，使其即能夠在低負(fù)荷時(shí)保證劣質(zhì)煤燃燒穩(wěn)定，又能夠在高負(fù)荷、燃用優(yōu)質(zhì)煤時(shí)保證燃燒器不被燒壞。l 可調(diào)濃淡：運(yùn)行調(diào)整手段，可使運(yùn)行最佳化，適應(yīng)負(fù)荷變化，不燒壞噴咀。l 濃淡技術(shù)與回流技術(shù)相結(jié)合，協(xié)調(diào)降低NOx和煤粉燃燼的矛盾：高溫、低氧，快速?gòu)浬ⅰＴO(shè)有火焰穩(wěn)定環(huán) 。l 直流外二次風(fēng)：二次風(fēng)分級(jí)，內(nèi)二次風(fēng)旋流，外二次風(fēng)直流。直流二次風(fēng)穿透能力強(qiáng)，及時(shí)為碳粒燃燼提供氧氣，有利于降低飛灰含碳量，也有利于防止高溫腐蝕的發(fā)生。l 解決磨損問(wèn)題：改進(jìn)結(jié)構(gòu)，新材料。l 1

8、988年，四川白馬電廠#5爐（130 t/h）采用船體燃燒器進(jìn)行改造后，NOx排放量降低50%。l 1994年，廣西合山電廠#6爐（410 t/h）采用船體燃燒器進(jìn)行改造后，NOx排放量降低56%。l 1992年，北京一熱一臺(tái)原蘇聯(lián)產(chǎn)410 t/h鍋爐采用船體燃燒器進(jìn)行改造。1999年年初，在北京環(huán)境保護(hù)局主持下對(duì)該爐進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，在改造完成7年之后該爐NOx排放仍比同類(lèi)未改造鍋爐降低34.5%。據(jù)此，北京環(huán)保局于1999年5月重新頒布了相關(guān)法規(guī)，北京市政府也決定將低NOx燃燒器的推廣應(yīng)用列為北京市治理大氣污染第二階段28項(xiàng)措施之一，全市煤粉鍋爐在兩年內(nèi)全部完成燃燒器的改造。l 19971999年，我所研制出性能更為優(yōu)越的多級(jí)濃