330MW亞臨界機組鍋爐低氮燃燒改造方案

1、精品word.僅供參考330MW亞臨界機組鍋爐低氮燃燒改造方案（優(yōu)選.)rdXXXXXX發(fā)電有限公司1330MW亞臨界機組鍋爐低氮燃燒改造初步方案北京巴布科克威爾科克斯有限公司BABCOCK&WILCOXBEIJINGCO.LTD.2013年4月目錄一、前言2二、鍋爐概況21.鍋爐容量及主要參數(shù)21/13doc格式可編輯精品word.僅供參考2.設(shè)計依據(jù)33.鍋爐運行條件4三、鍋爐現(xiàn)狀及原因分析5四、低氮燃燒改造初步方案9五、低氮燃燒改造后的預(yù)期效果13六、后記13一、前言XXXXXX發(fā)電有限公司1330MW亞臨界機組鍋爐自投運以來，滿負荷時NOx排放值高達350550mg/Nm3，負荷降至1

2、80MW時，NOx升高至800mg/Nm3（折算到6%氧量）。由于國家對環(huán)保要求越來越嚴，國家最新環(huán)保標(biāo)準火電廠大氣污染物排放標(biāo)準GB13223-2011已經(jīng)頒布，按新標(biāo)準要求，火電機組的NOx排放濃度不超過100mg/Nm3（折算到O2=6%）。自2012年1月1日起，新建火力發(fā)電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標(biāo)準執(zhí)行；自2014年7月1日起，現(xiàn)有火力發(fā)電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標(biāo)準執(zhí)行。如果執(zhí)行最新國家環(huán)保標(biāo)準，就需要對鍋爐進行相應(yīng)的改造，以滿足鍋爐出口的NOx排放值達到不超過100mg/Nm3（折算到O2=6%）的要求。對于NOx排放值超過600mg/Nm3以上的機組，多采用“低氮燃燒

3、改造+SCR”相結(jié)合的方法。受電廠的委托，我公司針對低氮燃燒方面提出相應(yīng)的降低NOx改造初步方案。二、鍋爐概況XXXXXX發(fā)電有限公司1330MW亞臨界機組鍋爐采用北京巴威公司B&WB-1196/17.5-M型鍋爐，本鍋爐是按引進的美國B&W公司RBC鍋爐技術(shù)設(shè)計制造并符合ASME標(biāo)準技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品，該型鍋爐為亞臨界參數(shù)、一次中間再熱，固態(tài)排渣，單爐膛平衡通風(fēng)，半露天，全懸吊結(jié)構(gòu)，自然循環(huán)單鍋筒鍋爐。鍋爐設(shè)計燃料為褐煤，采用中速磨冷一次風(fēng)正壓直吹式制粉系統(tǒng)，每臺鍋爐配有六臺MPS-HP-190型磨煤機，正常運行時投運五臺磨煤機，一臺作為備用，五臺磨煤機可滿足鍋爐最大出力。一臺磨煤機向同墻同層的

4、4只燃燒器供粉，燃燒器分三層對稱布置在鍋爐的前后墻，前、后墻每層各4只燃燒器，共24只燃燒器，前后墻為對沖燃燒方式，并配置B&W標(biāo)準的雙調(diào)風(fēng)EI-XCL型旋流煤粉燃燒器。本鍋爐采用鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)，在尾部豎井下設(shè)置兩臺三分倉容克式空氣預(yù)熱器。1.鍋爐容量及主要參數(shù)鍋爐容量及主要參數(shù)見表1。2/13doc格式可編輯47.28實際煤種28.97.88符號MtMadAarVdafCar單位%褐煤設(shè)計煤種29.6514.4723.4948.3733.57精品word.僅供參考表1鍋爐容量及主要參數(shù)名稱過熱蒸汽流量過熱器出口蒸汽壓力過熱器出口蒸汽溫度再熱蒸汽流量再熱器進口蒸汽壓力再熱器出口蒸汽壓力再熱器進口蒸

5、汽溫度再熱器出口蒸汽溫度省煤器進口給水溫度2.設(shè)計依據(jù)鍋爐燃用褐煤，煤質(zhì)情況見表2：單位t/hMPa(g)oCt/hMPa(g)MPa(g)oCoCoCBMCR119617.505419994.2014.011341541280表2煤質(zhì)情況煤質(zhì)名稱檢測項目全水分空氣干燥基水分收到基灰分干燥無灰基揮發(fā)分收到基碳3/13doc格式可編輯THA105617.305418903.7393.570329541272精品word.僅供參考煤質(zhì)名稱檢測項目收到基氫收到基氮收到基氧全硫收到基低位發(fā)熱量哈氏可磨指數(shù)煤灰變形溫度煤灰軟化溫度煤灰流動溫度煤灰中二氧化硅煤灰中三氧化二鋁煤灰中三氧化二鐵煤灰中氧化鈣煤灰

6、中氧化鎂煤灰中氧化鈉+氧化鉀煤灰中二氧化鈦煤灰中三氧化硫其它符號HarNarOarSt,arQnet,arHGIDTSTFTSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O+K2OTiO2SO3單位%MJ/kg/103103103褐煤設(shè)計煤種2.220.5710.170.3312.053601.151.301.4563.8915.3113.103.000.405.400.002.100.00實際煤種11.1583.鍋爐運行條件鍋爐運行方式：機組采用定壓運行，也可采用定-滑-定方式運行。鍋爐帶基本負荷，并可調(diào)峰。制粉系統(tǒng)：采用中速磨正壓直吹冷一次風(fēng)制粉系統(tǒng)，每爐配6臺磨煤機（5臺運行，1臺備用）

7、，煤粉細度R90=35%。4/13doc格式可編輯精品word.僅供參考三、鍋爐現(xiàn)狀及原因分析1.NOx的形成機理NOx有三種生成機理：第一種為熱力型，系由空氣中的氮與氧在較高溫度下反應(yīng)生成，該反應(yīng)一般在1500以上進行，關(guān)；第二種為燃料不大，生成溫度低合過程也對其有顯烴基化合物在欠氧為NO，其轉(zhuǎn)化率與料型NOx比例較其生成量與溫度、在高溫區(qū)停留時間以及氧的分壓有型，為煤中的有機氮氧化生成，其生成量與溫度關(guān)系于熱力型，但與氧濃度關(guān)系較密切，煤粉與空氣的混著影響；第三種為瞬發(fā)型（或稱快速型），系由燃料中火焰中與氣體中氧反應(yīng)生成氰化物，其中一部分轉(zhuǎn)化化學(xué)當(dāng)量及溫度有關(guān)。煤粉燃燒所生成的NOx中，燃

8、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只占很小比例。右圖為煤粉鍋爐中三種類型的NOx生成量與爐溫的關(guān)系及各自生成的范圍。2.影響NOx產(chǎn)物生成的主要因素從NOx的形成機理可以看出，煤粉在燃燒過程中產(chǎn)生的NOx主要是燃料型NOx，其次是熱力型NOx，瞬發(fā)型（或稱快速型）NOx所占比例較小不超過5%，在設(shè)計中一般不予考慮。影響NOx產(chǎn)物生成的主要因素是：燃燒區(qū)域溫度、提供的氧量大小、反應(yīng)時間及燃料中的氮含量。任一因素的增長將直接導(dǎo)致氮氧化物生成的增加。3.原鍋爐的主要熱工參數(shù)爐膛尺寸：寬x深x高=15600 x13500 x60000mm。6臺中速磨煤機，對應(yīng)6

9、層燃燒器，前墻3層、后墻3層，每層布置4只EI-XCL型旋流燃燒器，每臺鍋爐共24只燃燒器，為了保證低負荷穩(wěn)燃能力，燃燒器采用了相對較集中的布置。鍋爐目前的總體布置圖見圖1、圖2。5/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖1鍋爐總體布置圖(縱向剖視)6/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖2鍋爐總體布置圖(前視圖)本工程的EI-XCL燃燒器（見圖3）是一種適用于煙煤、褐煤的低NOx雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器，這種燃燒器不但具有較好的燃燒效果，而且本身也是一種低NOx燃燒器，降低NOx的原理見圖4，燃燒過程分為4個區(qū)：A區(qū)為富燃料揮發(fā)分析出區(qū)；B區(qū)為還原性物質(zhì)生成區(qū)；C區(qū)為NOx分解區(qū)；D區(qū)

10、為焦炭的燃盡區(qū)。煤粉的主要燃燒過程為：一次風(fēng)風(fēng)粉混合物進入爐膛后，在回流高溫?zé)煔獾募訜嵯?，使揮發(fā)分快速析出，有利于煤粉著火；一次風(fēng)中的煤粉著火后，首先與數(shù)量較少的內(nèi)二次風(fēng)混合實現(xiàn)低氧濃度的富燃料燃燒，由于處于缺氧燃燒狀態(tài)，一方面能抑制NOx的生產(chǎn)，另一方面燃燒后會生產(chǎn)大量的還原性物質(zhì)，而大量的還原性物質(zhì)能將燃燒過程中生成的NOx分解還原成氮氣（N2），隨著燃燒過程的推進，煤粉再與數(shù)量和剛性相對較大的外二次風(fēng)混合進一步燃盡，煤粉燃燒的整個過程中，控制了二次風(fēng)引入的時機和數(shù)量，燃燒區(qū)域內(nèi)的溫度水平整體降低，因而這種燃燒器既有利于降低燃料型NOx的生成，也有利于降低熱力型NOx的生成。燃燒器設(shè)計數(shù)據(jù)

11、見表3.表3燃燒器設(shè)計數(shù)據(jù)（按設(shè)計煤種項目一次風(fēng)溫THA-100%鍋爐負荷）單位7/13doc格式可編輯數(shù)值60精品word.僅供參考二次風(fēng)溫366磨煤機入口風(fēng)溫一次風(fēng)速二次風(fēng)速（內(nèi)環(huán)）二次風(fēng)速（外環(huán)）一次風(fēng)率煤粉細度R90磨煤機運行臺數(shù)m/sm/sm/s%32816.518.531.535.9355圖3EI-XCL型旋流燃燒器圖4旋流燃燒器原理圖4.鍋爐NOx排放值高的原因從NOx生成機理來看，燃燒器區(qū)域熱負荷是影響NOx排放水平的一個重要參數(shù)，燃燒器區(qū)域溫度的高8/13doc格式可編輯精品word.僅供參考低取決于燃燒器區(qū)域熱負荷的大小。本工程原設(shè)計燃燒系統(tǒng)因為未設(shè)置OFA（NOx噴口），

12、導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)沒有形成良好的分級送風(fēng)效果，雖然本工程所用燃燒器為低氮燃燒器，但是隨著國家環(huán)保要求越來越嚴格，現(xiàn)在仍然達不到國家最新環(huán)保標(biāo)準。四、低氮燃燒改造初步方案根據(jù)前面第三節(jié)“鍋爐現(xiàn)狀及原因分析”，要降低鍋爐的NOx排放值，必須從降低燃燒區(qū)域溫度水平、控制主燃燒區(qū)的氧量大小、控制煤粉燃燒時與空氣混合的程度和反應(yīng)時間等方面著手來確定改造方案，同時兼顧鍋爐總體性能。1.增設(shè)NOx噴口為了最大限度的降低NOx，需在燃燒系統(tǒng)中設(shè)計OFA噴口（NOx噴口），NOx噴口與上排燃燒器中心留的距離根據(jù)煤的反應(yīng)特性確定。增設(shè)NOx噴口與燃燒器空氣分級一樣，分級風(fēng)口的設(shè)置，利用燃燒空氣在空間大分級燃燒的原理，降

13、低了主燃燒區(qū)域的氧濃度，將主燃燒區(qū)域的空氣量控制在理論空氣量以下，一方面，有效地控制了主燃燒區(qū)域的溫度，從而降低了熱力型氣氛中，因而大大降低了燃料型成N2。NOx的生成量，另一方面，由于主燃燒區(qū)域處于理論空氣量以下的還原性NOx的生成，同時，缺氧燃燒生成的還原性物質(zhì)有利于將已生成NOx還原NOx噴口布置于燃燒器上方，供風(fēng)形式與燃燒器的二次風(fēng)基本相同，從二次風(fēng)總風(fēng)道引入，風(fēng)箱兩側(cè)分風(fēng)道上安裝相應(yīng)的調(diào)節(jié)擋板及風(fēng)量測量裝置，可以根據(jù)負荷的變化調(diào)節(jié)供風(fēng)量。單只NOx噴口具有獨立的供、配風(fēng)及風(fēng)量測量系統(tǒng)，通過調(diào)風(fēng)盤來調(diào)節(jié)各個噴口之間的風(fēng)量平衡。NOx噴口設(shè)中心風(fēng)和外環(huán)風(fēng)兩個風(fēng)區(qū)，中心風(fēng)為直流以保持進風(fēng)的

14、剛度，能確保后期送入的風(fēng)有足夠的穿透力，將風(fēng)送入爐膛中心；外環(huán)裝有旋流葉片，產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)氣流幫助空氣與煙氣充分混合，既為煤粉的后期燃燒提供了必需的氧量，又能確保后期送入的風(fēng)沿爐膛寬帶方向和近壁處均勻分布。因此，B&W公司的這種雙風(fēng)區(qū)NOx噴口后，既能保證粗顆粒的煤粉在后期通過補風(fēng)燃盡，也能確保前期生成的還原性氣體在后期通過補風(fēng)及時氧化燃燒，保證煙氣中的CO處于很低甚至可忽略的水平。美國B&W公司研制的雙風(fēng)區(qū)NOx噴口（見圖5、圖6）。9/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖5雙風(fēng)區(qū)NOx噴口圖6雙風(fēng)區(qū)NOx噴口（剖視圖）本工程NOx噴口布置在距離上層燃燒器約5000mm高度，方案布置見圖

15、7。10/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖7燃燒系統(tǒng)布置圖2.更換原有燃燒器分級送風(fēng)是降低NOx排放量的基礎(chǔ)，而燃燒器是降低NOx排放量的關(guān)鍵。好的燃燒器不但能保證較高的燃燒效率、良好的低負荷穩(wěn)燃能力，而且通過燃燒器合理的分級送風(fēng)來控制煤粉與空氣的混合程度，達到控制燃燒強度和反應(yīng)時間的效果，從而能降低煤粉燃燒溫度的峰值，因此，性能優(yōu)良的燃燒器既能降低燃料型NOx，也能降低熱力型NOx的生成。從上述表3中看到一次風(fēng)率設(shè)計值為35.9%，實際運行中由于煤種的偏差，一次風(fēng)率值可能會更高，一次風(fēng)率越大，對應(yīng)的二次風(fēng)率就越小，用于組織燃燒的二次風(fēng)就會減少，如果再采用了分級送風(fēng)的方式后，用于組

16、織燃燒的二次風(fēng)就更少了。對于旋流燃燒器而言，是通過二次風(fēng)產(chǎn)生的旋流來卷吸高溫?zé)煔猓瑥亩峁┟悍壑?、穩(wěn)燃的熱量，因而需要燃燒器的二次風(fēng)與一次風(fēng)的質(zhì)量之比滿足一定的要求。所以，現(xiàn)有燃燒器較大的一次風(fēng)率不利于組織燃燒和較低NOx排放。本次改造，由于現(xiàn)有一次風(fēng)率偏大，再加上本工程增設(shè)NOx噴口，為了解決一、二次風(fēng)配比失調(diào)問題，我公司選用濃縮型XCL燃燒器(如圖8所示)，這種燃燒器可以適應(yīng)較大的一次風(fēng)率，主要原理為：來自磨煤機的一次風(fēng)煤粉氣流在經(jīng)過濃縮型XCL燃燒器彎頭前，先通過一段偏心異徑管加速，大多數(shù)煤粉由于離心力作用沿彎頭外側(cè)內(nèi)壁流動，在氣流進入一次風(fēng)濃縮裝置之后，使50%左右的一次風(fēng)和10%1

17、5%的煤粉分離出來，經(jīng)乏氣管垂直向下引到乏氣噴口直接噴入爐膛燃燒，其余50%左右的一次風(fēng)和8590%的煤粉由燃燒器一次風(fēng)噴口噴入爐內(nèi)燃燒，從而使燃燒器噴口的一次風(fēng)率降低一半，這樣燃燒器噴口的二次風(fēng)與一次風(fēng)的配比處于合理的范圍之內(nèi)，有利于燃燒器組織燃燒，為降低NOx排放量創(chuàng)造更有利的條件。11/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖8濃縮型XCL燃燒器簡圖眾所周知，風(fēng)粉分配的均勻性無論對提高燃燒效率、防止結(jié)渣和高溫腐蝕還是減少NOx的生成都有重要意義。濃縮型XCL燃燒器采用了控風(fēng)和測風(fēng)裝置，以維持運行中各燃燒器之間風(fēng)量的平衡以及單只燃燒器內(nèi)、外二次風(fēng)風(fēng)量的合理分配。每個燃燒器都設(shè)有兩個測風(fēng)

18、裝置，分別位于內(nèi)、外二次風(fēng)通道的入口處，它是一個環(huán)形畢托管，由獨立的兩個母管連著六根徑向布置的測量管組成。該裝置用于調(diào)試時調(diào)平各燃燒器間的空氣流量以及內(nèi)、外二次風(fēng)風(fēng)量的配比。用戶可以在每個燃燒器上安裝兩只差壓計，分別與內(nèi)外兩個測風(fēng)裝置的母管相連。總之，通過采用濃縮型XCL低NOx燃燒器、增設(shè)NOx噴口，煤粉的燃燒過程充分利用了分級配風(fēng)的技術(shù)，可最大限度地減少NOx的生成，以滿足用戶對NOx排放的要求。3.更換部分水冷壁由于更換燃燒器和增設(shè)NOx噴口，需對燃燒器區(qū)域及NOx噴口區(qū)域水冷壁進行改造，更改燃燒器及NOx噴口處水冷壁開孔。1）增加NOx風(fēng)箱及分風(fēng)道由于新增NOx噴口，因此需要增加NOx風(fēng)箱及NOx分風(fēng)道，為NOx噴口供風(fēng)。同時分風(fēng)道增加調(diào)節(jié)擋板、膨脹節(jié)及風(fēng)量測量裝置，NOx風(fēng)箱增加風(fēng)壓測量裝置。2）盡可能采用原油槍、高能點火器及火檢燃燒器的設(shè)計原則上不會對油槍、高能點火器、油火檢以及煤火檢產(chǎn)