電站鍋爐燃燒調(diào)整對NOx及效率的影響分析

電站鍋爐燃燒調(diào)整對NOx及效率的影響

分析摘要：為控制NOx排放，在1025t/h鍋爐上進(jìn)行了燃燒調(diào)整試驗(yàn)。通過改變氧量、上三次風(fēng)、燃盡風(fēng)以及二次風(fēng)配風(fēng)方式等因素，研究不同工況下NOx濃度及鍋爐效率變化規(guī)律。試驗(yàn)表明，不同氧量工況下爐內(nèi)火焰平均溫度基本不變，隨氧量增加，燃料型NOx急劇增加，鍋爐效率升高；隨上三次風(fēng)比例增加，NOx和鍋爐效率都下降；隨著燃盡風(fēng)擋板開度增大，爐內(nèi)火焰平均溫度下降，NOx排放濃度下降，鍋爐效率變化較小；不同配風(fēng)方式下，束腰型配風(fēng)工況的鍋爐效率最高，NOx排放量最低，均勻配風(fēng)工況下NOx排放濃度增加了14.20%。在保持一定鍋爐效率的前提下，燃燒調(diào)整可以降低NOx排放濃度10%?20%。關(guān)鍵詞：燃燒；NOx排放；三次風(fēng)；燃盡風(fēng)；鍋爐效率NOx是主要大氣污染物之一。排入大氣的NOx引起酸雨和光化學(xué)煙霧污染，破壞臭氧層，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境，危害人類健康。在中國，50%以上的NOx來源于電站燃煤鍋爐。目前火力發(fā)電企業(yè)控制NOx排放的主要技術(shù)有煙氣脫硝及爐內(nèi)燃燒過程脫硝。煙氣脫硝如選擇性非催化還原和選擇性催化還原技術(shù)，脫硝率高，成本也較高。燃燒過程脫硝如先進(jìn)再燃、濃淡燃燒、低氧燃燒等技術(shù)，脫硝率中等，成本中等［。對于電廠而言，最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法是通過燃燒調(diào)整，降低NOx排放濃度，減輕煙氣脫硝成本。燃煤鍋爐NOx的生成機(jī)制非常復(fù)雜，不僅與燃煤特性、鍋爐型式、燃燒器結(jié)構(gòu)等有關(guān)，還與爐內(nèi)溫度、過量空氣系數(shù)、煤粉細(xì)度、三次風(fēng)、配風(fēng)方式等因素有關(guān)。燃用煙煤鍋爐NOx排放濃度高于燃用貧煤鍋爐，燃用煙煤的鍋爐燃燒調(diào)整對NOx的減排效果優(yōu)于燃用貧煤的鍋爐。文獻(xiàn)針對某中儲式燃煤鍋爐進(jìn)行低NOx改造，數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，磨煤機(jī)不同投運(yùn)方式下爐內(nèi)溫度分布與各氣體組分濃度分布直接相關(guān)，高溫區(qū)域CO氣體濃度較高，而CO2和O2濃度較低；主燃區(qū)低氧燃燒可以抑制NOx的生成，選擇合適的再燃風(fēng)噴口位置，能夠有效降低NOx排放濃度；高速噴入的三次風(fēng)會造成爐膛三次風(fēng)截面處爐內(nèi)切圓縮小和NOx排放濃度升高，煤粉燃盡過程中HCN和焦炭N的氧化使得NO在爐膛高度沿程有上升趨勢；燃燒調(diào)整試驗(yàn)表明，磨煤機(jī)投運(yùn)方式不同可造成NOx排放質(zhì)量濃度相差63.8%，三次風(fēng)運(yùn)行優(yōu)化可有效降低NOx排放。斯東波對某200MW機(jī)組的四角切圓燃燒煤粉爐實(shí)施了超細(xì)煤粉再燃系統(tǒng)改造，利用三次風(fēng)攜帶的超細(xì)煤粉作為再燃燃料，并通過煙氣再循環(huán)來降低三次風(fēng)中的氧濃度，最佳工況取得約40%的脫硝率，同時(shí)對鍋爐的運(yùn)行影響很小，飛灰含碳量僅比原始工況增加1.4%。高正陽實(shí)驗(yàn)研究表明，NO還原效率隨O2濃度降低和再燃燃料比增加而單調(diào)增加，過量空氣系數(shù)為0.3?0.65的范圍為高比脫硝量區(qū)。煤粉粒徑減小、反應(yīng)時(shí)間增加導(dǎo)致NO還原效率與比脫硝量增加。張曉輝在某220t/h燃煤鍋爐的試驗(yàn)表明，燃盡風(fēng)份額增加，出口氧量增加，CO、CO2、飛灰碳含量變化不大，主燃燒區(qū)域溫度水平總體呈降低趨勢，燃盡區(qū)溫度水平呈現(xiàn)先增加后降低趨勢，NOx排放濃度持續(xù)降低。文獻(xiàn)［11］針對某燃用天然氣的鍋爐，將15%的煙氣量進(jìn)行再循環(huán)，送入到燃燒器的一次風(fēng)噴口和二次風(fēng)噴口，并減少燃燒區(qū)的過量空氣系數(shù)和在燃燒區(qū)中噴水，多種方法同時(shí)運(yùn)用使得NOx排放濃度最多下降40%。文獻(xiàn)在300MW機(jī)組的鍋爐上進(jìn)行空氣分級燃燒調(diào)整試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，影響NOx排放濃度的主要因素主要有總過量空氣系數(shù)、二次風(fēng)配風(fēng)方式、燃盡風(fēng)噴口擋板開度。過量空氣系數(shù)為1.22時(shí)，NOx的排放濃度較低而且鍋爐熱效率較高。通過配風(fēng)優(yōu)化，NO體積濃度減少了0.0182%，而鍋爐熱效率僅僅減少了0.21%。金晶通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)手段研究了一維爐內(nèi)煤粉燃燒過程N(yùn)Ox的釋放規(guī)律。研究結(jié)果表明，隨溫度升高，NOx的析出峰值前移，NOx釋放量增加；溫度達(dá)到一定值后，隨溫度繼續(xù)升高，NOx釋放量呈下降趨勢；煤種含氮量越高，揮發(fā)分含量越高，則NOx釋放量越大，NOx析出峰值位置隨煤種的碳化程度增加而逐漸后移；隨著過量空氣系數(shù)增加，NOx釋放量呈明顯增加趨勢。文獻(xiàn)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響分級燃燒技術(shù)脫硝效果的主要因素有過量空氣系數(shù)、燃盡風(fēng)噴口的位置、風(fēng)粉比等，兩段分級配風(fēng)效果優(yōu)于一段分級配風(fēng)，燃盡風(fēng)的最佳比例范圍為0.3?0.6。文獻(xiàn)在加壓流化床上研究了鍋爐運(yùn)行條件對NO排放的影響。研究發(fā)現(xiàn)，壓力越大，NOx排放濃度越低，氧氣濃度對NOx、N2O的排放濃度影響顯著。鑒于現(xiàn)場燃燒調(diào)整工作量大，眾多學(xué)者通過數(shù)值模擬計(jì)算預(yù)測燃燒調(diào)整降低NOx的效果。李鈞運(yùn)用計(jì)算軟件COALFIRE對某300MW機(jī)組四角切圓燃燒煤粉爐NOx排放特性進(jìn)行數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，燃煤揮發(fā)分和含N量高的煤，NOx析出濃度較高；較細(xì)的煤粉有利于降低NOx濃度；NOx排放濃度隨機(jī)組負(fù)荷下降而下降；倒塔型配風(fēng)有利于降低NOx生成，三次風(fēng)的投入使得NOx排放濃度下降11%。文獻(xiàn)對600MW機(jī)組四角切圓燃燒鍋爐的模擬表明，合理利用燃盡風(fēng)能夠有效減少NOx濃度。文獻(xiàn)針對無火焰燃燒過程，CO2、H2O與焦炭的氣化反應(yīng)對NOx的形成影響較大。模擬過程考慮了CO2和H2O對NO形成的影響，NOx生成量預(yù)測值比不考慮氣化因素的NOx生成量預(yù)測值降低40%。文獻(xiàn)分別優(yōu)化了NOx的生成模型，使得預(yù)測精度提高。文獻(xiàn)針對500MW機(jī)組的四角切圓燃燒鍋爐NOx的模擬計(jì)算表明，NOx的形成主要取決于溫度分布和氣體組分分布，燃盡風(fēng)的運(yùn)用是降低NOx的有效措施?？諝夥旨壢紵梢杂行Ы档腿剂闲蚇Ox和熱力型NOx。低氧燃燒減低了N與O的接觸機(jī)會，從而減少了燃料型NOx生成，爐內(nèi)溫度下降導(dǎo)致熱力型NOx降低。筆者在某電廠展開的燃燒調(diào)整實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：1） 不同氧量工況下爐內(nèi)火焰溫度變化較小，熱力型NOx生成量基本不變。隨氧量增加，飛灰含碳量下降，鍋爐效率升高，燃料型NOx生成量增加導(dǎo)致了總體NOx排放量增加。2） 隨上三次風(fēng)比例增大，NOx生成量下降，飛灰含碳量上升，鍋爐效率下降。當(dāng)上三次風(fēng)比例為80%時(shí)，NOx排放濃度為740mg/m3，鍋爐效率為91.89%；而當(dāng)上三次風(fēng)下降到60%，NOx濃度下降了15.14%，鍋爐效率上升了1.03%。3） 隨著OFA擋板開度增大，燃燒器區(qū)域過量空氣系數(shù)減小，爐內(nèi)火焰平均溫度下降，NOx排放濃度下降，鍋爐效率小范圍波動。4） 不同配風(fēng)方式下，束腰型配風(fēng)工況的鍋爐效率最高，NOx排放濃度最低，正塔型配風(fēng)工況NOx排放濃度增加了7.52%。均勻配風(fēng)工況NOx排放濃度增加了14.20%。參考文獻(xiàn)唐偉，董亮，張景寶.某600MW超臨界對沖燃燒鍋爐再熱汽溫調(diào)整[J].鍋爐制造，2021(05):9-11+22.陳青.某1000MW機(jī)組鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)研究[J].應(yīng)