低氮燃燒技術(shù)的應(yīng)用

低氮燃燒技術(shù)在南化公司#1鍋爐上的應(yīng)用武漢燃控科技熱能工程有限公司彭良才我國能源結(jié)構(gòu)中70~80%由煤的燃燒提供，每燃燒一噸煤，就要產(chǎn)生5~30kg氮氧化物。目前我國現(xiàn)役煤粉鍋爐排煙中的NOx的濃度范圍在600~1200mg/m3，每100億kWh的火力發(fā)電量約排放3.9~8.8萬噸的NOx。NOx是大氣的主要污染物之一[1]。為滿足國家對NOx排放濃度的控制要求，中國石化南化公司對鍋爐進(jìn)行低氮燃燒技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)鍋爐超低NOx排放的同時(shí)實(shí)現(xiàn)鍋爐高效穩(wěn)燃、防結(jié)焦、防高溫腐蝕及低負(fù)荷不投油穩(wěn)燃等。鍋爐概況鍋爐為單鍋筒、自然循環(huán)、集中下降管、“π”布置固態(tài)排渣爐。鍋爐前部為爐膛，四周布滿膜式水冷壁。爐膛出口布置屏式過熱器，水平煙道裝設(shè)了兩級(jí)對流過熱器。爐頂水平煙道兩側(cè)及轉(zhuǎn)向室設(shè)置了頂棚和包墻過熱器，尾部豎井交錯(cuò)布置兩級(jí)省煤器和兩級(jí)空氣預(yù)熱器。采用鋼球中間儲(chǔ)倉式制粉系統(tǒng)，乏氣送粉。除渣設(shè)備采用刮板撈渣機(jī)。鍋爐采用四角布置不可擺動(dòng)直流式煤粉燃燒器。爐內(nèi)假想切圓直徑為φ600mm。每角燃燒器由4層二次風(fēng)噴口和2層一次風(fēng)噴口組成。每角燃燒器布置型式為：2-1-2-2-1-2。目前鍋爐煙氣中NOx排放濃度700mg/Nm3左右。空氣分級(jí)原理將燃燒所需的空氣量分成兩級(jí)送入爐膛，使主燃燒區(qū)內(nèi)過量空氣系數(shù)在0.75~0.85，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。約20~30%未燃盡煤粉將進(jìn)入富氧燃盡區(qū)進(jìn)行充分燃燒，同時(shí)未燃盡碳中含有的N也將在富氧燃盡區(qū)反應(yīng)生成氮氧化物，最終隨著煙氣排除爐膛。這一部分氮氧化物約占常規(guī)低氮燃燒技術(shù)氮氧化物排放值的40~60%，主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)越大其所占比例越小。為了進(jìn)一步降低這部分氮氧化物的生成，我公司采用了雙級(jí)燃盡風(fēng)(示意圖見4-3)技術(shù)。此技術(shù)將燃盡風(fēng)分為高位燃盡燃盡風(fēng)和低位混合燃盡風(fēng)。分段后BB層二次風(fēng)門開度%90809080AB2層二次風(fēng)門開度%75807580AB1層二次風(fēng)門開度%75807580AA層二次風(fēng)門開度%100100100100低溫空預(yù)器出口實(shí)測60分鐘平均值（標(biāo)態(tài)）NOxmg/Nm3671701723681COmg/Nm3171259O2%3.613.913.802.70鍋爐出口氧量（高省出口）A側(cè)%3.413.623.602.85B側(cè)%3.353.503.422.37主汽系統(tǒng)溫度℃524.2526.2526.6528.0流量t/h185.6186.3218.8210.2壓力kPa9.038.979.018.99減溫水量t/h19.518.417.519.2主給水系統(tǒng)溫度℃188.6190.2198.8198.8流量t/h188.4192.7217.9210.8爐膛出口煙溫A側(cè)℃870.0878.0921.0878.0B側(cè)℃844.0844.0954.0913.0排煙溫度A側(cè)℃135.0135.0138.3138.3B側(cè)℃131.0130.5140.2135.2飛灰含碳量取樣值%3.032.372.713.50修正值%2.672.092.383.08爐渣含碳量%8.168.525.965.47鍋爐效率%88.7589.2690.8789.764.2改造后鍋爐情況南化公司委托設(shè)計(jì)方完成了#1鍋爐低氮燃燒器改造后的熱態(tài)調(diào)試工作，并對以后運(yùn)行工作進(jìn)行指導(dǎo)。通過熱態(tài)測試的結(jié)果看：（詳細(xì)數(shù)據(jù)見表3）（1）由于對鍋爐尾部受熱面進(jìn)行了改造，排煙溫度低于原設(shè)計(jì)值8℃左右，比未改造前實(shí)際運(yùn)行溫度低約20℃，故排煙熱損失減少了約1.3%，鍋爐效率比改造前增加了約1%；（2）為保證燃盡率，將煤粉細(xì)度R90由原來的22%降低到18%左右，低氮燃燒器改造后飛灰和爐渣可燃物沒有明顯增加。（3）工況T1、T2、T3和T4分別采用了倒塔配風(fēng)、均等配風(fēng)、正塔配風(fēng)及束腰配風(fēng)，進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，正塔配風(fēng)對于降低NOx排放效果優(yōu)于其他形式。（4）通過工況T4發(fā)現(xiàn)，上層燃盡風(fēng)100%開度，下層燃盡風(fēng)50%開度，降低NOx效果最佳，折算到6%O2下的NOx排放濃度顯著下降，排放濃度值為325mg/Nm3；飛灰可燃物含量為3.26%，爐渣可燃物含量為9.7%。（5）測試中，減溫水量與摸底試驗(yàn)相比較，沒有明顯升高，維持在20t/h左右。（6）通過觀察，燃燒器噴口區(qū)域的結(jié)焦情況有所緩解。表3熱態(tài)調(diào)試數(shù)據(jù)表項(xiàng)目單位數(shù)據(jù)工況編號(hào)T1T2T3T4T5工況負(fù)荷t/h220220220220180煤粉細(xì)度R90A側(cè)%1818181818B側(cè)%1717171717一次風(fēng)壓A側(cè)kPa2.22.22.12.12.0B側(cè)kPa2.12.12.12.12.1二次風(fēng)壓A側(cè)kPa2.32.12.42.31.8B側(cè)kPa2.32.22.32.21.9熱風(fēng)溫度A側(cè)℃279289305310279B側(cè)℃276285302310276進(jìn)風(fēng)溫度A側(cè)℃20.721.120.825.720.7B側(cè)℃18.619.820.123.718.6上層燃盡風(fēng)風(fēng)門開度%50505010050下層燃盡風(fēng)風(fēng)門開度%10010010050100BB層二次風(fēng)門開度%10090508050AB2層二次風(fēng)門開度%9090656565AB1層二次風(fēng)門開度%9090806580AA層二次風(fēng)門開度%8090908090周界風(fēng)風(fēng)門開度%5050505050低溫空預(yù)器出口實(shí)測60分鐘平均值（標(biāo)態(tài)）NOxmg/Nm3411358341325365COmg/Nm3129111411O2%3.503.263.403.003.20鍋爐出口氧量（高省出口）A側(cè)%3.202.843.202.853.04B側(cè)%3.113.151.502.542.98主汽系統(tǒng)溫度℃524.2526.2524.6528.0525.5流量t/h215.8217.3218.8210.2183.6壓力kPa9.039.019.018.999.03減溫水量t/h18.221.218.822.019.5主給水系統(tǒng)溫度℃220.0217.0215.0215.0201.0流量t/h219.4217.0213.0215.0203.0爐膛出口煙溫A側(cè)℃//942.0962.0877.0B側(cè)℃947.0962.0954.0954.0892.0排煙溫度A側(cè)℃110.4114.2109.5115.4109.4B側(cè)℃108.6111.6110.4112.6113.2飛灰含碳量取樣值%3.502.803.263.703.77修正值%3.082.462.873.263.32爐渣含碳量%7.567.525.969.705.87鍋爐效率%93.0492.6591.8792.4792.13優(yōu)化運(yùn)行根據(jù)熱態(tài)調(diào)試結(jié)果，結(jié)合鍋爐運(yùn)行的實(shí)際情況，進(jìn)一步對運(yùn)行操作優(yōu)化：（1）控制煤粉細(xì)度R90在18%左右；（2）爐膛出口氧量（高省出口），高負(fù)荷時(shí)控制在2.0%—3.0%，低負(fù)荷時(shí)控制在3.0%左右；（3）風(fēng)門開度采用均等配風(fēng)方式，上三層開度在50~60%；為提高爐渣的燃盡率，AA層開度在70~80%；（4）由