摘要:针对某发电厂300MW机组氮氧化物排放浓度高的问题采用轴向空气分级和径向空气分级的空气分级燃烧技术对锅炉燃烧系统进行了改造｡改造后氮氧化物排放的质量浓度由改造前的600mg/m3降至437.5mg/m3(标准状态下)已达到GB13223—2003《火电厂大气污染物排放标准》对该类型锅炉氮氧化物排放的要求｡此外改造对防止炉膛出口产生过大的扭转残余､防止锅炉水冷壁结渣和高温腐蚀也有帮助｡ 关键词:锅炉;低氮燃烧;改造;空气分级燃烧技术
随着国家对锅炉污染物排放标准日益严格,氮氧化物､二氧化硫､粉尘等指标的控制给企业的日常生产带来了直接的困扰和挑战｡为满足环保要求,某发电厂决定在保证锅炉安全､经济运行前提下,对锅炉进行低氮燃烧改造｡
1燃煤锅炉NOx低排放方法
对于燃煤锅炉来说,NOx减排方法主要有以下几个方向,减少NOx生成,增加NOx还原,后期去除NOx｡
1.1低氧燃烧技术
这是一种最简单的低NOx技术,但正因为其简单,它也带来很多缺点｡其主要是通过减小过量空气系数,减少NOx的生成｡但过量空气系数很难控制,很容易导致煤粉的不完全燃烧,不仅降低锅炉效率而且还增加CO的生成｡
1.2空气分级燃烧技术
这项技术是在低氧燃烧技术的基础上在炉膛上部增加了燃尽风,将主燃区未完全燃烧的成分,在炉膛上部的低温区配合燃尽风,使其完全燃烧｡这项技术目前普遍应用多数电厂｡在这项技术中主要是根据炉膛高度等情况匹配燃尽风的高度以及燃尽风占总风量的比例｡
1.3燃料分级燃烧技术
此种技术和空气分级类似,主要区别在于,上者是对空气分级,而此处是对燃料分级｡在空气分级整个燃烧过程都在控制NOx的生成量,而在此处是在主燃区供给80%左右的燃料,并使其完全燃烧不控制NOx的生成,在再燃区供应剩余的燃料,使其不完全燃烧,生成还原性物质,将主燃区烟气里的NOx还原｡由于是用燃料还原燃料,这就需要对燃料的质量有一定的要求,燃料
的变化就会对还原效果产生影响｡为了在再燃区生成还原性的物质,控制过量空气系数便是关键,如果再燃区的还原性物质不达标,会直接影响NOx的排放浓度｡同样的为了有足够的时间使NOx还原,必须对烟气的停留时间有一定的调整,停留时间越长,还原率越高,但对煤粉燃尽不利｡此时需要出最佳的停留时间｡
1.4烟气再循环技术
此项技术是将空预器的进口烟气引一部分到炉内,用以降低炉膛温度和氧气浓度,进而减少NOx的生成｡但由于过多的烟气的引入会影响燃烧的稳定性,过少的烟气量是除氮效果不明显,限制此项技术的推广应用｡
1.5低NOx燃烧器
此种方式是对燃烧器进行改造,优化燃烧方式｡主要是通过对燃烧器的改造,改变配风实现燃烧区低氧,改变燃烧中心,弱化燃烧高温区,降低燃烧强度,避免形成高温区｡现在主要有阶段燃烧型和浓淡分离型｡
1.6尾部烟气脱硝技术
此种技术是将生成的NOx在尾部烟道除去｡常用的方法就是通过催化剂将NOx还原｡主要有SCR,SNCR,SNCR/SCR技术,第一种效率高,但投资大,第二种的效率要明显低于第一种,第三种是两者的结合｡
2改造前的燃烧系统
某发电厂6号锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/16.7-M313UP型300MW直流燃煤锅炉采用钢球磨中间储仓式制粉系统热风送粉｡燃烧器为直流式四角布置切圆燃烧每组燃烧器设有五层一次风和七层二次风一次风､二次风间隔布置制粉乏气做为三次风在燃烧器上部从前后墙送入炉膛(分两层共八个喷口)｡一次风､二次风切圆采用双切圆布置切圆直径为1182mm和731mm｡三次风切圆也为双切圆布置切圆直径为693mm和749mm｡6号锅炉改造前的燃烧器喷口布置见图1设计配风见表1｡
3本改造技术详解
3.1空气分级燃烧技术
目前降低燃煤锅炉NOx排放的燃烧技术主要有低NOx燃烧､空气分级燃烧､燃料分级燃烧及尾部烟气再循环等其中空气分级燃烧是一种有效的低NOx燃烧技术｡采用空气分级燃烧锅炉燃用烟煤､褐煤时基本可以达到国家排放标准｡空气分级燃烧的基本思想:
a)降低主燃烧区域的氧气浓度进行亚化学当量的缺氧燃烧以抑制煤粉燃烧过程NOx的形成｡因为燃料在缺氧条件下燃烧燃烧速度和燃烧温度降低热力NOx就会减少燃料中释放的含氮中间产物HCNNH3等也会将NO还原分解成N2从而抑制燃料NO的生成｡
b)在炉墙附近及炉膛上部增大氧气浓度进行过化学当量的富氧燃烧以促进煤粉的完全燃烧｡空气分级燃烧分为轴向空气分级燃烧和径向空气分级燃烧｡轴向空气分级燃烧沿炉膛垂直方向实施分级送风把一部分二次风由主燃烧区分流到炉膛上方的燃尽区;径向空气分级燃烧是在与烟气垂直的炉膛断面上组织分级燃烧通过二次风射流部分偏向炉墙来实现｡黄埔发电厂6号锅炉为固态排渣燃煤锅炉燃用煤挥发分为26%左右｡改造前排放的NOx质量浓度为600m
g/m3(标准状态下)远高于GB13223—2003《火电厂大气污染物排放标准》对该类锅炉燃烧NOx排放的要求(小于450mg/m3)｡因此为了有效降低NOx的排放浓度综合运用了轴向和径向空气分级燃烧技术进行改造｡
3.2轴向空气分级燃烧改造
3.2.1燃烧器整体布局
下部主燃烧区基本格局不变即各一次风标高､二次风标高和三次风标高均不改变｡为实现轴向空气分级将部分二次风由主燃烧区分流到炉膛上方的燃尽区通过专门管路从水平二次风箱引出在三次风上部区域形成分离布置燃尽风(SOFA)｡SOFA采取三层布置而最上层的HH层二次风作为紧靠型燃尽风(CCOFA)｡
3.2.2燃烧系统设计配风
SOFA风量的选取占总风量的20%;CCOFA风量占总风量的5.5%;一次风采用小风率设计取22%;三次风率维持不变取19%｡6号锅炉改造后配风设计见表2其中二次风的风量又分为SOFACCOFA和周界风及其余二次风｡
表26号炉低氮燃烧改造设计配风
3.2.3燃烧器设计计算
由于部分二次风被引出形成SOFA为了保证二次风喷口的风速和二次风风箱压力二次风喷口面积需减少｡新增的SOFA喷口及其它喷口面积也需要确定｡经设计计算各燃烧器喷口尺寸选定见表3｡
表36号炉低氮燃烧改造燃烧器喷口尺寸
3.2.4SOFA喷口高度方向的位置确定
SOFA喷口高度方向的位置对NOx的降低有很大的影响SOFA喷口高度方向的中心线距燃烧器最上层喷口(上三次风)中心线高度h的推荐值由公式h=1.5(Vr/10)0.5确定6号锅炉燃用煤的挥发分为26%左右因此h为2.4mSOFA中心线标高应取29.9m｡但现场安装需绕开钢梁等障碍物最终确定SOFA中心线标高31.7m整个SOFA风箱布置在两层钢梁之间即30.8~32.6mSOFA中心线距离最上层三次风中心线为4.2m｡
