雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉爐的應(yīng)用

1、雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉爐的應(yīng)用原創(chuàng) 2016-09-07 叢華斌 摘  要：雙尺度低NOx燃燒器具有抑制NOx的生成、煤種適應(yīng)性強(qiáng)、燃用混煤不易結(jié)焦的特點(diǎn)。本文介紹了文登熱電廠3#鍋爐低氮燃燒器的改造過(guò)程，系統(tǒng)地對(duì)改造前情況、改造內(nèi)容、改造后熱態(tài)調(diào)試及性能測(cè)試情況進(jìn)行了論述。結(jié)果表明在不同負(fù)荷段及不同磨煤機(jī)組合下，3#爐雙尺度低NOx燃燒器與機(jī)組其他設(shè)備配合良好。在保證鍋爐效率基礎(chǔ)上，鍋爐未發(fā)生結(jié)焦，各點(diǎn)壁溫不超溫，燃用正常煤種NOx排放值在420-480mg/Nm3 間。飛灰含碳量較低，在1.6-2.3%間。相應(yīng)鍋爐效率達(dá)到91.3

2、%以上。這一技改成果說(shuō)明雙尺度低NOx燃燒器在小容量煤粉鍋爐上也具有較廣的應(yīng)用價(jià)值，有助于熱電企業(yè)進(jìn)一步實(shí)施節(jié)能減排。關(guān)鍵詞：煤粉鍋爐  燃燒技術(shù) 雙尺度  低NOx燃燒器  節(jié)能減排 1鍋爐概況文登熱電廠3#鍋爐是哈爾濱鍋爐廠工業(yè)鍋爐公司制造，型號(hào)為HG220/9.8-PM。鍋爐為單汽包，自然循環(huán)，集中下降管，倒U型布置的固態(tài)排渣煤粉爐。鍋爐改造前性能數(shù)據(jù)如表1-1。該鍋爐燃燒器采用水平濃淡分離直流燃燒器，燃燒器布置在鍋爐的正四角，爐內(nèi)假想切圓為600m（逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)），燃燒器采用風(fēng)管式結(jié)構(gòu)，每只燃燒器有自下而上分別是：下二次風(fēng)口、下一次風(fēng)

3、周界風(fēng)口、下一次風(fēng)口、腰二次風(fēng)口、上一次風(fēng)周界風(fēng)口、上一次風(fēng)口、中二次風(fēng)口、上二次風(fēng)口和向下傾斜的三次風(fēng)口。點(diǎn)火油槍4只各設(shè)在下二次風(fēng)口中。2改造方案2014年7月，文登熱電廠與煙臺(tái)龍?jiān)春献鳎瑢?duì)該爐進(jìn)行改造。改造設(shè)計(jì)整體思路為保持鍋爐較高的燃燒效率情況下，防止結(jié)渣，NOx得到較大幅度地削減。用雙尺度低NOx燃燒器替代原燃燒器。調(diào)整原燃燒器各層燃燒器間距。在主燃燒器上方增加燃盡風(fēng)，距上一次風(fēng)較大距離，取風(fēng)方式在原四角風(fēng)箱垂直風(fēng)道；重新設(shè)計(jì)了主燃燒器部分水冷壁管；燃盡風(fēng)區(qū)域水冷壁管；一次風(fēng)噴口采用上下濃淡組合方式，二次風(fēng)面積也相應(yīng)調(diào)整；三次風(fēng)分為上下兩股，分別引至上、下二次風(fēng)上方，風(fēng)率及風(fēng)速與原燃

4、燒器設(shè)計(jì)參數(shù)相近。在水平斷面上，一次風(fēng)射流方向與原設(shè)計(jì)一次風(fēng)射流方向有所調(diào)整，二次風(fēng)、三次風(fēng)及SOFA燃盡風(fēng)與一次風(fēng)射流方向一致在爐內(nèi)形成直徑747mm的逆時(shí)針切圓；貼壁風(fēng)射流與爐墻自有夾角，更好的防結(jié)渣及降低NOx排放。在原主燃燒器最上層一次風(fēng)上方約4米處布置2層SOFA噴口，其取風(fēng)口位于爐膛各角區(qū)風(fēng)箱側(cè)面開(kāi)孔，SOFA噴口可同時(shí)作上下左右擺動(dòng)，用于降低NOX總量和煤粉的后期燃燼。3.雙尺度低NOx燃燒器減排機(jī)理公認(rèn)NOx生成主要有燃料型、熱力型及快速型三種類型，燃料型NOx約占總NOx的80-90%，是各種低NOx技術(shù)控制的主要對(duì)象。其次是熱力型，它主要是由于爐內(nèi)局部高溫造成。降低燃料型N

5、Ox時(shí)，通過(guò)控制爐溫水平加以控制，快速型NOx生成量很少。3.1燃燒器縱向三區(qū)分布抑制NOx改造后燃燒器從下至上大致分為三個(gè)區(qū)，依次為集中氧化燃燒區(qū)、集中還原區(qū)及燃盡區(qū)。如圖1所示，通過(guò)在主燃燒器上方合適位置引入適量的燃盡風(fēng)（總風(fēng)量20-30%），燃盡風(fēng)采用多噴口多角度射入，燃燒器改造后沿高度方向從下至上形成三大區(qū)域，分別為氧化還原區(qū)（總風(fēng)量的70-80%）、主還原區(qū)、燃盡區(qū)。氧化區(qū)有助于煤粉初期燃燒，爐溫升高，促進(jìn)煤粉著火、燃燒及燃盡。由于有較大燃盡風(fēng)量的存在，主燃燒器區(qū)內(nèi)也會(huì)存在氧化還原交替存區(qū)，通過(guò)控制高度方向的配風(fēng)，可形成局部還原區(qū)，可以初步還原產(chǎn)生的NOx，使NOx在初始燃燒時(shí)就得到

6、抑制，在主還原區(qū)內(nèi)已生成的NOx還可得到更充分還原，燃盡區(qū)內(nèi)將作為燃盡風(fēng)的二次風(fēng)及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，促進(jìn)焦碳最后燃盡。通過(guò)縱向三區(qū)布置，形成縱向空氣分級(jí)，NOx將得到極大抑制，飛灰可燃物也會(huì)得到控制。由于實(shí)現(xiàn)縱向空氣分級(jí)，相對(duì)地燃燒器區(qū)域有所擴(kuò)大，燃燒器區(qū)域熱負(fù)荷降低，爐內(nèi)溫度峰值降低，可以減少或消除熱力型NOx產(chǎn)生。3.2燃燒器上一次風(fēng)噴口設(shè)計(jì)濃淡分離降低NOx上一次風(fēng)設(shè)計(jì)噴口為上下濃淡分離形式，中間加裝較大的穩(wěn)燃鈍體形式，濃淡燃燒除可降低NOx外，還可對(duì)煤粉穩(wěn)燃、提前著火有積極作用。同時(shí)鈍體能增加卷吸的高溫?zé)煔饬浚M(jìn)一步強(qiáng)化穩(wěn)燃。3.3兩個(gè)一次風(fēng)噴口之間設(shè)二次風(fēng)。3.4優(yōu)化燃盡風(fēng)布置方案燃盡風(fēng)的

7、布置是低NOx燃燒技術(shù)的關(guān)鍵所在，燃盡風(fēng)量的選取、燃盡風(fēng)噴口標(biāo)高位置及燃盡風(fēng)噴口風(fēng)速、形狀都會(huì)影響最終的低NOx效果及鍋爐效率。取風(fēng)口位于爐膛各角區(qū)風(fēng)箱側(cè)面開(kāi)孔，進(jìn)而延接燃盡風(fēng)道，接至燃盡風(fēng)噴口處。燃盡風(fēng)道保持較大的流通面積，與原大風(fēng)箱相連通，形成統(tǒng)一的等壓大風(fēng)箱，  阻力小，供風(fēng)量能得到滿足。爐內(nèi)采用切圓燃燒時(shí)，煤粉及空氣均從四角射入爐內(nèi)形成一切向燃燒火球，由于火球的旋轉(zhuǎn)及二次風(fēng)射流的后期剛性較弱，火球中心部往往是一個(gè)極度缺氧的區(qū)域，如后期混合不強(qiáng)烈，尤其是采用空氣分級(jí)技術(shù)以后，往往造成飛灰可燃物及CO排放高，影響鍋爐效率。本次改造在主燃燒器上方，布置類橢圓形穿透性強(qiáng)的燃

8、盡風(fēng)噴口，如圖 3所示， SOFA可水平、垂直擺動(dòng)，隨著角度的變化可實(shí)現(xiàn)燃盡風(fēng)對(duì)后期的爐膛全覆蓋。同時(shí)，SOFA可作為調(diào)整爐膛火焰中心的有效手段。布置的兩層SOFA噴口的不同擺動(dòng)角度的組合射流可努力實(shí)現(xiàn)向爐膛中心補(bǔ)氧，同時(shí)可兼顧到距離水冷壁較近區(qū)域的補(bǔ)氧條件。這種布置方式的主要特點(diǎn)是在空間內(nèi)形成不同的組合射流，加大了后期的混合，對(duì)煤粉的后期燃盡有積極作用。布置在SOFA上方的高位燃盡風(fēng)布置在兩側(cè)墻的爐膛中心，在擴(kuò)大還原區(qū)的同時(shí)，能有效保證射流對(duì)火焰氣流的穿透性。4.熱態(tài)調(diào)試及性能測(cè)試試驗(yàn)主要進(jìn)行性能試驗(yàn)及相關(guān)數(shù)據(jù)采集，測(cè)試鍋爐改造后的雙尺度低NOx燃燒器是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。4.1試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果熱

9、態(tài)試驗(yàn)分別進(jìn)行了鍋爐效率試驗(yàn)、二次風(fēng)配風(fēng)方式優(yōu)化試驗(yàn)、最佳過(guò)量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)、鍋爐煙氣成份測(cè)量等。4.2最佳過(guò)量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)爐膛出口過(guò)量空氣系數(shù)是衡量爐內(nèi)燃燒反應(yīng)所需氧量的重要參數(shù)。過(guò)量空氣系數(shù)小時(shí)，燃料與氧的接觸機(jī)會(huì)減少，不完全燃燒損失將增大；當(dāng)過(guò)量空氣系數(shù)大時(shí)，排煙熱損失、氮氧化物含量、風(fēng)機(jī)電耗都會(huì)顯著升高。最佳過(guò)量空氣系數(shù)試驗(yàn)在200t/h蒸汽流量下進(jìn)行。通過(guò)氧量的變化，測(cè)量煙氣中氮氧化物和飛灰含碳量的變化。從上表可以看出，隨著氧量的升高，飛灰含碳量明顯降低，氮氧化物含量明顯升高，氧量過(guò)大會(huì)造成排煙損失增加，所以在保證飛灰含碳量合格的前提下，適當(dāng)降低運(yùn)行氧量，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)

10、、環(huán)保運(yùn)行。3.3二次風(fēng)門開(kāi)度優(yōu)化試驗(yàn)二次風(fēng)門開(kāi)度優(yōu)化試驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證二次風(fēng)門開(kāi)度變化對(duì)氮氧化物的影響，為運(yùn)行調(diào)整確定最佳開(kāi)度。主要是為了驗(yàn)證二次風(fēng)門對(duì)汽溫和氮氧化物的影響，為以后運(yùn)行確定最佳開(kāi)度。選取具有代表性的二次風(fēng)門(下二次風(fēng)) 和SOFA2燃盡風(fēng)進(jìn)行試驗(yàn)。通過(guò)風(fēng)門開(kāi)關(guān)試驗(yàn)可以看出：l 關(guān)小主燃區(qū)二次風(fēng)門，主燃區(qū)燃燒反應(yīng)相應(yīng)延緩，火焰中心上移，煤粉氣化過(guò)程推后，CO的燃盡時(shí)間延長(zhǎng)，還原區(qū)還原性氣體體積分?jǐn)?shù)增加，使得主再熱汽溫隨之升高，NOx隨之降低；l 關(guān)小主燃區(qū)二次風(fēng)門，主燃區(qū)氧量的降低有利于低氧還原區(qū)的建立，在缺氧的狀態(tài)下對(duì)NOx進(jìn)行還原，可大幅度降低NOx生成

11、，因此在保證燃燒穩(wěn)定和鍋爐經(jīng)濟(jì)性的前提下可以適當(dāng)關(guān)??；l 開(kāi)大SOFA燃盡風(fēng)，降低了主燃區(qū)的氧量，降低NOx效果最明顯；在同等負(fù)荷下，隨著燃盡風(fēng)開(kāi)放層數(shù)越多，氮氧化物的排放量也越小。開(kāi)啟上層SOFA效果要好于下層SOFA燃盡風(fēng)。3.4鍋爐效率測(cè)定試驗(yàn)熱效率按下式計(jì)算公式:=100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)×100/Qr式中: Qr-輸入熱量             Q2-排煙損失Q3-化學(xué)未完全燃燒熱損失    

12、60;  Q4-機(jī)械未完全燃燒熱損失Q5-散熱損失                  Q6-灰渣物理熱損失在計(jì)算中：將燃料的低位發(fā)熱量作為輸入熱量；忽略物理熱及霧化蒸汽帶入的熱量；排煙損失中忽略霧化蒸汽及燃料中氮引起的熱損失；過(guò)量空氣系數(shù)采用=21/(21-O2)×0.9；忽略化學(xué)未完全燃燒熱損失；計(jì)算中測(cè)量數(shù)值誤差±0.30.5，化驗(yàn)分析誤差0.1%試驗(yàn)期間，通過(guò)二次風(fēng)擋板特性試驗(yàn)及過(guò)

13、量空氣系數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)，總結(jié)出最佳的配風(fēng)方案和各個(gè)負(fù)荷段的最佳氧量，所取飛灰含碳量較大修前略有降低，固體未完全燃燒熱損失在1-1.3%之間，這是鍋爐效率不降低的重要因素。爐內(nèi)無(wú)結(jié)焦現(xiàn)象發(fā)生，水冷壁及屏式過(guò)熱器清潔，撈渣機(jī)無(wú)掉大焦塊現(xiàn)象。過(guò)熱蒸汽溫度不同負(fù)荷可達(dá)到原設(shè)計(jì)值540±5，過(guò)熱蒸汽的減溫水量在可控范圍之內(nèi)。過(guò)熱蒸汽溫度不同負(fù)荷下可達(dá)到原設(shè)計(jì)值540±5，過(guò)熱蒸汽的減溫水量在可控范圍之內(nèi)，過(guò)熱器減溫水總量峰值出現(xiàn)在180-195t/h蒸汽流量段。3.5運(yùn)行操作指導(dǎo)通過(guò)對(duì)不同負(fù)荷階段的燃燒調(diào)整，總結(jié)出合理的配風(fēng)方式能夠保證較高的鍋爐效率和較低的氮氧化物排量，總結(jié)出鍋爐運(yùn)行配

14、風(fēng)卡片：4.試驗(yàn)結(jié)果燃用正常煤種時(shí)雙磨情況下在420-480mg/Nm3間；單磨情況下在350-440 mg/Nm3。由于粉位偏低，單磨運(yùn)行調(diào)整時(shí)間較短。鍋爐效率在91.1%以上，飛灰在1.6-2.3%間、大渣含碳量5%以下，CO排放濃度不高于100µL/L，過(guò)熱蒸汽的溫度達(dá)到原鍋爐設(shè)計(jì)要求并且過(guò)熱蒸汽的減溫水量控制在正常范圍之內(nèi)。爐內(nèi)燃燒穩(wěn)定、無(wú)結(jié)焦。經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)，得出以下調(diào)整經(jīng)驗(yàn)：三次風(fēng)最佳開(kāi)度方式已確定：上三次風(fēng)可調(diào)縮孔與下三次風(fēng)插板門運(yùn)行人員可基本不動(dòng)。開(kāi)大下三次風(fēng)，排煙溫度會(huì)上升。而開(kāi)大上三次風(fēng)則會(huì)明顯提高NOx排放。燃盡風(fēng)開(kāi)啟SOFA上效果好于SOFA下。隨著機(jī)組負(fù)荷的降低

15、，可適當(dāng)關(guān)閉下層燃盡風(fēng)和上二次風(fēng)。一般情況下關(guān)閉周界風(fēng)擋板。周界風(fēng)開(kāi)度為0%時(shí)，燃燒器設(shè)計(jì)時(shí)留有10-15m/s漏風(fēng)，不會(huì)燒損噴口。為保持空預(yù)器出口風(fēng)壓，二次風(fēng)各角區(qū)總風(fēng)門開(kāi)度保持40-50%開(kāi)度基本合適。關(guān)太小容易導(dǎo)致一次風(fēng)速過(guò)高，飛灰可燃物急劇上升。燃盡風(fēng)投停過(guò)程中應(yīng)按要求逐層緩慢開(kāi)啟，禁止快速同時(shí)投停。在中低負(fù)荷下排煙氧量仍偏高，由于改造后二次風(fēng)噴口面積較之前有所降低，且一次風(fēng)改為上下濃淡并加裝穩(wěn)燃鈍體，二次風(fēng)射流剛性增強(qiáng)。氧量偏高會(huì)使主燃區(qū)實(shí)際切圓放大，橫向動(dòng)量矩提高。不利于良好動(dòng)力場(chǎng)的形成。高負(fù)荷下控制排煙氧量在4%左右為宜。在調(diào)整配風(fēng)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)鍋爐側(cè)各參數(shù)監(jiān)視與調(diào)整，防止蒸汽參數(shù)及受熱面壁溫超限。5.結(jié)論文登熱電廠3#鍋爐使用雙尺度低NOx燃燒器后，與機(jī)組其他設(shè)備配合良好。在不同負(fù)荷段及不同磨煤機(jī)組合下，鍋爐效率未有明顯下降，鍋爐未發(fā)生結(jié)焦，各點(diǎn)壁溫不超溫，燃用正常煤種NOx排放值一般在420-480mg/Nm3 間。飛灰含碳量