低NO_X燃烧技术

�综 � � 述 � 低 NOX 燃烧技术 张 � 起1,杜京武2 ( 1.中国华电工程(集团)公司, 北京 100044; 2.黑龙江省电力科学研究院, 黑龙江 哈尔滨 150030) 摘 � 要: 对我国大型火电机组锅炉采用的低 NOX 燃烧技术进行了综合分析, 就 PM、WR、CFS、水平浓淡燃烧技 术及分级送风燃烧技术的工作原理、结构及其性能分别进行了比较分析。 关键词: 燃煤锅炉;燃烧技术 ;大气污染; 低 NOX燃烧器 中图分类号: TK223. 23� � � � 文献标识码 : A � � � � 文章编号: 1002- 1663( 2004) 01- 0080- 03 The combustion technology of low NOX exhaustion ZHANG Q i 1 , DU Jingwu 2 ( 1. China Huadian Engineering Corpor at ion, Beijing 100044, China; 2. Heilong jiang Electric Power Research Inst itute, Harbin 150030, China) Abstract:Analyzed combust ion technologies of the low NOX exhaust ion applied in the bo ilers of big capacity units, made comparison and analyses on the mechanism, st ructure and capability of PM , WR, CFS, horizontal pulverized coal density biased combust ion technology and different stages air supply combust ion technology. Key words: fossil fuel boiler; combust ion technolog y; air pollut ion; low NOX exhaust ion burner � � 长期以来, 煤炭一直是人类获取能量的主要 来源之一。但是,人类在获取能量的同时,也为自 己带来了困扰, 煤在燃烧过程中,会产生大量的污 染物: NOX、SOX、CO2、CO 及粉尘等,造成严重的 大气污染、酸雨和水污染。众所周知,环境问题已 成为当今社会日益关注的问题。而电站燃煤锅炉 是大气 NOX 污染的主要污染源之一, 所以, 在燃 烧过程中, 应用低 NOX 燃烧技术降低 NOX 排放 量,可减轻对环境的污染。 我国是一个以煤炭为主要能源的发展中国 家,每年直接用于燃烧的煤炭达 12亿 t 以上, 随 着我国经济的迅速发展, 大气环境的 NOX 污染问 题日益突出,正成为制约我国经济发展的又一个 重要环境因素。随着环保要求的提高, 我对低 NOX 燃烧技术的研究不断深入, 近几年来, 通过 厂、校、所间的广泛技术合作, 取得了较为理想的 科研成果,在大型燃煤发电机组上得到了应用。 1 � PM 燃烧器 PM( Pollut ion M inimum )即低污染燃烧器。 典型的 PM 燃烧器布置如图 1所示。一次风到炉 前后,经过一个弯头(也称分离器)分为两股,弯头 的惯性分离作用产生浓相和淡相煤粉气流,上层 为浓相,下层为淡相,两者用独立的喷嘴送入炉内 产生浓淡两相燃烧方式。 图 1 � 典型 PM 燃烧器 收稿日期: 2003- 12- 10。 作者简介: 张起( 1972- ) ,男, 1995年毕业于哈尔滨工业大学热能工程系,工程师 80 Vol. 26, No. 1 � � � � � � � � � � � Heilong jiang Electric Pow er � � � � � � � � � � � � Feb. 2004 � � PM 燃烧器降低 NOX 的作用原理是在燃烧初 期,也即挥发分析出着火阶段, 若一次风中的风煤 比在3~ 4(相当于煤中挥发分燃烧所需的风量) , 则会产生大量的 NOX, 如图 2 所示。从磨煤机出 来到燃烧器的一次风管中的风煤比一般为 2~ 2. 5,即图2中 C0点。常规非浓淡式燃烧器即是此种 情况,所产生的 NOX污染量显然较多。经弯头分 离后,浓相和淡相一次风的风煤比均偏离 C0 点, 浓相喷嘴位于 C1 点,产生 NOX排放量较少, 淡相 喷嘴位于 C2点,产生 NOX排放量同样较少, 两者 平均值比 C0点要低得多,由此,燃料型 NOX 得到 了控制,大大降低。此外, 因 PM 燃烧器较高, 上 下一次风中心距较大,燃烧器区域热强度较低,热 力型 NOX 也有所降低,故其综合降低 NOX 效果 比较明显。该技术已成功地应用于黄台电厂 8号 炉。 图 2 � 一次风煤比对 NOX 生成量的影响 2 � WR燃烧器 WR( Wide Range)即宽调节比燃烧器,如图 3 所示。它主要由喷嘴和喷嘴体两部分组成。喷嘴 体内设导向板用以分隔经弯头惯性分离后形成的 浓相煤粉气流和淡相煤粉气流。弯头为 90!直角 弯头,起惯性分离作用, 为防止磨损, 设计成不等 壁厚。在燃烧器喷口内设置有波形钝体,该钝体 与喷嘴体内导向板一起使浓、淡相煤粉气流一直 保持到燃烧器出口。在波形钝体出口处,形成一 个稳定的回流区, 回流区中的烟气使得初燃段浓 淡两相得到分隔, 并使火焰稳定在一个较宽的负 荷变化范围内。 图 3 � 改进型 WR 燃烧器 因WR燃烧器在垂直方向形成浓淡燃烧, 因此, 其降低 NOX生成的原理与 PM 相似; 与 PM 不同 之处在于,它将浓淡相集中在一个喷口内,而不是 像 PM 燃烧器是两个喷嘴。因此,上下一次风中 心距可以较小,一则降低锅炉造价;二则更加适应 燃用劣质煤的要求。 该燃烧器为引进 ABB- CE 技术, 曾成功地 应用于铁岭电厂、妈湾电厂、珠江电厂等项工程, 体现出优良的低负荷稳燃能力和降低 NOX 排放 量的特点。 在此基础上, 又开发了改进型 WR 燃烧器, 即在喷口四周加装波形板,使煤粉气流出口周界 加长,增加与烟气的接触面;同时, 造成强烈扰动, 强化周边换热, 更有利于保证及时着火及燃烧稳 定,确保及时燃尽,保证较高燃烧效率。 3 � 水平浓淡燃烧器 水平浓淡燃烧器如图 4所示。水平浓淡可由 两种方式实现: 第一种采用百叶窗煤粉浓缩器实 现;第二种可以采用 90!弯头来实现。 图 4 � 水平浓淡燃烧器 第一种方式对煤粉管道的布置无特殊要求, 对改造工程尤为适用; 第二种需对管道设计进行 特殊处理,故只有新设计机组才有实施的可能。 水平浓淡燃烧器利用浓缩器或弯头将煤粉气 流分成浓淡两相,并保持水平直到喷嘴出口。一 次风中含有大部分煤粉的浓相气流在向火侧切向 喷入炉内,形成内侧假想切园;一次风中含有少量 煤粉的淡相煤粉气流在背火侧切向喷入炉内, 形 成外侧假想切园。 其降低 NOX 排放的原理与 WR式燃烧器相 似。由于其形成了内层切圆富燃料, 属还原性气 氛,又进一步降低了 NOX 形成。 由于水平浓淡燃烧器将浓相煤粉气流布置在 向火侧,形成小切园,淡相煤粉气流布置于背火侧 形成大切园,整个炉膛内形成风包粉氛围。因此, 除具备低 NOX 排放的优点外, 与WR 相比,还可 81 第 26卷 � 第 1期 � � � � � � � � � � � 黑龙江电力 � � � � � � � � � � � 2004年 2月 进一步改善着火条件, 增强水冷壁附近的氧化性 气氛,防止结焦和高温腐蚀的出现。此型燃烧器 在华鲁电厂、青岛电厂大型机组锅炉燃烧器上成 功应用。 4 � CFS燃烧技术 CFS( Concentric Firing System )即同心园燃 烧技术。CFS ∀将二次风偏转一个角度, 如图 5 所示, 但仍与一次风切圆同向。CFS #则将二次 风偏转一定角度后与一次风形成同心反向切园, 如图 6所示。 图 5 � CFS∀燃烧系统 � � � � 图 6 � CFS#燃烧系统 CFS ∀和 CFS#燃烧系统在煤粉喷嘴出口处 推迟了一、二次风的初期混合,同时, 一次风内切 圆形成缺氧燃烧火球, 故 NOX 排放量降低, 这两 种技术成功应用在妈湾、珠江工程。其中,妈湾工 程1 号锅炉性能考核试验 NOX 排放量只有 551 mg/ m3,完全满足国家环保 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 NOX< 650 mg/ m3的要求。 两者比较而言, CFS ∀有加剧炉内旋转动量 的趋势,这意味着炉膛出口烟气的残余旋转强烈, 容易造成较大的炉膛出口烟温偏差; CFS #则向 炉内加入了一定量的旋转动量, 使炉膛出口烟温 趋于均匀,减小烟温偏差。对含黄铁矿较高、易结 焦的煤种, 采用 CFS ∀、CFS #或两者组合均能减 轻结焦趋势,保持炉膛清洁,保证锅炉机组安全运 行。 5 � 分级送风燃烧技术 所谓分级送风燃烧技术即将部分二次风移到 燃烧器最上端, 并拉开适当距离,从而造成下部主 燃烧区的过剩空气减少, 使其处于缺氧燃烧状态, 形成还应性气氛。然后, 在上部二次风(习惯称 OFA)的加入下进一步燃尽,形成准双区燃烧,即 主燃烧区和燃尽区。主燃烧区缺氧是促使 NOX 还原成 N2 的有利因素。曾有人认为炉内温度越 高,则热力型 NOX 生成量越多,其实此种观点是 不全面的。只有当空气过剩系数�> 1时, 炉内温 度越高,热力型 NOX 生成量才越多;而当燃烧区 �< 1时, 温度越高, 越能促进生成 NOX 的反应逆 向进行,减少 NOX 生成量,试验也证明了这一点。 此外, 保持主燃区还原性气氛时间越长, NOX 越 能得到还原,四角切向布置燃烧器的 NOX 生成量 明显少于墙式布置, 也充分验证了这一观点。 国内的锅炉制造厂家在分级送风燃烧技术的 应用上是有成功经验的, 仔细研究哈锅公司 670 t/ h 煤粉锅炉的燃烧器, 不难发现, 在设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中 有许多是贯彻了分级送风的原理, 如焦作 200 MW 机组锅炉燃烧器,上二次风被拉开距离达 1. 2 m之多, 可谓分级送风的典范。 在300 MW 及 600 MW 机组锅炉燃烧设备 上也多采用了分级送风, 即所谓 CCOFA(与主风 箱一体的 OFA) , 可使主燃烧区的还原性气氛进 一步加强, 即进一步降低 NOX 生成量。目前已有 采用一层 SOFA(独立的 OFA喷嘴)的做法,即将 原 CCOFA拉开较大距离。采用二层 SOFA存在 一定难度, 原因是此时为保证飞灰可燃物不至于 过分升高,需将煤粉磨得更细一些,对中速磨则要 求其加装动力分离器,目前我国尚无此型磨煤机。 6 � 结论 毋庸置疑, 污染物排放造成全球气候变化和 臭氧层破坏已成为国际社会普遍关注的一个热 点。我国是联合国∃气候变化框架公约%的签字 国,发展煤的清洁燃烧技术,减少 NOX、SOX 和烟 尘排放,防治酸雨污染,是实现煤燃烧技术可持续 发展的重要组成部分, 也是促进我国以煤炭为主 的能源系统向保护环境、可持续发展的模式转变 的战略组成部分。 在追求燃烧器综合性能优良的前提下, 在对 大容量机组燃烧器进行优化组合时,选用低 NOX 燃烧技术,并使之有机地组合在一起,完全可以达 到既有较高的燃烧效率, 同时又清洁燃烧,满足环 保要求的目的。 参考文献 [1] 胡君,李伟,路野,等. ABB- CE燃烧器的改造[ J] .黑龙江电 力, 2000, 22( 3) . (编辑 � 周乃文) 82 Vol. 26, No. 1 � � � � � � � � � � � Heilong jiang Electric Pow er � � � � � � � � � � � � Feb. 2004