电站锅炉低氮燃烧技术原理.ppt

电厂锅炉低NOX燃烧技术的探讨 长海电厂锅炉分部 纪晓兵 邮箱：JXB3180@163.com 2013.4.10 燃煤燃烧过程中排放的NOX气体是危害大，且较难处理的大气污染物，它不仅刺激人的呼吸系统，损害动植物，破坏臭氧层，而且也是引起温室效应、酸雨和光化学反应的主要物质之一。我国是燃煤大国，开展对降低NOX排放的治理具有十分重要的意义。 国内外在降低锅炉NOX排放方面进行的工作大致可分为以下3个方面： （1）锅炉燃烧技术的改进。 （2）无催化情况下向炉内喷氨水。 （3）有催化物的氨水喷射系统。 后两类技术都是在锅炉燃烧生成NOX以后，用氨来还原NOX。这不仅增加设备投资和运行维护费用，还可能引起预热器等锅炉尾部受热面的堵塞等。因此，要降低NOX的排放量，更有效的方法是改进炉内燃烧状况。 燃烧技术的改进措施 目前，锅炉燃烧技术的改进主要有：低NOX燃烧器；分段燃烧技术；炉膛内降低NOX技术和烟气再循环等。有关资料表明，综合考虑NOX值和成本两个方面，使用低NOX燃烧器和炉膛内降低NOX是既经济又最有效方法。 炉膛内降低NOX技术包括： 采用分级混合燃烧，降低氧浓度和燃烧温度以及将燃烧器喷嘴出口燃料分为浓稀两相。在主燃烧器实行低氧，低温燃烧降低NOX生成。在燃烧器顶部设置燃烬风喷嘴（OFA），配以不同的风量，燃尽在主燃烧区低氧条件下产生的未燃气体和碳份。分级燃烧主要使燃烧完全和降低NOX排放为最佳。 采用分级配风的方法有： 在配风方式上使煤粉气流与“二次风”气流的混合燃烧分为两个“区域”进行。在一次燃烧区内煤粉是在“缺氧”（一般控制空气系数n＝0．7～0．75）的工况下进行着火燃烧。一次燃烧区中未燃尽的煤粉颗粒（焦碳）与余下的燃烧空气（分级二次风）在二次燃烧区进行混合、燃尽。 燃烧器主风箱中设置一定数量的富裕喷嘴，当烟气中未燃物上升到排放标准以上时，分别投入运行。 控制送入炉膛的燃料和风量分配均匀，通过测量把燃料偏差控制在5％以内，风量偏差在10％以内，达到优化燃烧，降低NOX的目的。 用煤粉再燃降低NOX的技术 煤粉再燃燃烧技术机理 燃料燃烧过程中，将燃烧分成3个区域：一次燃烧区，为氧化性或稍还原性气氛；在第二燃烧区，为还原性气氛，将二次燃料送入，则生成CH基团，这些基团与一次燃烧区内生成的NO反应，最终生成N2；这个区域通常成为再燃烧区，二次燃料别称为再燃燃料，最后送入二次风，使燃料完全燃烧，因此，成为燃尽区，这就是再燃烧技术的机理。 再燃燃料的选取 根据再燃的原理，再燃区的还原性气氛中最利于NOX还原的成分是烃（CHi），因此，选择二次燃料时应采用能在燃烧时产生大量烃根而又不含氮类的物质。丙烷和其它燃料相比，能最有效地降低NOX，这是因为丙烷能产生大量烃根而没有额外的氮类成分。而在所有燃料中，氢气降低NOX的效果最差，因为它本身不能产生烃根是用天然气、油和煤作为二次燃料时降低NOX浓度效果的比较。显然，天然气是最有效的二次燃料。研究还表明，气态烃燃料还原NOX的能力随着烃分子中碳原子数目的增加而增加，因此，气态烃是最好的二次燃料。 再燃燃料作为二次燃料，一般是在还原性气氛中燃烧，对于锅炉炉膛来说，一般都是在炉膛的燃烧区的上部，因此，再燃燃料必须易着火，易燃尽。 三次风煤粉作为再燃燃料的可能性分析，改进的成本的运行的安全性都不方便。根据测试发现，三次风煤粉粒度比一次风煤粉粒度明显要小（如表1所示），易着火，易燃烬，比较适合再燃燃料的要求。 锅炉再燃降氮技术 另外，对于锅炉膛内的燃烧工况而言，当三次风投入时，相当于增设了顶部燃烧区，实行分级燃烧，在燃烧器区域形成富燃区，三次风喷嘴附近形成燃尽区，使排放量降低，此外，含粉三次风还可起到还原已生成NOX的作用，使NOX进一步下降。当然，使用三次风细粉再燃降低NOX的方法也会出现一定的问题，如磨煤乏气中煤粉燃烧火焰长度不足，飞灰可燃物含量增加，火焰中心上移，引起出口结渣，过热器超温等不良现象。 但是通过改造三次风将其作为再燃燃料送入炉膛，实行再燃烧技术还是值得研究的。由于三次风含粉量较少(占总粉量的10%-15%)，为满足再燃区过量空气系数a21的要求，必须对三次风进行浓缩。只要浓缩后的三次风喷入炉膛后，形成富燃料的二次燃烧区(即再燃区)，就可生成大量CH基团，这些基团与主燃烧区生成的NOX发生反应，最终生成N2，即可降低NOX的排放量。这就是说，将原有的燃烧方式改造成再燃燃烧方式。这对我国大量的中间储仓式热风送粉锅炉是值得考虑的。