3燃煤电厂锅炉降低NOx排放的燃烧技术措施

第三章常规燃煤电厂低氮氧化物NOX燃烧技术长沙理工大学能动学院热动教研室田红3.1概述一、氮氧化物排放的现状和限制（指NO和少量的NO2，N2O，N2O3）1.现状我国大型常规燃煤电站锅炉的实际排放浓度范围为500—2000mg/m3，液态排渣燃烧方式较固态排渣高，低挥发分的煤较高挥发分的高，旋流燃烧器较直流燃烧器高。2.限制2004年1月1日开始实施国家环境保护总局与国家质量监督检验检疫总局2003年12月30日颁布底《火电厂大气污染物排放标准》。干燥无灰基挥发分含量在10%以下，氮氧化物排放浓度为1100mg/m3;干燥无灰基挥发分含量在10%～20%之间，氮氧化物排放浓度为650mg/m3;干燥无灰基挥发分含量在20%以上的，要求氮氧化物排放浓度为1100mg/m3。二、控制氮氧化物排放的技术1.低NOx排放燃烧技术特点:通过对运行方式的改进或对燃烧过程进行控制，来抑制燃烧过程中NOx的最终排放量。比较简单、易行，初投资较低，运行费用也低得多，但降低NOx排放的幅度受到一定的限制。2.脱除NOx的烟气净化技术特点：将在炉内燃烧过程中已生成气体污染物NOx，通过烟气处理的技术措施来大大降低NOx排放量。大幅度地降低烟气中NOx排放浓度，但初投资大，运行费用高。3.2煤燃烧中NOx生成机理和降低NOx排放的理论依据1、NOx的生成机理NOx的生成机理有三种：温度型NOx，燃料型NOx，快速温度型NOx。（1）温度型NOx:是指空气中的氮在超过1500摄氏度的高温下，发生氧化反应，温度越高NOx的生成量越多。（2）燃料型NOx:是指燃料中的氮受热分解和氧化生成NOx。进一步说，主要指挥发份中的氮化合物生成NOx，其占NOx总量的80～90%，这部分NOx在燃烧器出口处的火焰中心生成。（3）快速温度型NOx:是指空气中的氮和碳氢燃料先在高温下反应生成中间产物N、NCH、CN等，然后快速与氧反应，生成NOx。这部分NOx占NOx总量的5%。一、锅炉燃烧运行参数的改进1.1低过量空气系数运行低过量空气系数运行可以抑制NOx的生成量，对降低燃料型NOx尤其有效，锅炉排烟损失也相应减低。1.2降低燃烧器区域的火焰峰值温度根据降低NOx生成的基本原理，降低燃烧器区域的火焰峰值温度可以抑制NOx的生成量，可行的技术措施主要有以下两种：（1）燃烧器区域的烟气再循环。（2）降低预热空气温度。1.3部分燃烧器运行方式3.3降低NOx排放燃烧技术措施燃烧温度下降，燃烧速度降低，生成热力型Nox主燃烧区（富燃料区）还原气氛，NO被还原N2,燃料型Nox降低燃尽区：富氧燃烧，火焰温度较低，热力型NOx降低。二、燃烧空气分级技术1、空气分级技术的基本原理2、实施空气分级技术的主要影响因素（1）空气分级燃烧技术会对锅炉的燃烧带来一些不利的影响因素，如：①飞灰可燃物含量有可能增加，使燃烧效率降低；②加剧水冷壁结渣和金属高温腐蚀的可能性；③炉膛出口烟温升高，会对过热气温和再热汽温特性带来影响。（2）主要影响因素：富燃料区的过量空气系数3、燃烧器上的空气分级（1）直流燃烧器特性：1．不旋转，射流扩展角小，卷吸能力小，单只燃烧器着火性能差，炉膛充满度差；2．射流衰减慢，射程远，后期混合好，利于煤粉燃尽；3．采用四角布置，相互配合时，相互点燃，着火好，混合强烈；4．多层布置（不少于三层）。一种是偏转的二次风切圆与一次风切圆的旋转方向相同；一种则是将二次风偏转一定角度后，与一次风形成同心反切圆。①同轴燃烧技术（CFS）将二次风向外偏转一个角度，形成一个与一次风同轴，但直径较大的切圆。两种形式：②浓淡煤粉燃烧技术PM型燃烧器：在燃烧器内将煤粉气流分为浓度气流和煤粉气流。浓煤粉气流在上，淡煤粉气流在下。宽调节比燃烧器：实际上也是一种浓、淡型煤粉燃烧器。这种燃烧器的主要性能是在低负荷下，不投油仍然能稳定燃烧。故其对锅炉负荷变化时的燃烧调节范围比较宽。A—PM型浓淡浓燃烧器：主要技术是将原来的PM型浓、淡燃烧器改进为A-PM型浓、淡、浓燃烧器，传统的旋流燃烧器比四角直流燃烧器的NOx排放量高得多。（2）旋流燃烧器煤粉气流或热空气通过旋流器时，发生旋转，从喷口射出后即形成旋转射流。利用旋转射流，能形成有利于着火的高温烟气回流区，并使气流强烈混合。空气分级上克服旋流燃烧器一、二次风过早强烈混和的问题，避免易形成高温、富氧的局部环境。主要是以双调风旋流粉燃烧器为基本形式。双调风煤粉燃烧器的特点：是以燃烧器的出口实现空气逐渐混入煤粉空气气流，合理地控制燃烧区域空气与燃料的混合过程，以阻止燃料氮转化为NOx和热力型NOx的生成量，同时又保证较高的燃烧效率。三、三级燃烧技术1、降低NOx排放的基本原理采用燃料分级燃烧时，在炉膛内可以近似地划分为三个区域：主燃烧区、再燃还原区和燃尽区。（1）主燃烧区。这是主要的燃料释热区，约80%的燃料总热量在该区释放出来。主燃烧区在a＞1的燃烧状态下运行。（2）再燃烧与炉内还原区。20%的再燃燃料喷射到主燃烧区的下游，形成欠氧的还原区。（3）燃尽区。这是炉膛内的最终燃烧区，空气加入该区造成富氧状态（a＞1），以促进所有剩余的燃料燃尽。新型低ＮＯx旋流式燃烧器新型低ＮＯx旋流式燃烧器是在燃烧器一次风管中设置调节杆，一次风管出口装有环形稳焰器，在环形二次风管内装有隔板。2、影响燃料再燃烧和还原NOx的因素（1）再燃燃料种类。(2)再燃区停留时间：再燃区停留时间一般在04～07ｓ。（3）再燃煤粉的粒度。（4）燃料的反应性。（5）再燃燃料的比例。（6）再燃区的位置和温度。（7）再燃区的过量空气系数。（8）再燃燃料的输送介质。3.4NOx排放控制技术改造存在的问题与对策根据降低NOx生成的原则组织燃烧的技术是与组织强化高效燃烧的传统观念相矛盾的。因此，采用低NOx燃烧技术设计新的煤粉锅炉，或者在实施控制NOx技术改造时，会不同程度地遇到以下问题：（1）较低温度、较低氧量的燃烧环境势必以牺牲燃烧效率为代价。（2）引起水冷壁管金属腐蚀的潜在可能性；（3）着火稳定性下降和锅炉低负荷燃烧稳定性下降；（4）可能会造成炉膛出口烟温偏高。采取措施：（1）采取多种先进的低NOx燃烧技术的合理组合方式；（2）加强各个燃烧器的风粉配平、计量与运行监视工作（3）分别控制燃烧器区域和炉膛出口的过量空气系数；（4）提高煤粉细度，以提高着火稳定性和降低飞灰含碳量（5）注重监视燃烧器区域炉壁附件的氧浓度（维持O2＞1%—2%）与CO的浓度（维持CO＜0.2%，以避免水冷壁管金属发生腐蚀。