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200MW机组锅炉低氮燃烧调整方法
发布时间：2013-08-31 08:05 来源：未知
2009年8月iR起，广东省环境�；ぞ终绞凳└哂诠甑摹痘鸬绯Т笃廴疚锱欧疟曜肌�，对氮氧化物排放浓度限值做了新要求。某厂200MW机组属于第1时段（1996年12月31日前投产），氮氧化物排放浓度限值为800mg/m3。加上广东省电网已实行节能发电调度排序，污染物排放越少，调度排序越靠前。从经济性考虑，为了少缴纳排污费，减少被调峰次数，对在役200MW机组锅炉采取一定的低氮燃烧措施越来越引起各方重视。
1、低氮燃烧理论基础
氮氧化物NOx是燃煤电厂烟气排放三大有害物(S02，NOx及总悬浮颗粒物TSP)之一。从污染角度考虑的氮氧化物主要是NO和N02，统称为NOx。随着我国对SO：治理工作地不断深入，NOx可能取代S02成为我国大气酸性降雨的主要污染源。在绝大多数燃烧方式下，主要成分是NO，约占NOx的90%多。NO是无色、无刺激气味的不活泼气体，在大气中的NO会迅速被氧化成N02。NO2是棕红色有刺激性臭味的气体。NOx可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，较易受二氧化氮影响，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂�。
1.1氦氧化物生成原理及其影响因素
燃煤锅炉生成的氮氧化物(NOx)主要是NO和少量的NO:，NO占有90qo以上，N02占5—10%。对于煤粉炉(炉内温度低于2000K)，NOx生成类型有3种：燃料型最多，约占总量75—80%；热力型次之；快速型最少，不作讨论。
(1)燃料型NOx，是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解，并进一步氧化生成的（同时还伴随NO的还原反应）。影响燃料型NOx生成的因素主要是煤质（含氮量、挥发分、燃料比等）与燃烧设备运行参数两方面的因素。锅炉燃烧运行方面的因素主要是燃烧区的氧浓度（即过量空气系数a）和火焰温度等。a越高，烟气中氧含量越高。研究表明，燃料型NOx生成速率与燃烧区的氧气浓度的平方成正比。
(2)在高温环境下，由空气中的氮氧化生成的NOx称为热力型。热力型NOx主要的影响因素是温度和反应环境中的氧浓度。温度对生成速率的影响呈指数函数关系(正比于t-o.s)。在1350C以下时，热力型NOx生成量很少，但随着温度的升高，NOx生成量迅速增加，当温度达到1600℃时，熟力型NO。生成量可占炉内NOx生成总量的25～30%。研究表明，热力型NOx生成速率与氧浓度的平方根成正比。阵低火焰峰值温度，降低最高温度区域的局部氧浓度，降低燃料在最高温度区域的停留时间，是抑制热力型NOx生成的基本策略。
1.2低氮燃烧技术简介
氮氧化物控制技术可分为两大类，即燃烧中控制技术和燃烧后控制技术。出于200MW脱硝成本考虑，这里只介绍几种常用的燃烧中控制技术：
1.2.1低NOx燃烧器
低NOx燃烧器是根据NOx的形成机理，通过特殊设计的燃烧器结构，以及通过改变燃烧器的风煤比例，可以将空气分级、燃料分级和烟气再循环降低NOx浓度的原理应用于燃烧器，以尽可能地降低着火区氧的浓度，适当降低着火区的温度，达到最大限度地抑制NOx生成的目的。因此，低NOx燃烧器不仅要能保证煤粉着火和燃烧的需要，而且要能有效地抑制NOx的生成。根据所采取的措施的不同，各种不同类型的低NOx燃烧器可以达到的NOx降低率一般在30~60%。一般低NOx燃烧器可使烟气中的NOx减少48%左右，加上分级燃烧后，总的NOx可减少68%左右。低NOx燃烧器不仅能保证煤粉着火和燃烧的需要，并且能有效地抑制NOx的生成。由于低NOx燃烧器能在煤粉的着火阶段就抑制NOx的生成，可以达到更低的NOx排放量，因此低NOx燃烧器得到了广泛的开发和利用。
1.2.2空气分级燃烧
空气分级燃烧法是目前使用最为普遍的低NOx燃烧技术之一。空气分级燃烧的基本原理为：将燃烧所需的空气量分成两级送入，使第一级燃烧区内过量空气系数在0,8左右，燃料先在缺氧的富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，因而抑制了热力型NOx的生成。同时，燃烧生成的CO与NO进行还原反应，以及燃料N分解成中间产物（如NH、CN、HCN和NH3等）相互作用或与NO还原分解，抑制了燃料型NOx的生成。在二级燃烧区内，将燃烧用的空气的剩余部分以二次空气输入，成为富氧燃烧区。此时空气量虽多，一些中间产物被氧化生成NO。但因火焰温度低，生成量不大，因而总的NOx生成量是降低的，最终空气分级燃烧可使NOx生成量降低30—40qo。当采用空气分级燃烧后，火焰温度峰值明显比不采用空气分级燃烧时降低，故热力型NOx降低。燃烬风(OFA)是燃烧室内空气分级燃烧的一种基本形式。
1.2.3燃料再燃技术
即利用碳氢化合物降低NOx排放。早期实验发现，将甲烷(CH4)在主燃烧区的下游（紧贴主燃烧区的地方）作为燃料喷入的话，可以使NOx的排放降低50%。
此外，还有烟气再循环、低过量空气燃烧、浓淡偏差燃烧等技术。
2、低氮燃烧改造实例
此外，广州某电厂2台300MW机组配套SC -1025/16.7 -M313UP型直流燃煤锅炉，采用空气分级、结合二次风燃烧器偏转技术，对燃烧系统进行改造。改造后．NOx排放浓度由850.37mg／m3下降到437.5mg/m3，降低了48.55%。改造前，年均排放氮氧化物10800t，缴纳排污费640万元。改造后，年节约排污费252万元。改造总费用为655.51万元，约2年7个月收回改造投资。
3、低氮燃烧调整方法
3.1某厂200MW机组锅炉设备简介
某厂的1、2、3号火力发电机组配套锅炉均由哈尔滨锅炉厂生产，于上世纪八十年代末投产，型号为HC-670/140-13型超高压参数带一次中间再热单汽包自然循环锅炉，π型布置，四角切圆燃烧，设计煤种为山西混煤，固态排渣。制粉采用中速钢球磨，正压直吹式系统。四角布置直流式燃烧器，配风方式如下表：
2009年度氮氧化物排放量约1.65g/kWh，按照每排放lkg氮氧化物缴纳0.63元排污费计算，是笔不小的开支．
3.2调整方法
(1)不改造现有设备。合理配煤使煤种含氮量降低，使用低过量空气燃烧技术，可以在一定程度上降低NOx捧放。
有文献指出，对固态排渣炉而言，有80%的NOx是由燃料中的氮生成的。某厂的设计煤种应用基氮为0.91%，现阶段经常燃烧的神华煤约为0.7%，印尼煤约为0.77%，应尽量使用含氮量低的单一煤种作为燃料，或通过配煤降低燃料氮含量，以减少烟气捧放中的氮氧化物。
此外，在维持负荷、配风、磨煤机组合不变的前提下，调整过量空气系数也是一种可行的方法。这是由于过量空气系数降低，则燃烧区域氧量降低，颅内燃烧温度降低，热力NOx生成量减步：同时，燃烧区域氧浓度的降低也减少了燃料中氮的中间产物与氧反应的可能性，燃料NOx的生成量随之减少，所以总的NOx排放量减少。但是，随着入炉总风量的降低，飞灰可燃物显著上升，燃烧效率也降低了。两方面因素综合考虑，需要在一个有限范围内多次试验，精心调整，才能找到一个既降低NOx排放又不影响锅炉效率的合理过量空气系数。
(2)改造现有设备。在200MW机组上试验成功的低氮改造方案众多，其中一些改造方案能兼顾200MW机组被调峰时的低负荷条件下稳燃要求和低氮排放要求，一举两得。下面举一改造实例，以测试数据说明调整方法。
一台200MW发电机组配套的670t/h锅炉，原设计煤种是贫煤，四角切圆燃烧，燃烧器配风为一次风集中布置，采用上下两组，自上而下分别为三、二、一、一、二，油配风器、二、一、一、二。现采用优质烟煤，对燃烧器进行改造，采用均等配风燃烧器，配风方式自上而下改为三、二、一、二、一、二、油配风器、二、一、二、一、二。通过燃烧调整试验，锅炉性能试验和污染物排放试验，考察改造后运行工况对NOx排放浓度的影响：
锅炉负荷：锅炉负荷变化范围均为90~200MW，燃用三种不同的煤种，NOx排放浓度均随负荷升高而增加。锅炉负荷提高，炉内燃烧温度提高，会生成更多的NOx;而同时，氧量减少，NOx随之减少。从试验数据看，氧量的影响不及温度，两种因素同时作用的结果是NOx增加。
热风温度：热风温度由307℃增加到331C，排放浓度由549mg/m3提高到652mg，m3。炉内温度提高，着火提前，挥发性氮转化为NOx，且热力型NOx生成更多。故低温燃烧较好。
制粉系统投运：制粉系统通过三次风的不同配风运行方式左右NOx的生成。试验数据证明制粉系统全投时，NOx排放最低。这是由于三次风投运时，其它配风尤其是二次风会相应减少，相当于增加燃尽风或分级燃烧。且三次风温度较低，利于降低相应区域温度水平。
燃烧器配风方式：试验中，集中配风燃烧器NOx排放数据始终小于均等配风。因为集中配风使得燃烧前期煤粉浓度相对集中，形成缺氧燃烧，热力型NOx不易生成，燃料型NOx易分解，己生成的部分NOx被还原。而均等配风相对无缺氧燃烧的效果。
煤粉浓淡：改造前的一次风喷嘴为普通方形，改造后，其中两层一次风喷嘴使用浓淡燃烧器。浓淡燃烧相当于燃烧前期煤粉浓缩，降低NOx排放的道理与上一条相同。
以上是通过理论和实例得出的调整方法，煤粉锅炉的NOx排放还与其它因素有关，如炉膛固有结构决定的容积热负荷、煤粉细度等，但出于方案可行性、改造成本与效益考虑，就不再做过多论述。此外，一些文献称在线测量技术能更精确的进行燃烧调整，减轻了运行人员的调整操作强度，效果良好，值得关注。
国家“十二·五”能源规划中，将氮氧化物排放作为继脱硫之后的下一个重点进行控制。对于目前仍在运行的200MW机组，综合机组寿命、改造成本、施工难度、操作简易性、维护成本等因素，及节能发电调度排序的影响，应及早着手准备脱氮实施方案，避免发生边际效应，让200MW机组创造出更多、更久的经济效益，富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂稀�
