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410t/h锅炉低NOx燃烧器改造及运行优化
发布时间：2013-10-13 08:36 来源：未知
0、引言
国华北京热电分公司4台锅炉为哈尔滨锅炉厂设计的410t/h煤粉炉，原设计使用大同混煤，后改为神华和准格尔的混煤，煤质分析见表1。炉膛断面为9800 mmx9800mm，由膜式水冷壁组成。顶棚管中心线标高39000 mm，锅筒中心线标高42600 mm，运转层标高9000mm，燃烧器布置在13～16m标高之间。燃烧方式为四角喷燃切圆燃烧，均等配风，一次风喷嘴分为3层，制粉乏气作为三次风从燃烧器上部送入炉膛，采用单层燃烬风。
锅炉NOx原排放量基本在650—800 mg/m3(以下数值均换算到标况下)。近年来国家对于环境质量日益重视，北京市对燃煤发电厂环保排放提出了新的要求，而国华北京热电分公司锅炉的NOx排放大大超过了北京市即将出台的200mg/m3的标准。
为了满足北京市对于燃煤锅炉NOx的排放要求，将4台锅炉的燃烧器改为低NOx燃烧器，并将燃烧器的布置进行了改动。改造后，锅炉按照改造前的运行方式，锅炉烟气中NOx的排放浓度明显下降，由改造前的超过600mg/m3下降到400mg/m3左右。在此基础上，根据NOx生成机理结合改造后设备的特点，对锅炉进行了燃烧调整试验。富通新能源生产销售生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料，同时我们还有大量的杨木木屑颗粒燃料和玉米秸秆颗粒燃料出售。
1、NOx的生成机理
燃煤锅炉烟气中NOx的构成原因目前在学术界一般认为由以下3个主要部分。
1.1热力型
一般认为这部分NOx主要由空气中的N2在高温下与02发生反应生成，其反应方程式如下：
N2+02=2NO
该反应在温度<1350℃时不会发生，但是当>1350℃时，每升高lOO℃，NOx的生成量将成倍增加，这部分NOx占总排放量的5%～15%左右。
1.2 瞬时反应型
在高温条件下空气中的N2与02在“偶然”碰撞中发生反应生成NOx，约占总生成量的5%。
1.3燃料型
燃料中的N元素，送人炉膛燃烧，受热后会随着挥发分的释放而产生大量的含N基团，如N，CN，HCN，NHi等，这些中间产物很不稳定，反应活性很强，遇到02极易发生反应生成NOx，但是在缺氧的气氛中，这些中间产物则会彼此之间发生反应生成N2。
随挥发分释放的含N基团一般认为也是跟温度环境有关，周围烟气环境温度越高，释放的基团越多，生成的NOx也就越多，周围烟气环境温度越低，随挥发分释放出来的基团越少，生成的NOx则越少。
2、低NOx燃烧器改造
利用目前国内外广泛采用的燃料分级和空气分级技术，通过对燃烧器的改造，达到燃料和空气双分级的目的，通过调整风粉在炉膛空间的配置，来实现降低NOx排放的目的。各喷口改造前后位置对比见表2和图1。
燃烧器宽420mm．总高度为6162mm。再燃喷口布置在15 862 mm标高处，中心到屏底的距离为13.3m。
将炉膛从下往上依次分为主燃区、再燃区和燃烬区3个部分。在主燃区送人75%的燃料在过氧条件下进行充分燃烧。再燃区将其余25%的煤粉燃料送人，并控制燃料／氧化学当量比<1．形成还原性气氛，再燃燃料与主燃烧区生成的NOx进行还原反应，最终生成N2。在燃烬区加入其余空气，过量空气系数恢复到正常值(a=1.15，氧量2.7%)，使未完全燃烧产物充分燃烧，以保证燃烬效果。主燃区低氧分级燃烧：在组织燃烧时，结合空气分级燃烧技术、低氧燃烧技术，并采用浙江大学自主研制的煤粉浓淡稳燃及低NOx燃烧技术，同时减少热力型和燃料型NOx的生成，使NOx生成总量大幅度降低，并有效减少炉内结渣现象。
3、燃烧调整试验
改造后，额定负荷410t/h工况，各层二次风风量相同的情况下，实测得锅炉尾部烟气中NOx的浓度为400～450mg/m3。
为了研究改造后锅炉的性能及风、粉的调节与NO。排放之间的规律，进行了燃烧调整试验，考察了不同制粉系统投运方式、燃烬风率等运行参数对锅炉效率及NOx排放的影响。
3.1制粉系统运行试验
每台锅炉配2套中储式制粉系统，每台排粉机出口对应1层三次风喷口，三次风分上下2层布置。为了考察在相同负荷下三次风对NOx排放量产生的影响，在410 t／h负荷下进行了双磨、单磨和无磨3种工况试验。具体试验数据如表3所示。
由表3可见，在双磨、单磨和无磨的运行工况下，NOx排放量依次降低。这主要是因为三次风中煤粉浓度较低，而氧量充足，三次风所带煤粉从燃烧初期就在富氧的条件下燃烧，而且三次风所在的位置也是热负荷比较高的部位，温度较高，因此易生成大量NOx，这部分生成的主要为燃料型NOx。磨煤机投运越多，由一次风携带出来的煤粉相应减少，三次风量就越大，故而NOx生成量就越多。
3.2燃烬风开度调整试验
为了考察不同燃烬风量在满负荷状态下对NOx排放的影响关系，在410t／h负荷下保持总风量和下二次风风量不变，上层二次风全开，通过调整中间2层三次风风门开度和燃烬风开度来实现对燃烬风率的调整。试验数据参见表4。
从表4可以看出，随着中间2层风门的关小和燃烬风门的开大，燃烬风率增大．NOx排放呈现出先降后涨的趋势，为了验证此规律非偶然因素所致，特安排做了2次重复性试验，规律都一致。改变燃烬风门开度对NOx排放的影响很大，燃烬风门开度控制在80%左右为宜。
减小中二次风和上二次风风门开度，降低这2层二次风风量，将使下层喷燃器和第2层喷燃器出来的煤粉相对处于缺氧的环境中燃烧，可以有效地减少燃料型NOx的生成。而增大燃烬风则可以使下2层未完全燃烧的煤粉获得燃烬的补充，从而使燃烧更加完全。
神华煤挥发分高，是一种易燃煤种。易燃特性导致神华煤燃烧过快、过分集中，局部区域（燃烧器区）热负荷偏高，为热力型NOx的生成客观上创造了有利的条件。在>1350℃的条件下，温度每升高100℃，NOx的生成将成倍的增加。因此，在试验中减少中二次风和上二次风风量，可以起到延缓煤粉燃烧的目的，使燃烧在炉膛的垂直方向上更为均衡，热负荷更为均衡，减轻局部热负荷过高的压力，从而减少燃料型和热力型NOx的生成。此次燃烧器的改造根据这一原理，将燃烧器的距离在垂直方向拉大，也是为了均衡热负荷在垂直方向上的强度，从而起到降低NOx生成的作用。由于炉膛热负荷的分散，燃烧器区域附近水冷壁结渣也得到缓解。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂鲜强突遣淮淼难≡�。
4、运行策略
4.1制粉系统的运行调节
从以上试验数据可以看出，无磨和单磨运行时NOx的排放是较低的。因此在实际的运行中，运行人员应该合理地配置制粉系统的运行方式，尽可能采取无磨和单磨运行方式，减少三次风带粉。比如在锅炉负荷比较低的时候(<310t/h)，应该使制粉系统保持最大出力，提高粉仓粉位，创造停磨时间；在高负荷时，应该尽量减少三次风带粉量。
4.2给粉的调节
应该尽量考虑提高下2层给粉机转速，让下2层给粉机多带粉运行，尽量减小上层给粉机转速，在负荷较低时，可以停止1—2个上层给粉机的运行。增加下2层给粉后，通过二次风的调节，刻意创造出下面2层给粉缺氧燃烧的氛围，使下2层给粉的燃烧滞后，从而降低该区域的热负荷，抑制NOx的大量生成。
由于在改造中将下一次风位置下移605 mm，下层喷燃器出来的煤粉燃烧空间减少，如果下一次风煤粉增加过多，下二次风将托不住下层煤粉，下层煤粉将大量掉落在冷灰斗，渣含碳量将增大，未完全燃烧损失也将增大。因此，在运行过程中，可以考虑增加第2层给粉机的转速，减少第1层给粉机转速。运行中，根据不同的负荷可以将下层给粉机与第2层给粉机转速偏差设定为5%～15%。实际试验证明，2层转速的偏差调节可以使NOx降低10～20 mg/m3。
4.3二次风的调节
二次风的调节是降低NOx运行调节的关键，一般认为，创造还原性燃烧环境可以有效减少燃烧过程中燃料型NOx的生成。在实际运行中，由于下二次风要起托火的作用，不能关得太小。在此条件下，可以通过减少中二次风和上二次风的风量，配合下2层给粉的增加，使下2层燃烧器所处燃烧区煤粉的燃烧处于相对缺氧的还原性气氛，从而达到降低燃料型NOx生成的目的。表5是不同锅炉负荷和磨煤机组合工况时，各层二次风小风门开度的推荐值。
4.4锅炉出口氧量的控制
锅炉出口氧量是表征燃料在炉膛里燃烧是否充分的参数。出口氧量过高将导致排烟损失增大，而且燃料在高氧量下燃烧将对NOx的生成产生负面的影响，但是过低的氧量会使飞灰可燃物含量增大，降低锅炉效率，所以在运行中，应该二者兼顾。
从低氧燃烧试验和以上的试验结果来看，在氧量大于4%时，NOx的生成大大提高，在额定工况下飞灰可燃物为1.5%～2.0%；当氧量小于2.5%时，飞灰可燃物迅速增大到3.5%～4.5%。最终确定炉膛出口氧量控制在2.7%～3.3%之间为宜，此时飞灰可燃物可控制在2.0%～2.5%。
5、结语
根据燃煤锅炉烟气中NOx的主要生成因素，利用燃料和空气双分级的技术，有针对性地对锅炉进行了低NOx燃烧器的改造，降低了燃烧器区域的热负荷强度，减少了热力型NOx的生成。改造完成后，通过燃烧调整试验确定了最佳运行方式，有效降低了NOx的排放，取得了良好的效果。
