低氮燃烧器原理

低氮燃烧器

沙角B电厂锅炉低氮燃烧器改造技术交流会

会议纪要

编号:ZLZ/KZP/ZHS/21/00

时间:2012年4月19日10:00 ~11:00

4月20日10:00 ~12:00, 13:00~16:20

地点:行政楼二楼会议室

主持人:朱林忠

与会者:集团:李凌阳

电厂:王鼎斐、陈德雄、李新强、匡真平、朱兴根、郑群华、黄忠明、李国洪、周华松 ABT:单杰锋等2人

国电龙高科(哈尔滨工业大学):孙悦、孙绍增、李争起等

中节环立为:熊亚东等

会议纪要:

4月19日在行政楼二楼会议室与国电龙高科(哈工大)工程人员进行技术交流,会议由电厂总工程师朱林忠主持。

龙高科提出在投标前为了更多地了解掌握B厂燃烧器数据,需要对燃烧器着火温度状况进行在线测试,希望临时拆除部分燃烧器中心筒部件。

经讨论,电厂同意临时拆除1号炉RA1、RA3燃烧器油枪,用于着火距离的测量。由效率部协调,机械、运行、策划安排配合。

4月20日在行政楼二楼会议室举行了电厂锅炉低氮燃烧器改造交流会,参与技术交流会的三家低氮燃烧器改造专业公司分别是ABT公司、国电龙高科(哈工大)、中节环立为(武汉)能源技术有限公司,现将会议有关内容纪要如下:

一、 ABT公司

1.1 ABT低NOx燃烧器技术特点:

· 采用剧烈燃烧方式降低污染物、未燃尽碳、CO和结渣;

· 剧烈燃烧,高亮度火焰,近着火点,喉部着火;

· 提高火焰稳定性和低负荷稳燃能力;

· 依靠燃烧器降低NOx,炉膛不深度分级。

1.2采用煤粉平衡器减少燃烧器内部煤粉和空气的不均匀,控制煤粉管道间以及 不同燃烧器

之间煤粉和空气的分布。

1.3 燃尽风可设置可调喷口,可不更换水冷壁管子。

1.4 ABT对利港电厂项目作了介绍。利港电厂#1炉采用ABT提供的燃烧系统,改造后满负荷

下NOx排放由改造前的约1200 mg/Nm3下降至约400 mg/Nm3,对锅炉两侧金属温度偏差降低也有一定作用,飞灰含碳量有所升高。

二、 哈工大--北京国电龙高科环境工程有限公司

2.1哈工大(中心给粉)径向浓淡旋流煤粉燃烧技术特点:

· 径向浓淡分离一次风。在一次风喷口之前管道内,采用经过详细研究和优化煤粉浓缩装置。煤粉与气流惯性分离,形成浓、淡煤粉气流浓度偏析,浓煤粉内层送入高温回流区燃烧。采用多通道双调风二次风布置。

· 浓淡燃烧器具有一次风着火早、火焰稳定性强特点,与燃尽风供入相配合, 对于改造锅炉

将使炉膛火焰燃烧中心适中,主燃烧器区上部采用高位燃尽风喷口,高速气流喷出方式采用中心直流风和外层旋流风组合的方式。调整两种风比例,可有效控制燃尽风和炉内气流混合均匀度,减少炉膛左右侧出口烟温偏差,有效控制出口烟温。

2.2 燃尽风喷口布置原则:煤粉颗粒由主燃区至燃尽区需大于最小停留时间;同时考虑现场布

置条件,确定距离燃烧器最上层燃烧器中心距离。

2.3哈工大技术人员针对我厂的燃煤状况、燃烧器运行状况和NOx排放规律,对锅炉进行了燃

烧调整和下层燃烧器回流区温度测量,并对实验数据进行分析、归纳,得出现燃烧器的运行和NOx排放规律,认为二号炉改造存在超温、飞灰含碳量高的问题主要是燃烧着火延迟,导致火焰上移。

2.4哈工大介绍了改造业绩情况

大唐国际乌沙山发电厂3号 600 MW超临界机组低氮燃烧技术改造项目,NOx排放

号炉(上海锅炉厂联合)。

三、中节环立为(武汉)能源技术有限公司

3.1 采用CEE的低氮前后墙旋流燃烧器技术特点:

· 主燃烧区浓淡分级燃烧——煤粉浓淡分离、外浓内淡、外细内粗——低氮生 成的强着火

稳燃特性(高温、高煤粉浓度、低氧、强混合)。

· 主燃烧器内外二次风射流的分阶段进入,风包粉及流场特性

· 专有及专利的W型燃烧器喷嘴结构,贴壁风技术、强化燃烧换热、保证缺氧燃烧的水冷

壁壁面氧量;对于浓淡分级燃烧、防止高温腐蚀具有特别重要作用

3.2 燃尽风喷口布置:大尺度双向空间分级燃烧,纵向垂直空间的主燃烧区与燃 尽区间隔5米左右 (300MW锅炉)。

3.3介绍了华电新乡发电有限公司660MW机组2#锅炉为适应多劣质煤种混烧的 技术改造项

目。该锅炉以往存在燃烧不稳、NOx生成高,严重结焦和燃尽差等问题。改造后NOx比改造前下降40%,常用劣质煤情况下660MW工况控制在500mg/Nm3以下,330-660MW工况NOx基本能控制在400-650 mg/Nm3工,且NOx控制过低时飞灰机大渣含碳量有所升高。改造后减温水量没有上升,没有出现改造引起金属超温及爆管问题。

会议认为,与各厂家的技术交流对低氮燃烧器的改造和后续完善是必要的,电厂相关专业部门负责提供所需的技术资料和运行数据。对于缺少的数据并需通过试验获取的,相关部门继续予以配合协助。

根据国电龙高科(哈工大)的要求,电厂后来又拆除了2号炉RA2、RA4燃烧器油枪,进行对比测试。通过温度测量,发现两台炉的着火距离存在较大差异:1号炉燃烧器800℃对应距离为0.6米,2号炉燃烧器800℃对应距离为1.1米。这些测试将为燃烧器改造设计提供重要依据。

朱林忠/电厂总工程师

抄报:刘钊/副总经理、金志力/总工程师、张晓清/电厂厂长、李坚隆/生产管理部长 抄送:运行总监、安全环保总监、值班主任、李新诚、与会者

低氮燃烧器分类

低氮燃烧器分类

燃烧器是工业炉的重要设备,它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程,因此,要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低NOx的燃烧技术,低氮氧化物燃烧器大致分为以下六大类: 第一.阶段燃烧器

根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器,使燃料与空气分段混合燃烧,由于燃烧偏离理论当量比,故可降低NOx的生成。

第二.自身再循环燃烧器

一种是利用助燃空气的压头,把部分燃烧烟气吸回,进入燃烧器,与空气混合燃烧。由于烟气再循环,燃烧烟气的热容量大,燃烧温度降低,NOx减少。

低氮燃烧器、防磨护瓦、中心筒、风帽 有需要的可联系我 电话:0635-2948222 13863557518 另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环,并加入燃烧过程,此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

第三.浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧,因而NOx都很低,这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。 第四.分割火焰型燃烧器

其原理是把一个火焰分成数个小火焰,由于小火焰散热面积大,火焰温度较低,使“热反应NO”有所下降。此外,火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间,对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。

第五.混合促进型燃烧器

烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一,改善燃烧与空气的混合,能够使火焰面的厚度减薄,在燃烧负荷不变的情况下,烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短,因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

第六.低NOx预燃室燃烧器

预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术,预燃室一般由一次风(或二次风)和燃料喷射系统等组成,燃料和一次风快速混合,在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物,由于缺氧,只是部分燃料进行燃烧,燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分,因此减少了NOx的生成。

以上低氮燃烧器分类由山东九鼎特钢铸造有限公司编辑发布的。禁止转载。

低氮燃烧器介绍12345

北京百得燃烧器有限公司研制出超低氮燃烧器 2013年起北京百得燃烧器有限公司(以下简称“我公司”)与国内知名院校合作,建立产学研试验平台,在消化吸收国外先进的燃烧理念和技术的基础上,加速推进国际领先的超低氮排放控制技术产品研制,进行多次CFD数字模型模拟实验、整合、调试、创新,成功研制出适用于首都乃至京津冀地区燃气锅炉的超低氮排放燃烧器(NOx≤30mg/m3)。

我公司研制成功的超低氮燃烧器(NOx≤30mg/m3)采用全预混燃烧技术,核心部件采用美国原装进口微米级金属纤维燃烧头和火焰控制单元,执行器选用欧洲知名品牌电磁阀组和辅助传感元器件,根据低氮燃烧原理和模拟数据,经过反复试验,目前在产学研试验平台已经初步完成从0.5T--10T系列产品的研发试验,排放监测数据基本全部达标,部分产品已获取认证。

本系列产品研制成功,标志着最新的超低氮燃烧技术成功进行了国内生产,排放指标达到国际及国内领先水平,可完全代替价格高昂的进口燃烧器。采用该产品,既可以对在用燃气锅炉进行超低氮(NOx≤30mg/m3)改造,也可以为新上锅炉进行定制配套。

如果是改造,过程中对原有锅炉燃烧机进行直接替换,不改动锅炉本体、不需加装锅炉尾部烟气循环装置、不需改动燃气进气管线,改造过程可靠、安全性高。 低氮改造技术咨询13520800979.

如果是为新上锅炉进行配套,在通用机型以外;可以配合锅炉厂家燃烧室尺寸以及背压等特点,为厂家提供专属机型,以降低锅炉金属耗材。

无论采用那种方式,产品供货周期将进一步缩短、产品价格大大降低,降低用户方面大量的资金支出,并提高了售后服务的时效和质量。

目前,产品已经形成三大系列:离心风机系列(1.4-4.2MW),轴流风机系列(2.8-7MW);大型分体机(7-29MW)系列。同时,公司技术中心还推出了专门为小型燃烧器超低氮氧化物改造配套的技术路线。

减少NOx排放是改善环境空气质量的需要 2012年国家新颁布的《环境空气质量标准》

(GB3095-2012)在调整环境空气质量功能分区方案的同时,还完善了污染物项目和监测规范,包括在基本监控项目中增设PM2.5年均、日均浓度限值和臭氧8h

浓度限值,收紧PM10和NO2浓度限值等。近年来的监测数据表明,典型特征污染物PM2.5出现较大超标比例和区域性长时间严重超标情况,改善环境空气质量面临巨大挑战。

国内外研究和治理经验表明,控制区域性PM2.5污染是一项难度非常大的系统工程,必须在综合分析基础上,提出有针对性的控制对策,才能有效缓解区域PM2.5污染。PM2.5包括一次排放和二次生成粒子两部分,以北京为例,二次粒子比例较高,特别是重污染时段PM2.5中二次粒子比例较常规时段明显增加。有观测数据表明,重污染发生时PM2.5与NOx的环境质量浓度变化呈现强相关、同步变化的特征。NOx是PM2.5的重要前体物,在形成过程中有两个作用:一是反应生成的NO3-是二次粒子的重要化学组分;二是通过光解链式反应生成O3,增加大气氧化性,提供将SOx、NOx氧化生成SO42-和NO3-的氧化剂。美国加州利用CAMQ模型模拟削减一次排放的NOx对PM2.5的影响,结果是每减少1吨NOx排放可减少约0.13吨PM2.5。北京最新研究结果表明,二次粒子是目前PM2.5的主要贡献者,且比2000年有明显上升,主要成分为水溶性离子(占53%)、地壳元素(占22%)、有机质(占20%)和元素碳(占3%),其他未知元素约占2% ,且NO3/SO4比例关系-2-

呈现增加趋势。水溶性离子中以SO4、 NO3和NH42--+为主,三者之和(SNA)占PM2.5的比例平均近50%,SNA的浓度贡献是造成PM2.5污染的主要原因。因此,减少NOx排放是改善空气环境质量的重要任务之一。

排放限值相对宽松,燃气锅炉NOx排放水平较高 根据全国燃气工业锅炉的检测统计分析结果,其中NOx排放质量浓度小于等于200mg/m的锅炉仅占35%,NOx排放质量浓度小于等于300mg/m3的锅炉占80%,NOx排放质量浓度小于等于400mg/m的锅炉占94%,即达标率为94%。但对于北京市目前150 mg/m3的限值只有约15%的燃气锅炉可以达标。北京市环境保护科学研究院对北京市丰台区的7台燃气工业锅炉检测结果表明,NOx排放浓度在102~181mg/m,均值138 mg/m,所有被检测锅炉未采取低氮燃烧技术或仅采取了最初步的分级燃烧控制技术。中国特种设备检测研究院对在中国销售的37个不同型号燃烧器(含油气两用)的NOx排放检测发现,燃烧器在合理使用状态下的NOx排放浓度为54~184mg/m3,均值浓度为116 mg/m3。基于低氮燃烧控制技术发展,美国南加州空气质量管理区2003年修订的燃气工业锅炉(不含石化)大气污染物排放标准,对燃气锅炉NOx给出了明确的排放限值并规定了达标时间表(详见表3-1),自2008年9月3333

5日所有燃气锅炉执行60mg/m限值(O2=3.5%);功率大于22MW锅炉自2013年1月1日执行10mg/m3限值(O2=3.5%);功率在6-22MW锅炉自2014年1月1日起执行18mg/m3限值(O2=3.5%),自2016年1月1日起执行18mg/m限值(O2=3.5%);功率在1.5-6MW锅炉自2015年1月1日起执行18mg/m3限值(O2=3.5%)。由此可见,我国燃气锅炉的NOx排放浓度较高,对燃气锅炉NOx排放控制还需进一步加严。

北京市燃气锅炉天然气规划用量快速增加,必须严控其NOX排放

燃气工业锅炉(不含发电用燃气轮机)4974台。燃气工业锅炉总出力27195蒸吨,占全市锅炉总出力的49.6%。北京市燃气工业锅炉容量普遍较低,容量范围以2-4t/h为主,其次为4-6t/h。

从目前国内燃烧器使用情况来看,进口燃烧器约占中国市场份额的90%且以欧洲品牌为主。2.8MW(含)以下常见的品牌有意大利利雅路、意大利百得;2.8MW以上的常见品牌有意大利利雅路、芬兰奥林、德国欧科、德国威索以及日本三浦的模块化拼装锅炉。模块化拼装锅炉的单台锅炉容量为2t/h~4t/h,对于实际容量使用变化有良好的适用性,可根据实际需要组合使用。由于扩散燃烧有助于火焰稳定,操作更加安全,33

目前无论欧洲、日本还是国内燃烧器企业主要采用此类技术,但由于其火焰内存在局部高温区,会产生相对较多的热力型NOx。

北京市0.7MW以上燃气工业锅炉容量分布 根据2012年环境统计数据,北京市固定燃烧源NOx排放总量为85331吨。2011年北京市天然气用量为73亿立方米,随着能源结构调整,未来天然气能源比重将显著增加。据北京市燃气集团燃气用量规划,预计2015年天然气用量达212亿立方米,2020年将达到350亿立方米,其中以工业锅炉作为消费终端的用量增长幅度最大,与2011年相比增加幅度超过200%(见图2-2)。未来燃气锅炉排放或将超过机动车,成为北京市NOx的首要污染源, 因此必须及早谋划,进一步加严排放标准,以有效控制其NOx排放总量。

北京市天然气使用量现状及规划

2.4 天然气低氮燃烧技术的发展应用为标准修订提供了技术保障

燃气低氮燃烧(器)工业应用技术分为以下四个阶段:第一阶段,早期燃烧技术的特点是在稳定燃烧的前提下提高燃料的燃尽率,对NOx的生成和危害认识程度则不高。第二阶段,随着燃烧控制技术工业化水平的提高以及环保部门对NOx控制要求的提出,工业

界开始认识到采用冷却火焰面温度的方法可有效降低NOx的生成。在这一阶段以分级燃烧为代表的低氮燃烧技术开始了大规模的应用,很好地应对了当时的NOx排放标准。由于分级燃烧不仅可以有效降低NOx生成,CO的排放水平也较低,因此该项技术直今在欧洲、中国、日本、南美仍被广泛使用。但是,分级燃烧对NOx生成量的控制水平差异较大,以EN676为例,根据燃烧技术装备水平的不同,NOx排放可分为三级:170mg/m3、120mg/m3和80mg/m3,分别适用于不同的排放标准。我国目前燃气锅炉NOx排放标准为400mg/m3,分级燃烧技术是目前国内普遍使用的NOx控制技术。

第三阶段,迫于环境空气质量改善的压力,美国南加州最先将NOx的排放标准提高至60mg/m,燃烧器工业界开始采用烟气再循环(FGR)对在用的燃烧器进行改造,这时经典的分级燃烧和烟气再循环组合技术开始得到广泛应用,并在一段时间内解决了NOx标准加严的问题。第四阶段,2003年南加州再次发布了调高燃气NOx排放标准的计划,工业界初期的解决方案普遍采用贫燃预混燃烧控制思路,即通过鼓入大量的过剩空气来降低火焰区温度,以实现NOx超低排放。在一段时间内燃烧器企业纷纷效仿,贫燃预混系列产品开始普及。但随着能源价格的上涨,排烟热损失和风机3

能耗过大的问题逐渐凸显,致使燃烧器工业界不得不继续开发业主接受度高、兼顾NOx排放和能源效率的新技术。基于这种考虑,分级燃烧、烟气再循环、贫燃预混、催化燃烧、无焰燃烧、高温空气燃烧等基于某种低氮燃烧技术的深度再开发和技术耦合成为目前超低氮燃烧技术发展的大趋势,但截止目前美国工业界尚未对最优耦合技术给出一致的答案。商业低氮燃烧应用技术发展趋势及排放水平。

燃气低氮燃烧技术发展趋势及NOx排放水平比较 综上,本标准的修订是持续改善北京市环境空气质量的需要,同时有助于北京市在能源结构调整过程中实现更显著的环境效益;另外,施用成熟可靠的技术,有助于促进环保产业的发展。

国内外相关标准调研

3.1 国外燃气工业锅炉相关标准调研

(1)南加州空气质量管理区燃气工业锅炉排放限值

南加州空气质量管理区于2003年修订了辖区内燃气工业锅炉的排放限值,表3-1列出了排放限值及达标时间。

表3-1 南加州空气质量管理区的燃气锅炉NOx排放限值

注:美国对燃气锅炉的规模限定为大于1.5MW,下同。

(2)圣华金河谷空气质量管理区燃气工业锅炉排放限值

圣华金河谷空气质量管理区2003年修订了辖区内燃气工业锅炉的排放限值,除了NOx还对CO提出了控制要求,见表3-2。

表3-2 圣华金河谷空气质量管理区的燃气锅炉

NOx排放限值

3.2 国内燃气工业锅炉相关标准调研

(1)上海市地方标准《锅炉大气污染物排放标准》(2013年9月征求意见稿)

上海市近期正在修订《锅炉大气污染物排放标准》,标准(征求意见稿)中将燃气NOx的排放限值进行了修订,见表3-4。

表3-4 锅炉排放标准(征求意见稿)对燃气工

业锅炉NOx排放限值的规定

4. 低氮燃烧机理及技术调研

4.1 甲烷-空气燃烧过程氮化学基本原理

燃烧理论将NOx的生成分为热力型NOx(Thermal NOx)、快速型NOx(Prompt NOx)和燃料型NOx(Fuel NOx)。天然气中含氮量较低,因此,燃料型NOx不是其主要的控制类型。热力型NOx是指燃烧用空气中的N2在高温下氧化生成NOx。关于热力型NOx的生成机理一般采用捷里道维奇机理:当温度低于1500℃时,热力NOx的生成量很少;高于1500℃时,温度每升高100℃,反应速度将增大6~7倍。在实际燃烧过程中,由于燃烧室内的温度分布是不均匀的,如果有局部高温区,则在这些区域会生成较多的NOx,它可能会对整个燃烧室内的NOx生成起关键性的作用。快速型NOx在碳氢燃料燃烧且富燃料的情况下,反应区会快速生成NOx。在实际的燃烧过程中各种因素是单独变化的,许多参数均处于不断的变化中,即使是最简单的气体燃料的燃烧,也要经历燃料和空气相混合,燃烧产生烟气,直到最后离开炉膛。炉膛的温度、燃料和空气的混合程度、烟气在炉内停留时间等这些对NOx排放有较大影响的参数均处于不断的变化之中。

燃料和空气混合物进入炉膛后,由于受到周围高温烟气的对流和辐射加热,混合物气流温度很快上升。

当达到着火温度时,燃料开始燃烧,这时温度急剧上升到近于绝热温度水平。同时,由于烟气与周围介质间的对流和辐射换热,温度逐渐降低,直到与周围介质温度相同,也即烟气边冷却边流过整个炉膛。由此可见,炉内的火焰温度分布实际上是不均匀的。通常,离燃烧器出口一定距离处的温度最高,在其前后的温度都较低,即存在局部高温区。由于该区的温度要比炉内平均温度水平高得多,因此它对NOx生成量有很大的影响:温度越高,NOx生成量越多。因此,在炉膛中,为了抑制NOx的生成,除了降低炉内平均温度外,还必须设法使炉内温度分布均匀,避免局部高温。 无焰燃烧

传统的火焰燃烧分为预混燃烧和扩散燃烧,其主要特点包括:①燃料与氧化剂在高温下反应,温度越高越有助于火焰的稳定;②火焰面可视(甲烷燃烧的火焰一般为蓝色,有碳烟产生时为黄色);③大多数燃料在很薄的火焰层内完成燃烧,但是燃烧反应会在下游的不可见的区域内完成。

为了建立一个火焰,燃料与氧化剂之比必须在可燃极限之内,同时需要点火装置。一般情况下,火焰在点燃以后一般自己充当点火器,对来流进行点火。这

就需要足够高的火焰温度来达到最小点火能量,但是高的火焰温度会使得NOx生成增加。

Wuenning J.G等在实验室内观察到了一种无焰的燃烧,如图4-5所示。在炉内温度为1000℃,空气预热到650℃的情况下,燃料在无焰的情况下燃烧,一氧化碳低于1ppm,NOx接近于零排放。

图4-5 火焰燃烧和无焰燃烧

为了稳定火焰,可视的燃烧过程需要在燃烧后产生很强的烟气回流;对于无焰燃烧,烟气回流发生在燃烧之前,甚至可能在燃烧器当中,这样再循环的烟气加热了预混的燃料,降低了炉膛温度,扩大了反应区域。

无焰燃烧火焰分布均匀,燃烧温度低,同时羟基生成少,这使得NOx产生更少。无焰燃烧需要以下条件:①分别射入高动量的空气和燃料流;②大量内部的或者外部的高温燃烧产物循环;③热量的快速移除,以保证炉膛内各处均未达到绝热火焰温度。无焰燃烧不需要传统的稳燃装置或条件(比如强涡)。

4.3 美国燃气工业锅炉NOx最佳可行控制技术 NOx排放的控制可通过抑制热力型和燃料型NOx来实现。当燃料为天然气时,由于天然气N含量较低,

热力型NOx是唯一可以在实际中被控制的组分。燃烧修正技术通过降低火焰的高温来实现,对降低热力型NOx是最为有效的。当使用预热式燃烧气时,通过向燃烧区喷入水或蒸汽(Water Injection、Steam Injection),将一部分烟气引回至燃烧区(FGR),可以降低预热空气温度。但由于南加州非常严格的

NOx排放标准,WI/SI在小型燃气锅炉的应用十分有限。虽然这项技术对于降低热力型NOx非常有效,但是由于对燃烧效率的降低、安全以及燃烧器的控制问题导致其不能被广泛应用。另一方面,FGR有较大的应用基础,既可以单独使用又可以和低氮燃烧器(LNB)联合使用。在实际操作上,很多燃气工业锅炉的LNB设计都是与FGR一起的。很多燃气工业锅炉业主认为LNB控制可行。

热力型NOx还可以通过最小化过剩氧量、延迟燃料和空气的混合、将锅炉燃烧容量降至某一程度。第一种技术通常是指氧削减(OT)或低过量空气(LEA),可以通过优化燃烧器的操作达到最小的过剩空气量使得不增加过量的热力型NOx排放。较低的氧浓度对于NOx的影响可能在一定程度上增加热力型NOx,这是由于较小的烟气体积造成的较高温度尖峰。OT和LEA一般对于组装型水管和火管锅炉是不适用的,由于火焰

长度和CO浓度较高可能导致背墙火焰爆震。第二种技术通过分级供应输入燃烧区的燃烧空气量来降低火焰温度和氧含量。分级燃烧空气可以通过多种方法实现。对于多燃烧器锅炉,最为实用的方法是让某些燃烧器停用(BOOS)或者将燃料流量偏重于选定的燃烧以达到类似于空气分级的效果。第三种技术通过降低锅炉的热功率以降低炉膛内的尖峰温度,该方法由于涉及降低蒸汽产量而不常使用,仅在某些场合使用。 另一种燃烧修正技术为燃料分级,区别于燃烧空气分级。将总燃料量的一部分喷入主燃烧区下游,再燃燃料产生的碳氢基团将还原一次燃料产生的NOx。这项再燃技术当使用天然气为再燃燃料时有较好的效果。 南海岸空气质量管理区的BACT指南中根据锅炉的不同功率及用途来设定污染物排放许可,且指南中对于燃料有所限定,要求使用清洁能源。在此背景下,新、改、扩建锅炉多为燃气锅炉,主要是天然气,还有一些液化石油气和丙烷气体,因此BACT指南主要针对NOx排放控制。根据指南中作为主要污染源的22家企业,24台锅炉的排放许可情况(见表4-1)来看,对于6MW及以下的锅炉,一般采用低氮燃料器结合燃烧工艺优化或烟气循环来控制NOx的产生,排放水平可控制在12ppmvb@3%O2(约为24mg/m)。对于大于3

由表4-1可以看出:加州对燃气锅炉NOx排放控制很严,采用SCR技术排放水平是7-9ppm(约为14-18mg/m3),采用超低氮燃烧技术排放水平是

5-12ppm(约为10-24mg/m)。燃气锅炉低氮燃烧技术已经在美国广泛应用超过二十年,美国国家环保局和地方环保局早已将此技术列为对燃气锅炉氮氧化物排放控制的最佳实用技术,对未安装此技术的燃气锅炉,将不颁发给锅炉使用者大气排放许可证。目前全美国广泛使用的为30ppm(约为60mg/m3)低氮燃烧器,加州则作为全美国的试点于今年开始推广9ppm(约为18mg/m)的超低氮燃烧器,该技术不需要加装烟气净化设备,仅通过控制燃烧温度使氮氧化物生成量明显降低,对有效削减燃气锅炉NOx排放发挥了重要作用。

5.2 现行标准执行情况调研

5.2.1 燃煤锅炉 33

标准编制组对燃煤锅炉的标准执行情况进行了调研。从治理设施上分析,不达标技术依然大量存在,中小型燃煤锅炉除尘脱硫技术基本以简易湿法一体化技术为主,除大型集中供热中心外缺少正规的环保设施运行专员,治理设施一般由司炉工代管,脱硫剂使用量、投加频率一概不清楚,环保意识淡薄,被调研燃煤锅炉虽然均未加装脱硝设施,但所调研的企业均大多可提供达标测试报告。中小型燃煤锅炉大多数企业未加设密闭煤仓、灰渣库房,且储煤时间较早,一般都在半年甚至更长。

据标准编制组了解,北京市目前实现脱硝且运转正常的燃煤锅炉仅顺义大龙城北供热中心的一台锅炉,其初始投运时同样存在锅炉排烟温度难以满足SCR运行窗口温度的问题,但次年经改造,通过拆除一级省煤器水冷壁同时加大空预器的方式,调整了系统的温度场,使SCR可在任何正常负荷下连续运行,并通过末端NOx监测设备的反馈信号实现喷氨量的调节。2011~2012年采暖季NOx均值排放水平为130 mg/m左右。

5.2.2 燃气锅炉

根据编制组对7台燃气工业锅炉NOx排放的现场检测数据表明,未采取低氮燃烧技术下,燃气工业锅3

炉NOx排放浓度在102~181mg/m,均值138 mg/m,大多能达到现行标准限值要求。

6. 标准编制原则、依据和技术路线

6.1 编制原则

基于国际上天然气燃烧NOx控制的先进技术,结合北京市锅炉大气污染物管理现状与需求,北京市锅炉大气污染物排放标准的修订遵循以下原则:

(1)环境保护优先原则

美国根据各地区环境空气质量达标与否,将其划分为达标区和非达标区,对于非达标区要求执行最先进防治技术降低污染物排放水平,典型地区如加州。鉴于北京市环境空气质量现状及达标要求,本标准以环境保护优先为原则,在对达标技术进行了充分论证的前提下,参照最严格的排放标准限值作为本标准限值修订依据。

(2)技术可达性原则

充分考虑了在用燃气锅炉改造、新建燃气锅炉的达标控制技术,并对北京市一些典型案例进行了技术可达性分析,如燃煤电站锅炉在布设三层催化剂的情况下,可稳定达到的NOx排放水平。

(3)科学客观原则 33

在天然气供应尚无法满足全面替代燃煤的情况下,煤炭的使用依然难以避免。充分考虑了燃煤工业锅炉的标准执行现状不理想,此次标准修订并未对新建燃煤锅炉的排放限值作进一步收紧。

(4)衔接性原则

由于目前北京市锅炉大气污染物排放执行的是2007年修订的《锅炉大气污染物排放标准》,因此本标准制定过程充分考虑与现行标准的衔接性,同时增加了燃煤锅炉的汞及其化合物排放限值,与国家标准对接,即与国家和地方有关的环境法律法规、标准协调配套,与环境保护的方针政策相一致。

6.2 编制依据

(1)政策法规依据

《中华人民共和国环境保护法》

《中华人民共和国大气污染防治法》

《环境标准管理办法及国家环境保护标准制修订工作管理办法》

《北京市2013-2017年清洁空气行动计划》 《重点区域大气污染防治“十二五”规划》 《北京市大气污染防治条例》

《大气污染防治行动计划》

(2)技术依据

本标准修订的主要技术依据来自两方面:第一,天然气燃烧NOx控制限值主要来自美国南加州空气质量管理区的燃气锅炉排放标准,低氮燃烧技术及工程实例来自美国强生低氮燃烧器、ZEECO低氮燃烧器和日本三浦低氮燃烧器;第二,燃煤电站锅炉、燃煤锅炉的排放控制技术主要来自于实际调研和监测数据。

7. 主要内容说明

本标准包括范围、规范性引用文件、术语和定义、技术内容大气污染物排放控制要求、监测、标准实施与监督共6章,另有两个规范性附录。本标准规定了锅炉大气污染物排放控制要求、监测和标准实施与监督等内容。

本标准适用于锅炉大气污染物的排放管理,以及使用锅炉的建设项目环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保护验收及其投产后的大气污染物排放管理。使用型煤、生物质成型燃料等的锅炉,参照本标准中燃煤锅炉排放控制要求执行。本标准不适用于固定式燃气轮机、固定式内燃机以及以生活垃圾、危险废物为燃料的锅炉。

标准主要修订内容及其条款说明如下:

7.1 时段划分

本标准的实施划分为Ⅰ、Ⅱ两个时段:第Ⅰ时段为本标准实施之日至2016年3月31日止;第Ⅱ时段为自2016年4月1日起。

时段划分充分考虑了在用锅炉执行新标准需要的改造时间,并且针对北京市大多数工业锅炉用于冬季采暖,因此将第Ⅱ时段的始点设为采暖季结束后,方便实施技改。对新建锅炉考虑了技术升级时间周期。

7.2 锅炉大气污染物排放限值

7.2.1 电站锅炉

四座燃煤热电厂贡献了北京冬季采暖热负荷的12%,燃煤电厂“改气”后年减排NOx仅2000t,但要消耗60亿立方米的天然气指标。60亿立方米天然气可供3万蒸吨燃煤采暖锅炉完成“煤改气”,减排NOx约2.8万t,若采用超低氮燃烧技术可减排NOx 3.5万t。因此,标准编制组建议暂时保留燃煤热电机组,充分利用其治理设施效率高、燃料使用效率高的优势,优先将燃气用于替代中小型燃煤锅炉。目前燃煤电厂SCR脱硝装置大多设置两层催化剂,根据华能在2013年进行的一次工业应用试验的结果,当SCR脱硝装置投用三层催化剂时,NOx的控制水平可控制在30mg/m3,但运行过程中由于煤炭燃料氮不稳定的原因,NOx可能

放限值加严,但要求2008年6月30日前通过环评审批的燃煤锅炉在Ⅱ时段执行新建燃煤锅炉的标准,也是为了督促老旧锅炉加快“煤改气”进程。此外,根据国家标准《锅炉大气污染物排放标准》(2013年第二次征求意见稿)中对重点地区的特别排放限值要求,本标准在汞及其化合物上的设定上与之保持一致,具体限值见表7-2。

表7-2 燃煤工业锅炉大气污染物排放限值

烧器和锅炉上进行改造实现,因此在用燃气锅炉Ⅱ时段也执行该排放限值,具体限值见表7-3。

表7-3 燃油(气)工业锅炉大气污染物排放限值

7.3 监测

7.3.1 关于锅炉烟气监测孔和采样平台

烟气监测孔和采样平台的设置应符合GB/T 16157的规定。

针对在用燃气工业锅炉排放监测平台、监测孔位置设置不合理的现实状况,明确了燃气工业锅炉设置监测平台、监测孔位置和尺寸应依据的标准,为解决标准实施过程中遇到的无法测试烟气流速、难以核算污染物排放速率的问题,提供了条款依据。

7.3.2 关于锅炉排放监测负荷

监测锅炉烟尘排放时,锅炉负荷应符合GB5468的规定,监测锅炉气态污染物排放时,锅炉负荷不得低于70%。

GB 5468只规定了监测锅炉烟尘排放时应依据的负荷,未对气态污染物的排放监测提出要求,本次修订明确了气态污染物的最低监测负荷,以免由于标准内容描述含糊造成的监测数据获取标准不统一。

8. 强制性标准的建议说明

本标准为排放标准,属强制性标准。强制性标准理由如下:

一是根据《中华人民共和国标准化法》的规定“保障人体健康,人身、财产安全的标准和法律、行政法

规规定强制执行的标准是强制性标准,其他标准是推荐性标准”。

二是根据原国家环保总局令第3号《环境标准管理办法》中的相关规定:为防治环境污染,维护生态平衡,保护人体健康,国务院环境保护行政主管部门和省、自治区、直辖市人民政府依据国家有关法律规定,对环境保护工作中需要统一的各项技术规范和技术要求,制定环境标准。其中地方环境标准包括地方环境质量标准和地方污染物排放标准(或控制标准)。地方环境标准在颁布该标准的省、自治区、直辖市辖区范围内执行。环境标准分为强制性环境标准和推荐性环境标准。环境质量标准、污染物排放标准和法律、行政法规规定必须执行的其他环境标准属于强制性环境标准,强制性环境标准必须执行。

因此,本标准应属强制性标准范畴。

9. 贯彻标准的措施建议

《锅炉大气污染物排放标准》落实排放限值有很多配套工作要完成:(1)低氮燃烧器若干年前就已经进入中国市场,但实现低氮燃烧是一项系统工程,包括燃料、燃烧器、锅炉炉体配套、调试运行等几个方面。由于国内配套技术的不完善,或者未悉心研发配套装备,使得设备并未达到预期的低氮效果,因此,首先

应加强对低氮燃烧器供应企业和锅炉配套企业的培训和引导,从行政和市场两方面监督、监管整体解决方案的执行情况,打破“模块化设计”思路;(2)加强对环境监管、环评审批等一线人员的培训和贯标工作,审批环节应对低氮燃烧技术、低氮燃烧产品、配套使用锅炉的情况均有所了解,对低氮燃烧“系统”进行全面审核。竣工环保验收要严格按照环评批复予以验收,监测环节一定要有,即使是小型燃气锅炉,达不到排放标准,不给予验收通过,切实让标准限值执行到位。环境监管的一线人员应加强学习,对前端控制技术、末端控制技术应有全面的认识和理解,至少应对达标技术有所了解。因此,对环保监察一线人员加强培训和贯标是非常有必要的。(3)加强对区县环保局、第三方检测单位出具的CMA检测报告的审核。课题组在锅炉标准执行率调研过程中发现,CMA检测报告每个企业每年都有,且全部达标。即使是未安装任何处理设施的燃煤锅炉也可以全面达标,调整标准前后,都可以达标,但是处理设施并未发生改变,因此应加强对社会化监测机构的监督审核,方能提高环保标准的执行率。

10. 标准实施后的环境效益

按修订实施后标准执行率100%与现行标准执行率100%进行对比测算标准实施的环境效益,测算结果详见表11-1。

若不修订本标准,到2020年北京市燃气锅炉将新增100亿天然气使用量,燃气工业锅炉NOx年排放量将达到2.8万吨,若修订并执行到位排放量可控制在0.72万吨,基本维持或略低于2011年的NOx排放水平。同时新增的100亿天然气可替代4万余蒸吨的采暖燃煤锅炉,每年可带来2.82万吨的燃煤锅炉NOx减排量。因此,本标准实施的环境效益十分显著。

表11-1 标准实施前后燃气工业锅炉NOx排放

量对比

NOx排放量(吨/

年) 8415 7240 27900

11. 社会稳定风险评估

11.1 项目概况

北京市锅炉大气污染物排放标准修订项目由北京市环境保护局和北京市质量技术监督局于2013年4月下达编制任务,由北京市环境保护科学研究院承担。 本项目是对北京市锅炉大气污染物排放标准的修订,标准内容包括:范围、规范性引用文件、术语和定义、大气污染物排放控制要求、污染物监测要求、实施与监督,其中范围与污染物排放控制要求为主要章节。

本标准适用范围:适用于锅炉大气污染物的排放管理,以及使用锅炉的建设项目环境影响评价、环境保护设施设计、竣工环境保护验收及其投产后的大气污染物排放管理。使用型煤、生物质成型燃料等的锅炉,参照本标准中燃煤锅炉排放控制要求执行。本标准不适用于固定式燃气轮机、固定式内燃机以及以生活垃圾、危险废物为燃料的锅炉。

污染物排放控制要求主要由时段划分、各类锅炉大气污染物最高允许排放浓度以及烟囱高度规定组成。

时段划分充分考虑了在用锅炉执行新标准需要的改造时间,并且针对北京市大多数工业锅炉用于冬季采暖,将标准的实施划分为Ⅰ、Ⅱ两个时段:第Ⅰ时段为本标准实施之日至2016年3月31日止;第Ⅱ时段为自2016年4月1日起。

标准分别规定了各类锅炉的大气污染物排放限值,锅炉类型包括电站锅炉、燃煤工业锅炉以及燃油(气)工业锅炉;规定的污染物类别包括烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物,并对烟气黑度进行了规定。 烟囱高度规定了烟囱最低高度以及烟囱达不到规定高度时的处置。

11.2 风险评估的目的及方法

11.2.1评估的目的和要求

根据京质监函【2012】161号,为贯彻落实《中共北京市委办公厅 北京市人民政府办公厅关于印发《北京市重大决策社会稳定风险评估实施细则(试行)》的通知》(京办发【2012】12号)和《北京市维护稳定工作领导小组 关于印发《北京市深入推进社会稳定风险评估工作实施方案》的通知》,对本项目进行风险评估。风险评估要求是:对本标准可能产生的社会管理风险进行评估,挖掘风险点,分析风险程度,提出风险防范措施和预案,形成风险评估报告。

(3)综合评价

由于上述各类风险点在本标准的社会稳定要素中同等重要,可确定每个风险因素的权重均相等,即W均为0.25。

11.3.2单项风险评估

对本标准涉及的五个风险点的风险评估内容如下:

(1)标准合法性遭质疑的风险

风险内容:是否符合现行法律、法规、规章,是否符合党和国家的方针政策,是否符合国家、市政府的战略部署、重大决策。

风险评价:根据《中华人民共和国大气污染防治法》

第七条:国务院环境保护行政主管部门根据国家大气环境质量标准和国家经济、技术条件制定国家大气污染物排放标准。省、自治区、直辖市人民政府对国家大气污染物排放标准中未作规定的项目可以制定地方排放标准;对国家大气污染物排放标准中已作规定的项目可以制定严于国家排放标准的地方排放标准。地方排放标准须报国务院环境保护行政主管部门备案。因此,本项目对北京市锅炉修订大气污染物排放标准是有法律依据的。另外,本标准的修订以改善北京市环境空气质量为目标,严格控制锅炉大气污染物的排放,对保障人体健康及保护生态环境有重要的现实意义。

因此,本标准制修订符合现行法律、法规、规章和有关方针政策,其合法性遭质疑的可能性很小。

评价结论:标准的合法性遭质疑风险可能性很小,风险等级值C=0.2 。

(2)标准合理性遭质疑的风险

风险内容:是否符合本市近期和长远发展规划,是否兼顾了各方利益群体的不同需求,是否考虑了地区的平衡性、社会的稳定性、发展的持续性。

风险评价:本标准的修订充分考虑本市环境保护近期和长远发展规划,制定了可行的实施和监管条款。本标准的修订遵循的原则是:首先与北京市环境空气保护目标紧密结合,体现从严控制的原则,实现污染物减排和环境空气质量目标;其次借鉴国内外锅炉大气污染防治技术,综合分析实施标准的技术经济可行性,使标准具有可达性和可操作性;同时与国家和地方相关环境空气标准和大气污染物排放标准相协调;并在标准制订过程中充分调研、监测、座谈和论证,广泛征求意见,依靠系统科学的分析方法,考虑区域的环境特点和与现有标准的衔接,提高标准的整体性、系统性和科学性。因此,本标准合理性遭质疑的可能性很小。

评价结论:本标准合理性遭质疑的可能性很小,风险等级值C=0.2。

(3)标准可行性遭质疑的风险

风险内容:标准控制项目及其限值是否科学合理,是否具有连续性和严密性是否征求了广大群众特别是涉及利益群体的意见。

风险评价:为保护和改善北京市环境空气质量,保障人体健康,本标准规定了包括烟尘、SO2、NOx、汞及其化合物的排放限值,并规定了较严格排放控制要求。本标准制定过程中与锅炉供应厂商、燃烧器供应厂商以及烟气治理厂家进行了充分的调研交流,对北京市锅炉进行了现场调研及排放监测。在标准制定过程中向行业专家、涉及企业以及广大用户进行了意见征求,并经过了多轮讨论。因此,本标准控制项目及其限值科学合理,具有连续性和严密性,标准可行性遭质疑的风险较小。

评价结论:标准可行性遭质疑的风险可能性很小,风险等级值C=0.2。

(4)标准实施可能引发社会矛盾的风险

风险内容:对本标准所涉及行业利益影响的承受能力,引发矛盾纠纷、群体性事件的可能性。

风险评价:本标准适用对象为锅炉,需要按照标准要求对不符合规定的进行技术改造,需要部分企业进行经济投入。借鉴美国加州经验,对“非达标区”将执行最严格的排放限值和最先进的控制技术而不计成本,因此综合考虑锅炉大气污染防治技术水平以及北京市环境空气现状和压力,制订相对严格且控制技术可达的排放限值。本标准实施可有效减少锅炉的大气污染物排污量,对改善周边环境空气质量的影响和保护周围群众健康产生有利影响。本标准实施监督由环保部门执行,在实施监管过程中对周围群众无不利影响,对企业日常生产也不会产生较大影响。因此,本标准实施过程中可能出现问题和引发的社会矛盾风险较小。

评价结论:实施过程中可能会引发的社会矛盾风险很小,风险等级值C=0.2。

11.3.3综合风险评估

综上,本标准社会稳定风险综合评价见表11-3。 表11-3 本标准社会稳定风险综合评价表:

从表11-3可以看出:该项目可能引发的不利于社会稳定的综合风险值为0.2,根据综合风险分值的评价标准,风险等级为低风险。其中最有可能的风险是对污染治理技术、投资和运行费用的担心,但本标准已进行了技术经济可行性分析,本标准符合“十二五”本市环境规划要求,因此实现本标准在技术经济上是可行的,实施严格的标准不会出现群体性事件。 11.4化解风险预案

(1)本标准发布后认真组织标准宣贯工作,明确认识本标准实施对改善北京市大气环境质量,建设绿色北京和国际大都市的重大意义。需要各相关单位通

力配合,建议由主管部门开设标准培训班,邀请各科研单位技术人员、各设计单位技术人员以及各企事业单位相关负责人等参加,切实落实标准的宣贯。

(2)在广泛征求各部门及群众意见的基础上,研究和制定污染源治理升级改造方案;同时建议本标准实施一段时间后,主管部门组织召开标准实施效果分析评估,根据标准实施后的效果及影响,大力推行污染源治理达标技术,及时修正污染源治理升级改造方案。

(3)落实投资和运行费用确保标准实施到位。

(4)根据本市环境规划,制定本标准实施计划,各污染源按照标准实施时段分期达到本标准要求。

低NOx燃烧器原理

低NOx燃烧器

低NOx燃烧器及低氮氧化物燃烧器,是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器,采用低NOx燃烧器能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。

在燃烧过程中所产生的氮的氧化物主要为NO和NO2,通常把这两种氮的氧化物通称为氮氧化物NOx。大量实验结果表明,燃烧装置排放的氮氧化物主要为NO,平均约占95%,而NO2仅占5%左右。

一般燃料燃烧所生成的NO主要来自两个方面:一是燃烧所用空气(助燃空气)中氮的氧化;二是燃料中所含氮化物在燃烧过程中热分解再氧化。在大多数燃烧装置中,前者是NO的主要来源,我们将此类NO称为“热反应NO”, 后者称之为“燃料NO”,另外还有“瞬发NO”。

燃烧时所形成NO可以与含氮原子中间产物反应使NO还原成NO2。实际上除了这些反应外,NO 还可以与各种含氮化合物生成NO2。在实际燃烧装置中反应达到化学平衡时,[NO2]/[NO]比例很小,即NO转变为NO2很少,可以忽略。 降低NOx的燃烧技术

NOx是由燃烧产生的,而燃烧方法和燃烧条件对NOx的生成有较大影响,因此可以通过改进燃烧技术来降低NOx,其主要途径如下:

选用N含量较低的燃料,包括燃料脱氮和转变成低氮燃料; 降低空气过剩系数,组织过浓燃烧,来降低燃料周围氧的浓度; 在过剩空气少的情况下,降低温度峰值以减少“热反应NO”;

在氧浓度较低情况下,增加可燃物在火焰前峰和反应区中停留的时间。 减少NOx的形成和排放通常运用的具体方法为:分级燃烧、再燃烧法、低氧燃烧、浓淡偏差燃烧和烟气再循环等。

一般常用低氮氧化物燃烧器简介

燃烧器是工业炉的重要设备,它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程,因此,要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低NOx的燃烧技术,低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类:

1.阶段燃烧器

根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器,使燃料与空气分段混合燃烧,由于燃烧偏离理论当量比,故可降低NOx的生成。

2.自身再循环燃烧器

一种是利用助燃空气的压头,把部分燃烧烟气吸回,进入燃烧器,与空气混合燃烧。由于烟气再循环,燃烧烟气的热容量大,燃烧温度降低,NOx减少。 另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环,并加入燃烧过程,此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

3.浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧,因而NOx都很低,这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

4.分割火焰型燃烧器

其原理是把一个火焰分成数个小火焰,由于小火焰散热面积大,火焰温度较低,使“热反应NO”有所下降。此外,火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间,对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。

5.混合促进型燃烧器

烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一,改善燃烧与空气的混合,能够使火焰面的厚度减薄,在燃烧负荷不变的情况下,烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短,因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

6.低NOx预燃室燃烧器

预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术,预燃室一般由一次风(或二次风)和燃料喷射系统等组成,燃料和一次风快速混合,在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物,由于缺氧,只是部分燃料进行燃烧,燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分,因此减少了NOx的生成。

低氮燃烧器

低氮燃烧器

1.按燃料分为:轻油燃烧器,重油燃烧器,燃气燃烧器以及双燃料燃烧器(轻油/燃气或重油/燃气)。

2.按运行和操作方式分为:欧瑞特燃烧器有一级、两级、渐进两级式和带比例调节器的渐进两级式等(后者实行比例调节运行)

3.工业燃烧器系列:均为大功率燃烧器,专为特殊工业应用而设计。 技术及性能特征

● 单段火、两段火、两段火渐进式/比例调节

● 能适应任何类型的燃烧室。

● 空气和燃气在燃烧头混合。

● 通过调节燃烧空气和燃烧头,可以获得最佳的燃烧参数。 ● 无须把燃烧器从锅炉上拆下,就可直接取下混合装置,从而可以方便的进行维修保养。

● 采用伺服电动机来进行第一、二段空气流量调节,并且当 燃烧器停止运行时,风门关闭以减少炉内热量损失。 ● 可以给阀组加一个阀的密封控制装置。

● 采用一个法兰和一个绝缘密封圈与锅炉连接固定;配有一个4孔和7孔联接器。

● 根据要求可提供大于标准长度的鼓风管。

低氮燃烧器分类

燃烧器是工业燃油锅炉、燃气锅炉上面的的重要设备,它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程,因此,要抑制NOx的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低NOx的燃烧技术,低氮氧化物燃烧器大致分为以下几类:

1.阶段燃烧器

根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器,使燃料与空气分段混合燃烧,由于燃烧偏离理论当量比,故可降低NOx的生成。

2.自身再循环燃烧器

一种是利用助燃空气的压头,把部分燃烧烟气吸回,进入燃烧器,与空气混合燃烧。由于烟气再循环,燃烧烟气的热容量大,燃烧温度降低,NOx减少。

另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环,并加入燃烧过程,此种燃烧器有抑制氧化氮和节能双重效果。

3.浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但整体上空气量保持不变。由于两部分都在偏离化学当量比下燃烧,因而NOx都很低,这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

4.分割火焰型燃烧器

其原理是把一个火焰分成数个小火焰,由于小火焰散热面积大,火焰温度较低,使“热反应NO”有所下降。此外,火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间,对“热反应NO”和“燃料NO”都有明显的抑制作用。

5.混合促进型燃烧器

烟气在高温区停留时间是影响NOx生成量的主要因素之一,改善燃烧与空气的混合,能够使火焰面的厚度减薄,在燃烧负荷不变的情况下,烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短,因而使NOx的生成量降低。混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

6.低NOx预燃室燃烧器

预燃室是近10年来我国开发研究的一种高效率、低NOx分级燃烧技术,预燃室一般由一次风(或二次风)和燃料喷射系统等组成,燃料和一次风快速混合,在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物,由于缺氧,只是部分燃料进行燃烧,燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分,因此减少了NOx的生成。

磴口低氮燃烧器说明书

燃料(燃煤特性略)

二、 制粉系统 一、

本机组制粉系统采用中速磨正压冷一次风直吹式系统。每台锅炉配备五台MPS200B中速磨。

三、 低NOx燃烧技术

(一) 概述

燃煤锅炉排放的NOx主要由NO和NO2及微量N2O组成,其中NO含量超过90%,NO2约占5-10%,N2O量只有1%左右。煤粉燃烧过程中,理论上NOx的生成有三条途径,即:热力型、燃料型与瞬态型。其中,燃料型NOx产生于煤粉燃烧初期,所占NOx比例超过80-90%,是通过燃烧控制NOx减排的主要对象。

炉内低NOx燃烧控制技术通过控制炉膛局部区域的燃烧气氛、燃烧温度与停留时间,生成中间产物HCN与NH3,来抑制与还原已经生成的NOx。适用于切圆与墙式燃烧锅炉的低氮燃烧技术主要有低NOx燃烧器、空气分级、燃料再燃及燃烧优化等。

本次低氮燃烧系统改造遵循的核心技术理念:煤粉直流低氮燃烧技术(水平浓淡分离+强化燃烧喷嘴)+空气分级技术(偏执风?+高位SOFA+低位SOFA)

本次低氮燃烧器改造维持燃烧角不变,主燃烧器风箱不变。一次风煤粉管道位置不做改动。喷嘴形式从下至上为:AA-A-AB-B-BC-C-CD1-CD2-D-DE-E-EE-EF?(AB、BC、DE为点火助燃油枪二次风喷口);上部增加低位SOFA和高位SOFA,每层SOFA燃烧器包括3层喷口。

(二) 直流直流低氮燃烧技术

在燃烧器喷嘴上游,采用特定机构将煤粉浓缩分离,在煤粉喷嘴处形成局部的煤粉浓淡偏差燃烧,提高浓相煤粉的加热速率与挥发分(尤其是挥发分氮)的析出量,来控制燃烧初期的NOx生成。本次改造采用的直流型浓淡低NOx燃烧器是利用强制转向机构的水平浓淡型(百叶窗?)。

为充分发挥直流燃烧器的NOx控制能力,并防止炉膛水冷壁结渣,可组织二次风射流偏离一次风,使每角燃烧器处于火焰、浓相煤粉、淡相煤粉、二次风的燃烧次序,形成水平浓淡分级“风包粉”燃烧。采用这种燃烧方式,可使炉膛中央浓相煤粉缺氧燃烧、四周淡相煤粉富氧燃烧,将NOx排放浓度降低约20-40%。

(三) 炉内空气分级

将部分助燃空气从燃烧器区域分离出来,通过燃烧器上方的喷口送入炉内(指高、低位SOFA),在炉膛高度方向形成空气分级燃烧,维持火焰下游足够长的还原停留时间,是配合燃烧器控制炉内NOx生成的重要措施。分级风装置为多级分离混合型等三种,与燃烧器配合,能够降低NOx排放约40-70%。空气分级程度决定了燃烧器区域的还原气氛程度,而分级风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原区域内的停留时间。还原气氛、程度越深,停留时间越长,越有利于控制NOx的生成。但深度空气分级会使水冷壁处于还原气氛,导致水冷壁腐蚀与结渣,且不利于煤粉燃尽,为此,实施空气分级燃烧时,必须采取边界风或侧避风等措施,保证水冷壁处于氧化气氛,并提高分级风的射流刚性与覆盖广度,强化分级风与烟气的混合,兼顾NOx控制与煤粉燃烬。

(四) 一次风喷口

一次风管采用水平浓淡分离?,粘贴耐磨陶瓷进行防磨。

一次风耐热喷口采用新型强化燃烧喷口,可上下摆动20度;燃烧器配风设计中充分考虑了六种运行模式(ABCD、ABCDE等)。

最佳运行工况将在热态调试完成后提供作为运行知道。根据煤粉喷口偷运方式不同调整相应喷口角度形成集中燃烧区。相对集中的燃烧区域使燃烧初期挥发分析出更加彻底,更有

利于挥发分N的控制,具体调整方式热态调试后给出指导工艺卡片。

(五) 二次风喷口

为了避免采用分级燃烧后主燃烧区风量减少带来的动力场变化,所有的二次风喷口根据低氮燃烧配风要求进行更换。AB、BC、DE为点火助燃油枪二次风喷口;为了控制水冷壁周围富氧区域的NOx以及由于混合不均匀残留在主燃烧区的NOx进入燃尽区,AB、BC、DE层喷口同时也设计成反切二次风喷口,改善主燃烧区的混合状况。?同时,EF层喷口为顶部燃尽风喷嘴,其根据分级送风原理为降低燃烧区域的AB、BC、DE生成量而设置,同时,为了减弱炉膛内空气气流的残余旋转,减少炉膛出口两侧烟温偏差,本喷嘴设计成与主气流反切。二次风喷口均可做上下30度摆动。 (注:锅炉一次风周围增加的二次风。可以在一侧,也可以在周边,主要作用是防止一次风偏斜、增加一次风气流的刚性、防止一次风贴壁、增加一次风燃烧所需空气、改善炉内空气动力场等,根据不同需要采用不同的形式。)

(六) 高位SOFA

高位燃尽风喷口与燃烧器的距离决定了烟气在还原域内停留时间。还原气氛程度越深,停留时间越长,越有利于控制NOx的生成和煤粉的充分燃烧。本次改造增加一组高位SOFA,高位SOFA包括3层喷口,所有喷口均可以实现上下20度,左右15度的摆动。风量大约等于炉膛出口总风量的12%。具体标高位置根据刚性梁以及现场实际情况进行调整,水冷壁进行相应的开孔。喷口上下摆动采用气动执行机构,带位置反馈,反馈信号送DCS系统监视;水平摆动采用手动。增加流量测量装置,信号进入DCS。

(七) 低位SOFA

低位SOFA的作用主要有两个:1)这个区域整体还处在一个还原性气氛下,可以将已产生的NOx还原一部分;2)参与未燃尽碳的燃尽过程,降低炉膛出口的飞灰含碳量,进一步降低进入富氧区的未燃尽碳。

为了进一步降低进入富氧区的未燃尽碳,本次改造增加了低位SOFA,低位SOFA包括3层喷口。通过补充一定量燃烧需要的氧气,使得过量空气系数由主燃烧区的0.75增加到0.95,通过低位SOFA的设置可以使进入富氧区域的未燃尽碳降到5%以下,不但降低了未燃尽碳中含有的N转换为NOx的几率(富氧、低温可抑制N转换为NOx),同时也降低了飞灰含碳量。为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度,强化分级风与烟气的混合,兼顾NOx控制与煤粉燃尽,低位SOFA选取相对较高的风速。低位SOFA喷口均可实现上下20度,左右15度的摆动,喷口上下摆动采用气动执行机构,带位置反馈,反馈信号送DCS系统监视;水平摆动采用手动。增加流量测量装置,信号进入DCS。

(八) 等离子燃烧器

把原有等离子煤粉燃烧器改造成浓淡分离的等离子煤粉燃烧器,以适应低氮燃烧方式,保证整体低氮燃烧的效果。

(九) SOFA风箱

SOFA风箱是整个SOFA燃烧器的主体部分,由二次热风道输送的二次热风通过SOFA风箱对各个喷嘴进行分配,以实现燃烧工况所要求的合理配风,同时SOFA风箱又是各喷嘴及相应摆动机构等的机座。

为防止通过SOFA风箱的二次风产生过大的涡流,减少阻力损失,改善由于在SOFA风箱内气流转向所引起的气流偏斜,在SOFA各风室内均设置了一块或两块导流板,这些导流板和各个喷嘴内设置的垂直和水平相交的导流板同炉膛四角的水冷壁大切角形成了对切向燃烧系统二次风各股射流的综合控制,以防止进入炉膛的气流的偏斜,从而保证炉膛内形成良好的空气动力场。

SOFA风箱同水冷壁用焊接连接的方式固接在一起,在热态时,SOFA风箱同炉膛水冷壁

一起向下膨胀,SOFA风箱同热风道的相对膨胀由装设在SOFA风箱和热风道之间的大型波纹膨胀节吸收。

在SOFA风箱同热风道连接处设计有挡板风箱,相应于风箱各风室在挡板风箱内设计有倾斜的非平衡式挡板结构,以便控制进入燃烧器各风室的二次风量,使之适应燃烧工况的需要。根据各风室的高度不同分别设计为单挡板和双挡板结构及多挡板结构。

采用非平衡式的挡板结构是为了防止在启停炉时,可能产生的炉膛内向爆炸即炉膛负压过低,而引起的水冷壁向内弯曲。对于非平衡式的挡板结构,当炉膛负压突然过低时(即内向爆炸),这种挡板结构可借助于挡板两侧压差引起的转矩,使挡板自动打开,缓解炉膛负压的迅速降低。

挡板风箱的风室挡板是用带位置反馈器的气缸来驱动的,各驱动气缸的行程即相应挡板的开启位置是根据炉内燃烧工况,锅炉负荷和汽温控制的要求由机组的协调控制系统来控制的。

为保证SOFA切圆位置的正确,简化安装以及燃烧器本身结构上的需要,每只SOFA都是同相应切角的水冷壁管屏组装成一体的。SOFA本身又同SOFA区域的钢性梁连为一体,SOFA风箱的上下部钢结构作为燃烧区域钢性梁的角部连接结构,使SOFA区域水冷壁的防爆能力大为增加?,每只SOFA同炉膛水冷壁连为一体,整个SOFA风箱的荷重全部由水冷壁承担,SOFA风箱本身不设另外吊挂装置。

(十) 喷口摆动装置

主燃烧器风箱内全部回用原来的摆动执行机构。

SOFA燃烧器的摆动机构:SOFA燃烧器的垂直摆动机构与主燃烧器类似,只是喷嘴摆动角度为20度(上下浮动2度)。另外,SOFA燃烧器增加了水平摆动机构,由手动摆动水平连杆,带动喷嘴15度(上下浮动1度)左右摆动。SOFA燃烧器的喷嘴设计有垂直转轴和水平转轴,保证喷嘴能同时垂直、水平摆动。

为了能使喷嘴长期保持正常摆动,燃烧器在现场安装过程中,必须进行冷态调整与试摆动。

(十一) SOFA区域的平台

为了便于SOFA喷口的摆动及检修,在SOFA区域布置了数层平台,供操作SOFA摆动机构之用。

(十二) DCS

模拟量信号直接进入DCS。DCS可以对现场开关量设备进行单步或者自动控制以及可以实现模拟量信号控制并显示各设备状态。

燃烧器的燃烧采用DCS调节,即按配风和燃料气的调节比来控制燃料调节阀和配风调节阀。

运用DCS较强的逻辑运算功能对信号进行逻辑运算和联锁,并分别处理后的结果送到锅炉的燃烧系统控制器和现场各单元设备中,以实现对锅炉的燃烧器火焰、炉内温度以及燃烧状态控制,保证锅炉安全、可靠、连续地运行。总之,控制系统具备两大特性:首先是锅炉运行的安全与可靠性,另一点即是锅炉燃烧温度控制的具体实施。

(十三) 燃烧器设计特点

1、 选取较低的一次风率?,有助于燃烧初期挥发分型的N转化为N2,同时

也有利于煤种变化时,火焰的稳定燃烧。

2、 采用两个燃烧区理念,ABC一次风做为下部燃烧区,CC、DD层二次风做

为下部燃烧区煤粉的燃尽区,使下部燃烧区中未燃尽碳中含有N全部转化为NOx,D或者E层做为上部燃烧区,将下部产生的NOx全部还原为

N2。

3、 一次风采用水平浓淡分离,一次风上下布置有偏执二次风,与一次风形

成一定夹角,防止结渣和高温腐蚀,降低NOx排放。

4、 燃烧器顶部设有可上下左右摆动的高位SOFA风,可以有效控制飞灰含碳

量,进一步调节炉膛出口烟温偏差之外,还可以对炉膛出口烟温进行调节。

5、 为了减少进入燃尽区的未燃尽碳量,增加了一组低位SOFA,同时严格控

制高位SOFA的风量。

6、 为了提高分级风的射流刚性与覆盖广度,强化分级风与烟气的混合,兼

顾NOx控制与煤粉燃烬,在低位SOFA选取相对较高的风速。

7、 采用强化燃烧一次风喷嘴,加快煤粉燃烧延长炉内停留时间及缩短火焰

形成,

8、 燃烧器喷嘴采用新型耐热合金材料,该材料在1300摄氏度仍具有稳定的

抗磨组织,有利于防止喷口烧坏及磨损。

9、 燃烧器的二次风门挡板关闭严密,每个风门均可单独实现自动调节。 (十四) 燃烧器设计的特性参数

低氮燃烧器分类

低氮燃烧器分类

燃烧器是工业炉的重要设备,它保证燃料稳定着火燃烧和燃料的完全燃烧等过程,因此,要抑制

NOx

的生成量就必须从燃烧器入手。根据降低

NOx

的燃烧技术,低氮氧化物燃烧器大致分为以下六大类:

第一.阶段燃烧器

根据分级燃烧原理设计的阶段燃烧器,使燃料与空气分段混合燃烧,由于燃烧偏离理论当量比,故可

降低

NOx

的生成。

第二.自身再循环燃烧器

一种是利用助燃空气的压头,把部分燃烧烟气吸回,进入燃烧器,与空气混合燃烧。由于烟气再循环,

燃烧烟气的热容量大,燃烧温度降低,

NOx

减少。

低氮燃烧器、防磨护瓦、中心筒、风帽

有需要的可联系我

另一种自身再循环燃烧器是把部分烟气直接在燃烧器内进入再循环,并加入燃烧过程,此种燃烧器有

抑制氧化氮和节能双重效果。

第三.浓淡型燃烧器

其原理是使一部分燃料作过浓燃烧,另一部分燃料作过淡燃烧,但整体上空气量保持不变。由于两部

分都在偏离化学当量比下燃烧,因而

都很低,这种燃烧又称为偏离燃烧或非化学当量燃烧。

第四.分割火焰型燃烧器

其原理是把一个火焰分成数个小火焰,由于小火焰散热面积大,火焰温度较低,使“热反应

NO”有所

下降。此外,火焰小缩短了氧、氮等气体在火焰中的停留时间,对“热反应 NO”和“燃料

NO”都有明显的

抑制作用。

第五.混合促进型燃烧器

烟气在高温区停留时间是影响

NOx

生成量的主要因素之一,改善燃烧与空气的混合,能够使火焰面的 厚度减薄,在燃烧负荷不变的情况下,烟气在火焰面即高温区内停留时间缩短,因而使

NOx

的生成量降低。

混合促进型燃烧器就是按照这种原理设计的。

第六.低

NOx

预燃室燃烧器

预燃室是近

10

年来我国开发研究的一种高效率、低

NOx

分级燃烧技术,预燃室一般由一次风(或二次

风)和燃料喷射系统等组成,燃料和一次风快速混合,在预燃室内一次燃烧区形成富燃料混合物,由于缺

氧,只是部分燃料进行燃烧,燃料在贫氧和火焰温度较低的一次火焰区内析出挥发分,因此减少了

NOx

生成。

锅炉低氮燃烧器改造

锅炉低氮燃烧器改造

作者:李伟 刘帅 点击:2000

浅论HG-1020/18.58-YM型自然循环锅炉

低氮燃烧器改造

1 概述

大唐鲁北发电有限责任公司 2×330MW机组分别与2009年9月、2009年12月投产运行,锅炉采用哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的HG-1020/18.58-YM23型自然循环锅炉。锅炉燃烧系统采用水平浓淡煤粉燃烧技术,烟气中氮氧化物含量在600mg/Nm³左右。随着国家对火电厂节能减排高度重视,环保标准将越来越高。根据《火电大气污染排放标准》要求,2014年1月1日起现有发电厂锅炉NOx排放浓度限值不大于100mg/Nm3。本着对社会负责,对企业负责的态度,大唐鲁北发电有限责任公司决定对本工程配套建设脱硝装置,脱硝装置投产后机组NOx排放浓度将降至排放标准以下。

按照脱硝工程设计要求,需对我公司燃烧器系统进行改造,将锅炉出口NOx排放浓度降低至

200 mg/Nm3以下。本文列举了大唐鲁北发电有限责任公司针对以上问题做出的相对应改造以及取得的效果。

2 设备简介

2.1工作原理

大唐鲁北发电有限责任公司2×330MW机组锅炉是哈尔滨锅炉厂有限责任公司根据美国ABB-CE燃烧工程公司技术设计制造的,配330MW汽轮发电机组的亚临界、一次中间再热、燃煤自然循环汽包锅炉,型号为HG-1020/18.58-YM23。1号机组2009年9月投产,2号机组2009年12月投产。

锅炉燃烧系统采用摆动式燃烧器,燃烧器为四角布置,共5层分别对应5台磨煤机(由下往上依次是A、B、C、D、E)燃烧器四周通有周界风,在AB、BC、DE层布置由三层机械雾化油枪,燃用#0轻柴油,按锅炉30%BMCR负荷设计,单支最大用油量1.68t/h。本燃烧器采用水平浓淡煤粉燃烧技术,以提高锅炉低负荷运行的能力,燃烧器可以上下摆动,其中一次风喷嘴可上下摆动20度,二次风喷嘴可上下摆动30度,顶部燃尽风喷嘴可向上摆动30度,向下摆动5度。正常运行时摆动燃烧器作为调整再热汽温的主要手段。

3 出现问题及原因分析

原燃烧器主要存在以下问题:

1) 原 SOFA 风量占总二次风量的 25%左右,占总风量的 20%左右,这样造成在主燃烧器区域的过量空气系数就已经达到了 1.0~1.05,这对于抑制 NOx的生成没有起到应有的效果。

2) 原 SOFA 与主燃烧器之间的还原区高度仅不到 4 米(喷嘴中心间隔 5 米),对于 NOx 还原所需的空间不够,没有实现较好的 NOx 还原作用。

3) 采用原水平浓淡分离装置以及浓淡喷嘴钝体设计存在结构问题,首先由于分离器问题,导致浓淡两侧风速偏差较大,淡侧出口风速远低于浓侧,浓侧虽然煤粉较多但风量同样较多,导致煤粉浓缩效果不明显,浓侧煤粉浓度较低;同时由于淡侧煤粉风速过低,易导致淡侧煤粉喷嘴附近结渣,不利于安全经济运行。其次由于在喷嘴出口采用钝体分离及导流煤粉,造成钝体运行环境恶劣,既要承受煤粉冲击磨损,同时又处于高温环境,容易造成钝体在一年左右时间损坏。

4) 在四角切圆燃烧燃烧中,由于主燃烧器区域的燃烧器设计中没有保护水冷壁壁面氧量控制的设计,容易造成炉膛水冷壁的结渣和高温腐蚀的发生。

5) 在采用原 CE 摆动燃烧器技术设计中,喷嘴与壁面间歇过大(12mm),同时采用的直边喷嘴结构,大流通面积的油风室喷嘴,造成燃烧的无组织漏风(不经过喷嘴出口)过大,同时在进行摆动过程中,无组织漏风会急剧增加,这对于控制 NOx 的生成积极不利,特别在锅炉低负荷运行中会导致 NOx 大幅上升。大量的油风室喷嘴旋流风又容易快速地混入一次风煤粉中,这都对于防止 NOx 的生成都不利。

4 设备改造方案

对燃烧器进行低NOx燃烧器综合改造,其方案布置如图1-1所示。更换现有燃烧器组件,对燃烧器进行重新布置,改变切圆直径,拆除原有SOFA燃尽风,更换新的燃尽风组件,以增加高位燃尽风量;一次风喷口全部采用上下浓淡中间带稳燃钝体的燃烧器;采用新的二次风室,适当减小端部风室、油风室及中间空气风室的面积;在凑燃尽风室两侧加装贴壁风;采用节点功能区技术,在两层一次风喷口之间增加贴壁风。

一次风仍旧为逆时针方向,其假想切圆适当减小;调整二次风射流方向,二次风改为与一次风小角度偏置,顺时针反向切入,形成横向空气分级。主燃烧器区整体下移,风量重新合理分配,通过调整主燃烧器区一二次风喷口面积,使一次风速满足入炉煤种的燃烧特性要求,主燃烧器区的二次风量适当减小,形成纵向空气分级。 主燃烧器装有摆动机构,可以上下摆动以调节再热汽温。

拆除原来的一层分离燃尽风SOFA,在原主燃烧器上方约6米处重新布置4层分离SOFA喷口,分配足量的SOFA燃尽风量,SOFA喷口可同时做上下左右摆动。

4.1燃烧系统改造范围

(1) 主燃烧器(更换现有四角燃烧器本体,包括一次风喷口及弯头、二次风喷口、摆动机构、风箱风道、风门挡板、保温、护板、吊挂装置及附件等)。

(2) 分离SOFA燃尽风(喷口、摆动机构、燃尽风箱、连接风道、保温、护板、吊挂装置及附件等)。

(3) 水冷壁管屏(主燃烧器区域和燃尽风区域水冷壁弯管及修整管)。

(4) 油枪、点火器与火检(保留现有的油枪、点火器与火检系统)。

(5) 电气、仪表及控制(电源盘、控制柜、电缆等)。

(6) 附属系统(支吊架、楼梯平台、检修起吊设施、防腐、浇注料、保温和油漆设计等)。

(7) 其它(整套工程的设计、设备制造(含现场制作)、设备及材料供货、运输、安装工程、指导监督、技术服务、人员培训、调试、试验(含脱硝改造过程中所需各种数据测试并提供相关数据分析报告)及整套系统的性能保证和售后服务等,并保证该全套工程的安全实施和不会对环境造成不良影响)。

4.2燃烧器改造方案说明

结合锅炉目前状况及改造目标进行充分分析,我们采用低NOx双尺度燃烧技术对锅炉进行低NOx燃烧改造,就是在射流空气分布(空间尺度)及燃烧过程控制实现(过程尺度)上采取措施。具体措施如下:

4.2.1燃烧器低NOx改造措施

(1) 纵向三区分布

如图1-2所示,改造后燃烧器从下至上大致分为三个区,依次为集中氧化燃烧区、集中还原区及燃尽区。

通过在主燃烧器上方合适位置引入适量的燃尽风(总风量20-30%),燃尽风采用多喷口多角度射入,燃烧器改造后沿高度方向从下至上形成三大区域,分别为氧化还原区(总风量的70-80%)、主还原区、燃尽区。氧化区有助于煤粉初期燃烧,炉温升高,促进煤粉着火、燃烧及燃尽。由于有较大燃尽风量的存在,主燃烧器区内也会存在氧化还原交替存区,通过控制高度方向的配风,可形成局部还原区,可以初步还原产生的NOx,使NOx在初始燃烧时就得到抑制,在主还原区内已生成的NOx还可得到更充分还原,

燃尽区内将作为燃尽风的二次风及时补充进来,促进焦碳最后燃尽。通过纵向三区布置,形成纵向空气分级,NOx将得到极大抑制,飞灰可燃物也会得到控制。

由于实现纵向空气分级,相对地燃烧器区域有所扩大,燃烧器区域热负荷降低,炉内温度峰值降低,可以减少或消除热力型NOx产生。

(2) 横向双区分布

如图1-3所示,一次风仍旧为逆时针方向,其假想切圆适当减小;调整二次风射流方向,二次风改为与一次风小角度偏置,顺时针反向切入,形成横向空气分级。两层一次风之间还会布置我公司特有的贴壁风喷口,形成横向空气分级。这种横向布置,可使一次风初始燃烧时,二次风不能过早混合进来,形成缺氧燃烧,在火焰内就进行NOx还原,抑制NOx产生;在火焰末端,二次风再及时掺混合进来,使缺氧燃烧时产生的焦炭再燃烧;二次风反向切入,可以延长火焰行程,强化煤粉后期着火燃烧,并防止煤粉颗粒冲刷炉墙造成结焦。横向空气分级与纵向空气分级一起形成空间空气分级。

(3) 低NOx燃烧器

一次风设计喷口为上下浓淡分离形式,中间加装稳燃钝体形式,浓淡燃烧除可降低NOx外,还可对煤粉稳燃、提前着火有积极作用。同时钝体能优先增加卷吸的高温烟气量,进一步强化稳燃。

(4) 节点功能区的建立

将下层一次风设计为上浓下淡燃烧器喷口,上层一次风布置为下浓上淡一次风喷口,两层一次风喷口中间的二次风小角度与一次风射流偏置,同时布置贴壁风喷口。这样的喷口组合,同时具有稳燃、降低NOx的作用,将中间二次风和贴壁风风门开大,可实现NOx和飞灰可燃物同时降低。

4.2.2 防结渣、防腐蚀措施

(1) 横向双区布置

通过一二次风射流调整及布置独特的贴壁风,在炉膛截面上形成了三场特性截然不同的中心区与近壁区分布,中心区具有较高的煤粉浓度、较高的温度和相对较高的氧浓度分布,而近壁区具有较低的温度、较低的颗粒浓度和适宜的氧浓度,可同时实现防止结渣及高温腐蚀。一次风在内部形成更小且与炉内主气流相反的切圆时,更加易于控制煤粉气流冲壁,熔融灰渣更难甩向水冷壁从而达到强防渣的效果。

(2) 加装贴壁风

增加双尺度燃烧技术特有的附壁射流的贴壁风喷口能有效提高近壁区域的氧化性气氛,提高灰熔点,大大缓解炉膛的结渣。同时,作为水平断面分级燃烧中后期掺混的一部分,贴壁风可作为控制炉内NOx的生成的有效手段。

(3) 纵向空气分级

由于实现纵向空气分级,相对地燃烧器区域有所扩大,燃烧器区域热负荷降低,炉内温度峰值降低,可以有效防止燃烧器区域附所壁面结渣。

(4) 适当降低一次风率。

4.2.3稳燃高效措施

(1) 稳燃型浓淡燃烧器

如5.2.2所述,所有一次风喷口改为上下浓淡喷口,浓相由于煤粉浓度较高,析出挥发份较多,更易实现早着火。并且浓淡相之间布置有较宽的波形钝体结构,强化热烟气回流,实现早期着火。

(2) 节点功能区建立

再如图1-5所示,上下两层一次风及其之间的二次风实现功能组合,通过一二次风射流偏置,实现功能区内的浓相与回流热烟气混合,促进及早着火。

(3) 多喷口多角度燃尽风喷口

考虑到燃烧器改造后将彻底解决结焦问题,炉膛出口烟温会出现下降,加装适量燃尽风后,将SOFA喷口设计为可上下左右摆动的喷口,通过燃尽风喷口上下摆动可控制炉膛出口烟温水平。同时燃尽风喷口还可实现水平摆动,可向炉膛内不同区域内按需供风,实现对炉膛有效覆盖,保证飞灰可燃物控制,降低飞灰可燃物含量,保证降低NOx同时取得较高的锅炉经济性。

4.3改造方案特点

上述改造措施是在实现降低NOx功能的同时实现防渣、防腐、高效稳燃,多种措施相互作用,相互耦合,促使多功能一体化得以实现。

(1) 同时采用横向、纵向空气分级,实现低NOx排放

空气分级是降低NOx的炉内重要技术手段,通过高温低氧还原区的建立,实现已生成的NOx还原,可大幅度降低NOx生成。

(2) 采用低NOx燃烧器及低NOx功能小区,同时实现稳燃及降低NOx功能

一次风射流方向配合一次风集中布置及一次风喷口的浓淡形式有利于在炉膛主燃烧器区域组织一个高温低氧的燃烧核心区,煤粉气流准确及时的进入高温低氧的核心区域后,较低的过量空气系数,相对较高的燃烧温度,对煤粉及时有效的燃烧都会形成有利的条件。同时,在较低的过量空气系数下,燃料型NOx的生成会得到有效抑制,较低的燃烧温度可在根本上抑制温度型NOx的产生,从而达到炉内燃烧深度降低NOx的目标。

(3) 横向双区分布等措施防止炉内结渣及高温腐蚀

通过一二次风射流组合在炉内形成中心区和近壁区双区分布,非常有利于防结渣。

贴壁风喷口的加装,可以在炉内水平断面形成浓淡分布的同时,有效形成对水冷壁的保护。

贴壁风作为我公司技术特色的一部分,在历次改造中均证明其对降低NOx和保护水冷壁有积极的作用。作为二次风的一部分,贴壁风射流方向与水冷壁一致,并且位置处于近水冷壁区域,这部分二次风不直接混入主燃烧区域,而是随着煤粉燃烧,有组织的及时补入,同时,这部分二次风在近壁区域形成了较高的氧化性气氛,在有效冷却冲击的高温灰粒防治炉膛结渣的同时,可抑制水冷壁的高温腐蚀。

(4) 四大技术特点保证锅炉改造后锅炉经济性不降低

l 一、二次风射流方向差异性。一、二次风射流差异性可保证煤粉及时有效混入高温低氧区的同时,加大煤粉燃烧中后期的混合,加大煤粉颗粒在炉膛内的停留时间,可有效降低飞灰可燃物含量。

l 一次风的集中浓淡布置和大回流钝体。改造后一次风的集中布置,在一次风射流的近喷口区域形成较高的煤粉浓度,大回流钝体能最大程度的卷吸高温烟气加大高温烟气对煤粉的传热,保证一次风着火时间提前,相对于普通的一次风形式,相当于进一步增加了煤粉的停留时间。

l 一次风附近局部功能区。两层一次风喷口及中间布置的偏折二次风,在此区域形成一个高稳燃、高析出功能性还原物质的功能区。在两层一次风喷口集中浓淡的同时,可摆动二次风可有效控制功能区煤粉着火时间,着火距离及此区域的相对燃烧气氛,对进一步降低NOx和保证碳及时燃烧有极为重要的作用。

l 分离燃尽风(SOFA)的摆动。SOFA的垂直摆动,可对炉内火焰中心标高进行调整,同时能保证一部分少量碳的及时燃尽。SOFA水平摆动对调节炉膛出口的烟温偏差作用明显,在以往改造锅炉中,水平摆动的燃尽风能有效改变炉膛出口的烟温偏差。

5 运行现状

根据山东电力研究院出具的《大唐鲁北发电有限责任公司#2机组锅炉大修后性能试验报告》表明#2炉经过双尺度低NOx燃烧技术改造后,锅炉能够安全正常运行,NOx排放平均值在200mg/Nm³以下,锅炉效率92.80%以上。

通过在锅炉主蒸汽流量分别为BMCR、TRL、90%TRL、80%TRL、70%TRL五个工况下进行试验,结果如下:

(1)BMCR工况最上部四层燃尽风全开时,A、B两侧空预器进口NOx(换算到6%O2)平均值为191.37 mg/Nm3; CO(换算到6%O2)平均值为29.93µL/L;修正后锅炉热效率为93.21%,固体未完全燃烧热损失为0.37%;锅炉主蒸汽温度为540.7℃,再热蒸汽温度为540.1℃,过热器减温水量为38.8t/h,再热器减温水量为4.6t/h。

(2)TRL工况最上部四层燃尽风全开时,A、B两侧空预器进口NOx(换算到6%O2)平均值为203.62 mg/Nm3; CO(换算到6%O2)平均值为54.38µL/L;修正后锅炉热效率为93.24%,固体未完全燃烧热损失为0.41%;锅炉主蒸汽温度为542.3℃,再热蒸汽温度为540.5℃,过热器减温水量为98.4t/h,再热器减温水量为18.7t/h。

(3)TRL工况下A侧空气预热器漏风率为4.75%,B侧空气预热器漏风率为5.42%。

(4)90%TRL工况最上部四层燃尽风全开时,A、B两侧空预器进口NOx(换算到6%O2)平均值为178.19 mg/Nm3; CO(换算到6%O2)平均值为6.0µL/L;修正后锅炉热效率为93.77%,固体未完全燃烧热损失为0.38%;锅炉主蒸汽温度为538.4℃,再热蒸汽温度为538.2℃,过热器减温水量为32t/h,再热器减温水量为4.1t/h。

(5)80%TRL工况最上部四层燃尽风全开时,A、B两侧空预器进口NOx(换算到6%O2)平均值为197.23 mg/Nm3; CO(换算到6%O2)平均值为7.5µL/L;修正后锅炉热效率为93.41%,固体未完全燃烧热损失为0.46%;锅炉主蒸汽温度为540.8℃,再热蒸汽温度为541.7℃,过热器减温水量为80.7t/h,再热器减温水量为4.3t/h。

(6)70%TRL工况最上部四层燃尽风全开时,A、B两侧空预器进口NOx(换算到6%O2)平均值为193.37 mg/Nm3; CO(换算到6%O2)平均值为6.8µL/L;修正后锅炉热效率为93.45%,固体未完全燃烧热损失为0.35%;锅炉主蒸汽温度为539.7℃,再热蒸汽温度为538.4℃,过热器减温水量为53.7t/h,再热器减温水量为4.1t/h。

凝汽器钛管化学清洗

作者:张凯 设备部 点击:380

凝汽器钛管化学清洗

张凯

摘要:针对大唐鲁北发电厂钛管凝汽器在运行中结垢导致机组效率下降、煤耗上升的问题,采用化学试剂对凝汽器进行酸洗,酸洗后钛管内硬垢被完全清除。机组启动后,凝汽器端差明显降低,真空度上升,经济效益显著,为同类型凝汽器化学清洗除垢提供了参考。

关键词:钛管;凝汽器;化学清洗

Abstract: According to 330 mw condenser titanium tube in operation of scaling leads to the unit efficiency descend, coal consumption rise the question, using chemical cleaning of condenser titanium tube pickling, pipe scale was completely remove hard,

generating set when activated, the condenser end poor reduced significantly, and vacuum rise, and the economic benefit is remarkable, for the same type condenser chemical cleaning dirt-remover provides reference.

keywords: Titanium tube; Condenser; Chemical cleaning

1概述

大唐鲁北发电有限责任公司#1机组汽轮机为北京汽轮电机有限责任公司生产的N330-1775/540/540型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸双排汽、凝汽式汽轮机。配套的凝汽器为单壳体对分单流程表面式凝汽器以海水为冷却介质、采用24452根Φ19×0.5mm材质为TA1钛管为冷却管材与TA2端板全部采用胀焊连接。

机组2009年09月开始投产运行,一年后凝汽器钛管内由于结垢严重使钛管传热效果越来越差,凝汽器端差逐步升高,机组真空度逐渐下降。夏季#1机凝汽器真空度比设计值低12kpa,不仅制约机组出力,而且影响了机组的安全性和经济性。

虽然此电厂利用停机期间对凝汽器钛管进行了多次高压水冲洗,但是此种清洗方式只能清除钛管内壁浮泥,对致密硬垢没有效果。为保证凝汽器换热效率,提高凝汽器真空度,以及保障机组安装胶球系统后能够正常投运,在机组小修期间对凝汽器进行化学清洗。

2钛管内硬垢形成的原因及垢样分析

2.1硬垢形成的原因

由于此厂系统设计原因,循环水系统虽然设计采取海水冷却,但是实际上是相对封闭的闭式循环冷却,系统只能靠农历每月两次海水高潮位时打开水闸补水。由于补充水的水量不够,循环水的排污量减少或不能排污,使循环水的浓缩倍数升高,造成循环水中钙、镁离子增加。而且部分脱硫废水直接排到循环泵房前池内造成循环水中的悬浮物极多,使得系统内容易产生悬浮物沉积,从而形成粘附性极强的粘泥,造成凝汽器钛管表面结垢和粘泥沉积,此外凝汽器循环水系统无胶球和二次滤网系统冲洗装置,无法减缓凝汽器结垢。上述综合因素导致凝汽器结垢严重,严重影响机组的真空及端差,使凝汽器换热效率下降,机组能耗上升。

2.2垢的成分

高压水冲洗凝汽器钛管内部表面浮泥后检查发现其结垢严重,垢呈灰白色且坚硬,厚度为0.3-0.4mm。经化学人员取垢样检测分析,硬垢96%为碳酸钙和碳酸镁,其余为少量亚硫酸镁、氯化镁、氯化钙。

3清洗工艺的选择

3.1清洗方案的确定

清洗方案的好坏是凝汽器清洗质量的关键所在,筛选最佳的清洗工艺是方案的核心,优秀的清洗方案的选择必须符合四项标准即清洗指标达标,清洗费用经济,清洗废液容易处理,设备投运安全可靠。依据设备结垢情况及运行状况来确定清洗程序,通过现场小型性试验,确定最佳的清洗工艺:碱洗1%氢氧化钠,流速0.1-0.2m/s,在温度50-55℃条件下碱洗8-10小时,用消防水冲洗后,采用3~6%氨基磺酸、0.3~0.5%N-101缓蚀剂及适量消泡剂N-202,在流速流速0.1-0.2m/s,温度50-55℃条件下酸洗8-12小时,酸洗前增加碱洗工艺效果更佳,此清洗工艺能使管内垢清洗干净,腐蚀速率极低。

3.2化学清洗流程及试剂

3.2.1清洗程序

凝汽器水室清扫及钛管疏通→ 水压试验及试运 → 碱洗 → 水冲洗 → 酸洗 → 水冲洗 → 压缩空气吹胶球

3.2.2碱液

氢氧化钠浓度 1%;

清洗温度 50-55℃;

流速 0.1-0.2m/s;

时间 8-10小时。

数量 5吨

3.2.3酸液

氨基磺酸浓度 3~6%;

缓蚀剂N-101 0.3~0.5%;

清洗温度 50-55℃;

流速 0.1-0.2m/s;

时间 8-12小时。

数量 20吨

4.清洗临时系统设备及系统设计

4.1 清洗系统的临时设备

(1)清洗泵 P=18m、 Q=1000t/h ,2台;

(2)清洗箱 4m3,1个;

(3)喷射泵 Q=30-50t/h;

(4)温度计 0-100℃,2支;

(5)混合加热器 1个;

(6)压力表 0~0.6 MPa 4个;

(7)临时管道及相应阀门 DN50-DN300

4.2系统设计

凝汽器分为甲、乙两侧,分别有前、后水室,通过连接临时系统把两侧凝汽器进行串联以满足清洗流速的要求,清洗系统如下图1,此系统酸液可以从甲侧凝汽器到乙侧凝汽器,也可以从乙侧凝汽器到甲侧凝汽器,或者两者交替进行。

4.3系统安装

(1)循环水的各进、出口用钢板封死,以减少清洗死区,堵板下要用2~3根8号槽钢支撑。

(2)凝汽器水室接口选在水室人孔处,并配制临时人孔盖开孔接管便于酸液进出 。

(3)在原放空气管的基础上,做2个DN100×200mm的接管座,并引2根Φ108×4mm的放空管至清洗箱。

(4)在凝汽器底部排污管上接塑料管作为临时水位计。

(5)在就近辅汽管上合适位置用Φ89×4.5mm的临时管接至清洗箱上的混合加热器,蒸汽压力要求0.3~0.8MPa。

(6)用Φ159×4.5mm的临时管道将凝汽器底部排污管引至废水池。

5具体工艺实施过程

(1)凝汽器水室清理

水室内的杂物垃圾清理干净。

(2)压缩空气吹管

用压缩空气尽力疏通每根钛管,不通的加堵并做标志。

(3)凝汽器汽侧灌水查漏

水侧干燥状态下向汽侧注水至接颈部,检查钛管及管口胀接处有无泄漏,漏时则应先作记号,然后钛管内漏加堵,管口渗漏补胀,确认严密无泄漏后仍应将汽侧灌水至接颈部。

(4)酸洗前系统的隔离

在凝汽器水室内将循环水进、出水管用钢板封堵严密。

(5)清洗系统严密性试验,

分别启动2台清洗循环泵对系统进行严密性试验,消除泄漏处。然后进行冲洗,直至出水清,无杂物。

(6)水冲洗

用工业水对系统进行酸洗前的水冲洗,直至出水澄清。

(7)碱洗及水冲洗

碱洗介质: 0.94-1.0%氢氧化钠 + 适量消泡剂,温度45-52℃,时间10小时(包括加碱时间)。碱洗结束排完碱液后冲洗6小时后,PH

(8)酸洗:

冲洗合格后,开启清洗泵进行循环,升温至50~55℃,加入缓蚀剂N-101,缓蚀剂加完,循环30分钟使缓蚀剂均匀分布。然后向系统内缓慢加入氨基磺酸,控制酸浓度3~6%,维持温度50~60℃,并根据泡沫大小加入消泡剂N-202和适量清洗助剂,清洗中根据分析结果,如果酸浓度2~3次取样化验基本不变,说明垢已除净,可结束清洗。酸洗工况见曲线1。

(9)酸洗后水冲洗

清洗结束后,迅速排空酸液。当排酸结束后,向系统进工业水并启动清洗泵进行循环冲洗,冲洗中注意将循环水进出水管及各死角也冲洗好,至pH≥4.3时结束冲洗。

(10)酸洗废液的处理

公司经验清理凝汽器内垃圾能够提高真空2kpa,故凝汽器酸洗效果带来的排汽压下降值实际约为6 kPa。按照1kPa影响标准煤3.2g/(kw·h)计算,机组真空上升6kpa,发电煤耗降低19.2g/(kw·h),日节省标煤约130吨,月节省燃料费用300多万元。

9结束语

大唐鲁北发电公司对凝汽器成功的酸洗不仅降低了机组的发电煤耗,极大的提高了机组热经济性,更重要的是保障了机组健康、安全、稳定的运行。凝汽器钛管结垢的主要是因为本厂循环水水质太差和无胶球清洗系统,要根本解决凝汽器结垢还要通过不断的技术攻关和技术改造来改善循环水水质和加装凝汽器胶球清洗系统。

该机组采用的是钛管, 如何针对结垢类型和钛管状况选择正确清洗方法是做好凝汽器钛管化学监督的重要内容。一方面要有效地去除钛管内壁的结垢 ,另一方面更要做好防腐蚀工作。如凝汽器内结垢较多情况下进行化学清洗时,如何控制好清洗酸的浓度和加酸速度,尽量减少总腐蚀量、降低腐蚀速率是需要进一步探索的问题。

DSB低氮燃烧器

NOx燃烧器——DSB燃烧器 专利号ZL 02 2 53094.0 燃烧器结构

DSB低氮燃烧器,主要结构如图1所示,包括: 1.中心风通道;

2.一次风弯头、煤粉均匀挡片、煤粉浓缩文丘里、一次风伸缩套筒、一次风旋流叶片、稳焰环;

3.内二次风通道、内二次风旋流叶片; 4.外二次风通道、外二次风旋流叶片。

图1 DSB燃烧器结构 1.技术特点

o具备一般低NOx旋流燃烧器的特点:双调风

o具备创新的核心技术:在燃烧器内部实现一次风稀相向二次风扩散,从而使得一次风速可调,极大地提高了燃烧稳定性和煤种适应性(图2、图3); o多种调节手段,以适应各种炉膛、煤质和燃烧工况(表1): o内外二次风量比例可调节;

o一次风旋流通过旋流叶片进行调节; o一次风量(速)可以通过伸缩套筒调节; o煤粉浓度可以通过伸缩套筒进行调节; o中心风可调风量。

表1 DSB燃烧器控制对象表

图2 一次风伸缩套筒拉杆位置对喷口一次风速的影响

图3 一次风套筒拉杆位置对着火距离的影响

2.NOx控制机理 二次风分级,形成空气分级燃烧方式是DSB燃烧器是成为低氮燃烧器的主要的因素。此外,还如下两方面的原因: 1.空气分级程度被加深

DSB燃烧器一次风可以大幅度减小,促进了初期燃烧,但氧量更加缺乏,使得空气分级程度更深,NOx控制效果更为明显; 2.形成了燃料浓淡分布的燃烧方式 部分煤粉颗粒预先分散到内二次风里,降低了一次风区附近的氧浓度,使得一次风粉远离二次风气流更为明显,进一步强化了空气分级燃烧,同时具有燃料浓淡分布的效果,在一定程度上具有了燃料分级效果。 3.煤种适应性

DSB具备多种调节手段,使得煤种适应性很强: 0.Vdaf >30%的高挥发分烟煤和褐煤

一次风直流,风速>28m/s,内二次风中度旋转, 1.20%

一次风轻度旋转,风速25m/s,内二次风中度旋转, 2.14%

一次风中度旋转,风速20m/s,内二次风高度旋转, 3.Vdaf

一次风中高度旋转,风速

适应不同煤种的火花模拟见(图4——图6)

图4 DSB燃烧器模拟燃烧烟煤的火焰(行程长、刚性大)

图5 DSB燃烧器模拟燃烧贫煤的火焰(成“梨”形)

图6 DSB燃烧器模拟燃烧无烟煤的火焰 (“煤粉”颗粒在出口聚集、翻滚)

4.DSB燃烧器和一般低NOx旋流燃烧器性能比较

表1列出了DSB燃烧器主要的控制对象,由于控制对象较多,故DSB燃烧器是一种调节和模仿能力很强的燃烧器, 它可以通过调节机构调整“转变”不同类型的低NOx旋流燃烧器,实现类似德州电厂的贫煤燃烧器和华能北京电厂烟煤燃烧器的气流组织,并且由于一次风速和煤粉浓度的调节使得它的性能超过了普通低NOx旋流燃烧器。表2列出了DSB燃烧器与南京某电厂蜗壳式燃烧器、北京某电厂和德州电厂低NOx燃烧器在调节性能和燃烧性能上的比较。

5.华能南京电厂1号炉DSB燃烧器实际应用效果 首台DSB燃烧器安装于华能南京电厂2号炉上。华能南京电厂1、2号炉是我国首次引进原苏联生产的ПП-1000-25-545/545КТ型超临界压力、一次中间再热、平衡通风、全钢结构、露天布置、固态排渣直流锅炉,主要设计参数见表3。 表3 锅炉主要设计参数表

锅炉本体露天悬吊布置,采用单炉膛结构,炉顶标高57m,冷灰斗炉底标高4.2m,炉膛宽度19.18m,深度11.46m,水冷壁底部倾角55°,折焰角角度为55°,有效炉膛容积为8190m3。 锅炉于前后墙对冲布置了16只旋流燃烧器,每面墙有上下两排燃烧器,每排四只燃烧器。其中上排燃烧器标高21.4m,距离下排燃烧器4.5m。同排燃烧器中间间距4.05m,侧边间距4.03m,侧边燃烧器与侧墙间距3.34m。当燃用设计煤时,单只燃烧器的最大出力为10t/h。

距上排燃烧器上方2.5m处前后墙对冲布置了8只乏气喷嘴,乏气喷嘴下倾15°。

锅炉配置的是典型的、燃烧低挥发份煤种的双蜗壳旋流燃烧器,由同轴的中心冷却风管、一次风粉管、二次风管和一、二次风蜗壳组成,其简单结构见图11。燃烧器壳使一次风旋转来源于一次风蜗壳,旋流强度基本不可调节;二次风的旋转由二次风蜗壳内的导流挡板产生,旋流强度由挡板位置调节。同一燃烧器的一、二次风旋转方向一致,与相邻燃烧器的旋转方向相反。

锅炉在甲乙两侧各布置一套中储式热风送粉的制粉系统,单套制粉系统设计最大出力为72.4t/h。

图11 蜗壳式燃烧器结构简图

2007年1号炉大修,全部采用共16只DSB燃烧器,并在燃烧器上方增加8只OFA喷口。实际证明风系统匹配良好,各项指标都较好,改造效果优秀。 1.冷态空气动力场和火花示踪

燃烧器出口空气动力场组织效果好,成理想的“梨”形(图12)。 2.单烧油情况

在单烧油的情况下,DSB燃烧器整体表现较好,点火较蜗壳燃烧器更为容易,燃烧器着火后在初期阶段较老燃烧器火焰明亮,黑烟少,燃烧更充分。单烧油时的火焰形态见图13。 3.油煤混烧

油火焰从煤粉气流中“发”出,形成粉包油的燃烧方式,燃油利用十分充分。

图12 DSB燃烧器冷态火花示踪

图13 DSB燃烧器单烧油时的火焰形状

图14 DSB燃烧器油煤混烧时的火焰形态 4.NOx控制效果

华能南京电厂1号炉改造,OFA配合,锅炉NOx排放量从1300mg/m3降低到平均700mg/m3,降低率46%。

5.煤种适应性和燃烧稳定性

燃烧煤质非常杂,从烟煤到无烟煤均有,燃烧稳定性很好。

锅炉不投油低负荷能力超过原设计,可低至150MW以下(试验值130MW,锅炉带额定负荷320MW)。 6.燃烧经济性

与OFA配合,没有明显损害燃烧经济性,随煤质变化,Cfh=2.5%~8%波动,飞灰可燃物水平与改造前相当。如没有OFA,则飞灰可燃物比原锅炉水平低。

主再汽参数合格、锅炉再热器减温水量为零,炉膛出口烟温和排烟温度均没见明显增长。 7.其它

充分考虑了结构的刚性和强度、调节机构的可靠性、煤粉刷面的防磨和喷口的烧损防止,也考虑了安装和检修的便利。

LNB低氮燃烧器

 LNB低氮燃烧器 摘要: 低NOx燃烧器是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器,采用低NOx燃烧器能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。

脱硝技术可分为燃烧改造和烟气脱硝2种形式。燃烧改造是指改变炉膛内的燃烧工况,通常包括安装低氮燃烧器(lowNOxburner,LNB)、应用燃尽风

(overfireair,OFA)以及应用再燃技术。燃烧改造的优点是改造和运行成本低,所以,被美国国家环境保护局(U.S.EnvironmentalProtectionAgency,EPA)定为最佳改造技术(bestavailableretrofittechnology,BART)之一,中国也将低氮燃烧定为首要改造手段。

低NOx燃烧器是指燃料燃烧过程中NOx排放量低的燃烧器,采用低NOx燃烧器能够降低燃烧过程中氮氧化物的排放。

传统的燃烧器为富氧燃烧,化学当量比在燃烧器出口约为1.2,即有20%的剩余空气量。炉膛出口氧量为3%~4%,在富氧燃烧的状态下,容易达到稳定和完全燃烧,因而对飞灰未燃碳和CO等可燃物的排放有所控制,但是,富氧燃烧也使煤的氮成分与氧在高温下反应生成NOx。为了降低NOx的生成,LNB延迟煤粉与氧气的充分混合,使得在LNB出口为富燃料燃烧,由于在火焰最高温处缺氧,NOx的生成大大减少。

墙式炉LNB把高旋转的二次风分成低旋转二次风和高旋转三次风。低旋转风可减少煤粉与风的混合量,使得化学当量比在火焰中心低于1。GE能源公司的LNB装有火焰稳定器、空气调节阀和可调空气旋转叶片等,燃烧器设计了燃气和燃油的功能。

四角切向炉的LNB在欧美通常是通过对二次风加偏角并把部分二次风从燃烧器中移到燃烧器上部(即燃烧区下游)以延迟空气和煤粉的混合。中国的低氮燃烧技术多为浓淡分离,即在燃烧器内部将煤粉分为外淡内浓,使炉膛中心为富燃料燃烧,炉膛壁附近为富氧燃烧。

LNB的设计关键为稳定火焰。因为在燃烧器出口空气供应不足,火焰有可能脱离燃烧器或火焰过长,导致燃烧不完全。通常低氮改造的负效应是可燃物排放增加,从而使锅炉效率降低。