低NOx燃烧技术在天津石化6号炉上的应用
【摘 要】 天津石化6号炉通过更换水平浓淡燃烧器及新增两层高位燃尽风，使炉内燃烧火焰拉长，使得煤粉在炉内的燃烧控制在过量空气系数λ>1或λ 【关键词】 水平浓淡燃烧器 燃尽风 天津石化热电厂#6炉为410t/h锅炉机组，杭州锅炉厂生产的NG-410/9.8-M6型燃煤、高压、自然循环、固态排渣炉。燃烧器为直流燃烧器，四角切圆燃烧方式，从下至上共布置三层一次风煤粉燃烧器喷口，五层二次风喷口，一层三次风喷口。采用钢球磨煤机中间储仓式热风送粉制粉系统，每台锅炉配有两台磨煤机。锅炉设计煤种为烟煤。 目前锅炉氮氧化物排放量一直处于较高水平，平均NOx排放值基本在650mg/Nm3以上，未能达到国家排放标准。因此有必要对锅炉的燃烧系统整体进行“节能减排”技术改造。 1 详细改造方案 1.1 采用高位燃尽风系统 将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来λp=1.2变为λp =0.84～0.9。在主燃烧器上方布置8只燃尽风喷口，整个燃尽风喷口在燃烧器区上部相同的水冷壁角部位置开出燃尽风安装口，燃尽风量占总空气量约为25%，燃尽风喷口风速48m/s～50m/s。各个燃尽风喷口的供风风道均由相对应的各角主二次风道引出分别向燃尽风喷口供风，保证供风阻力小，运行中燃尽风喷口风量均由各自独立的风门挡板及电动执行器进行自动控制。 1.2 主燃烧器区二次风喷口的设计 主燃烧器区二次风喷口面积进行相应缩小，保证出口的二次风风速达到设计值。保证最下层较大二次风喷口面积，使其具有较大出口二次风动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的.掉渣量和大渣的含碳量。二次风切圆布置没有改变，与原设计相同。 1.3 水平浓淡风煤粉燃烧器的设计 采用高浓缩比水平浓缩低NOx煤粉燃烧器来改造一次风主燃烧器。一次风煤粉气流在流经优化过百叶窗浓缩叶片后被分离，形成两股煤粉浓度不同的煤粉气流，强化出口气流着火和燃烧，并利用燃料水平分级燃烧原理有效降低着火初期的NOx生成量。针对主燃烧器区域长期处于低过量空气系数的还原性气氛下，一次风设计中采用较大具有出口动量的偏置型周界风喷口，在一次风出口淡一次风喷口的背火侧设有较大出口动量的侧二次风，运行时利用各自独立的风门控制装置调整得到合适喷口周界冷却风量，以便在喷口投运和不投运时保证充分周界风冷却风量，防止喷口高温变形或烧坏。（图1） 2 技术特点 2.1 高浓缩比、低阻力新一代煤粉浓缩技术 水平浓缩燃烧技术的关键设备—煤粉百叶窗浓缩器已经开发出第三代的煤粉浓缩技术，新一代的煤粉浓缩器具有非常优异的气固流动和煤粉浓缩特性，比前几代技术有了本质上的性能提升，其具体表现为：（1）浓缩器具有优异的低流动阻力特性，局部阻力系数小于2，并具有高的煤粉浓缩比，浓缩率可达1.6～2.0以上；（2）在保证高浓缩比的条件下，浓淡喷口出口气流流量分配更为均匀，浓淡一次风风量比在1.0～1.2以内；（3）浓缩器叶片相互搭配结构得到进一步的优化，使浓缩器内气固流动特性和出口气流速度分布更为合理，有效减轻对易磨损部位的冲刷强度和叶间局部阻力损失；（4）制造工艺进一步简化和成熟，在煤粉管道上的布置更为自由。百叶窗煤粉浓缩器的主要设计参数如下表，结构图见表1。 2.2 浓淡燃烧保证低NOx的排放量的原理 传统的一次风量根据煤中的挥发分完全燃烧和一次风送粉安全来确定，因而在着火初期挥发分处于富氧燃烧气氛，此时从煤中释放出来的燃料N在氧化性条件下会生成大量的NOx。浓淡燃烧把煤粉气流分成浓度差异较大的两股煤粉气流，使得浓淡煤粉气流分别在远离煤粉燃烧化学当量比条件下燃烧。对于浓侧煤粉气流由于处于还原性气氛下燃烧，煤粉挥发物中的含氮基团可将NO还原为N2；对于淡侧煤粉气流，由于煤粉浓度较小，含氮基团析出量小，这样与氧反应生成NO的量较小，综合总体效应的结果，使浓淡分离后一次风产生NO排放量比普通型直流燃烧器少得多。采用水平浓淡煤粉燃烧器后，可以有效改善着火阶段煤粉气流的供风，使煤粉在偏离化学当量比环境中着火，大幅度降低NOx排放水平。 2.3 空气垂直立体分级技术与浓淡燃烧相结合进一步深度降低NOx排放量 将燃烧所需的空气量分成两级送入炉膛，使主燃烧区内过量空气系数在0.84～0.9，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延长了燃烧过程，在还原性气氛中大量含氮基团与NOx反应，提高了NOx向N2的转化率。将燃烧所需其余空气通过布置在主燃烧器上方分离燃尽风喷口（SOFA）送入炉膛，此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中析出的大部分含氮基团在主燃区已反应完成，最终NOx生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率，炉内垂直空气分级燃烧与水平浓淡燃烧的合理结合将进一步深度降低NOx排放量。 3 改后的技术指标 （1）燃烧器更换后，在燃用设计煤种、煤粉细度正常时，在机组额定工况下，同时满足：飞灰含碳量低于改造前数值，CO排放水平不高于100ppm，锅炉效率不低于设备改造前。在燃用相同煤种下，NOx排放水平较改造前减排40～50%，尾部NOx排放浓度，保证值在400mg/Nm3（O2=6%）以下。 （2）锅炉可在40% BMCR负荷下不投助燃燃气长时间稳定运行。 （3）锅炉汽温汽压和出力与改造前一致。 （4）燃烧器具有良好的煤种适应性，在正常燃用煤种范围内、煤粉细度正常时，保证锅炉不发生结焦和高温腐蚀现象。 （5）火焰中心适当，不刷壁，炉膛出口烟温适当，改造后炉膛出口烟温偏差小于30℃。 参考文献： [1]苏亚欣，毛玉如，徐璋.燃煤氮氧化物排放控制技术[M].北京：化学工业出版社，2005.162-166. [2]董若凌，周俊虎，岑可法.基于锅炉低NOx再燃技术中再燃燃料的讨论[J].热能动力工程，2005，20（3）：226-229. [3]姚强.洁净煤技术[M].化学工业出版社，2005.. [4]Weiguo Weng；Zhenyu Huang； Junhun Zhou； ANALYSIS OF MECHANISMS AND EXPERIMENTAL RESULT OF LOW NOX COMBUSTION SYSTEMS OF 410T/H BOILER IN BEIJING GUOHUA THERMAL POWER PLANT.In：Proceedings of CSPE-JSME-ASME International Conference on Power Engineering，2001.10.1. [5]Xiao-dong LU； Yong-hao LUO； Fang LU； Jian-xin KEEast，APPLICATIONS AND COMPARISIONS FOR THE ADVANCED LOW NOx COMBUSTION TECHNOLOGIES IN CHINA.In：Proceedings of CSPE-JSME-ASME International Conference on Power Engineering，2001.10.1.
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