1、试述锅炉燃烧器改造的节能减排效果摘 要：介绍锅炉燃烧器改造的节能减排过程中 NOX 生成的机理, 针对国产锅炉结构特点对燃烧器进行改造, 同时根据节能减排要求, 采用降低 NOX 的燃烧技术进行工程应用，同时解决电站锅炉出现的如燃烧器易烧损、锅炉水冷壁高温腐蚀、炉渣可燃物含量偏高等问题。通过试验测量燃烧器改造的效果, 数据表明确实达到了节能的效果, 减少了 NOX 排放, 保护了生态环境, 具有较高的经济价值和社会价值。 关键词： 节能减排; 降 NOX 改造; 燃烧器 中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号： 我国火力发电占全国发电量 80% 以上, 在电力生产的过程中有大量的污染物
2、产生, 而 SO2 和 NOX 对环境污染影响较大 1, 同时我国对电厂尾气排放的限制越来越严格, 且环保收费逐渐提高, 电厂很有必要进行排放物的减排及无害化技术处理。由于 NOX 在煤的燃烧过程中生成复杂, 且其对人类乃至整个生态系统的危害较大, 对其排放量的控制应高度重视。根据已经制定的较严格限制 NOX 排放的法规和标准, 结合国产1021 t/h 锅炉结构及生产实际情况, 进行燃烧器技术改造和燃烧技术适度结合的工程应用, 并监测其效果。 1 国产 1021t /h 锅炉技术概况 铁岭发电有限公司机组锅炉为哈尔滨锅炉厂引进美国 CE 公司技术, 自行设计制造的亚临界压力、一次中间再热、自
3、然循环汽包炉。采用单炉体负压炉膛, 倒 U 型布置, 锅炉型号为 HG - 1021 /18.2- YM4。锅炉采用四角布置的切向摆动式燃烧器, 燃烧过程中形成逆时针旋转火焰, 该燃烧器采用了宽调节比燃烧技术, 浓淡两相燃烧, 使燃烧比较稳定。 2 燃煤锅炉 NOX 的生成机理 煤燃烧过程中产生的 NOX, 按其在燃煤锅炉中形成的机理分为 3 种: 热力型 NOX、燃料型 NOX 和快速型 NOX。其中快速型 NOX 所占比例很小, 占总含量的 5%以下; 热力型 NOX 约占 25% , 燃料型 NOX 约占 70% 等 2 。热力型 NOX 的生成。空气中的 N2 在高温下氧化是通过一组不
4、分支的连锁反应进行的。在高温下总生成:N2 + O2 2NO 2NO+ O2 2NO2 前面的反应是在高温下与氧原子进行的, 在炉膛的燃烧中心所生成的 NO, 是排向大气中 NOX 的主要部分。在 反应方程中 NO 在排向大气流动的过程中逐渐被氧化成 NO2, NO2 的浓度是随着炉膛中的温度和氧浓度的增加而增加的。热力型 NOX 的生成速度及排量与燃烧温度有很大的关系。燃烧温度越高, 生成量越大; 氧气浓度越高, 生成量也越大。煤中的氮成分大部分在挥发份析出后氧化生成 NOX。留在煤焦中剩余的母氮可以通过异相反应氧化生成 NOX。我们采取的主要措施是降低氧浓度, 降低燃料型 NOX 的形成。
5、 图 1 燃烧过程中燃料温度的变化 快速型 NOX 的生成。快速型 NOX 是碳氢化合物燃料在燃料过浓区域的火焰面上生成的。通过以上的生成机理可知: 一般来讲煤粉火焰温度不太高, 尤其是固态排渣锅炉, 炉膛温度不可能太高, 以防结焦渣 3 。而热力型 NOX 的生成主要取决于火焰温度和风煤比。热力型 NOX 只在燃料富氧燃烧时生成, 而且温度超过 1800K 时才能大量地生成。 3 减排 NOX 含量的燃烧器改造 3. 1 燃烧器改造的基本情况 华电铁岭发电有限公司 1021 t/h 锅炉采用正四角布置的切向摆动式燃烧器。该燃烧器采用了美国 CE 公司的宽调节比燃烧技术, 以提高锅炉低负荷的稳
6、燃特性,利用煤粉管道进入燃烧器一次风喷嘴弯头的离心分离作用, 将进入一次风喷嘴的煤粉空气混合气流分成浓淡两相 4 , 两相气流中间隔板分开, 在出口处设有带波纹形的稳燃钝体以形成回流区, 这样浓相气流的煤粉浓度高, 着火特性好, 即使在低负荷情况下, 浓相气流的风煤比仍可保持在较合理的范围, 使着火特性不会明显恶化。同时由于钝体所形成的回流区对高温烟气的回流为煤粉着火提供热源。这样, 低负荷下的稳燃特性可明显改善。改造后的燃烧器如图 2 所示。它在浓淡燃烧过程中, 对喷口的形状进行优化, 使得煤粉气流更加适合于浓淡燃烧和分级燃烧, 以保证燃烧的稳定与良好。 图 2 浓淡分离燃烧器(带弯头分离器
7、及预热喷口) 的结构及原理示意图 3. 2 燃烧器改造的原则和改造范围 进行燃烧器改造本着这样的原则: 保证锅炉燃烧器正常着火、稳燃效果良好, 保证减排 NOX 的含量在控制范围。燃烧器改造范围 : 不改变炉膛的几何尺寸; 重做燃烧器本体、燃烧器风箱风道和挡板风箱; 原来的大风箱保留; 点火方式不变; 二次风门、燃烧器摆动执行机构不变。通过四角切圆燃烧良好的燃烧方式控制 NOX 排放当量 5 , 达到环保节能的效果。 4 燃烧器改造效果分析 该燃烧器的改造保留了原有燃烧器在控制减排 NOX 方面的优良设计。改造后的燃烧器采用空间曲面板型煤粉浓缩器。该煤粉浓缩器采用高铬硅铁, 材料的硬度达到 H
8、B 360 以上, 保证使用寿命 16000 小时。 改造后 NOX 的排放量明显降低。 4. 1 关于氮氧化物的计算 过量空气系数的计算公式为:Apy = 21 / ( 21- O2 + 0. 5CO ) 其中: Apy ) ) ) 实测过量空气系数;O2 ) ) ) 空气预热器出口干烟气中氧的容积含量百分率, % ;CO) ) ) 空气预热器出口干烟气中一氧化碳的容积含量百分率, % 。根据 GB13223- 20035 火电厂大气污染物排放标准 6 中的规定, 实测的火电厂氮氧化物排放浓度必须按公式 中进行折算(燃煤锅炉按过量空气系数折算值 A= 1. 4)。同时也规定, 氮氧化物质量以
9、二氧化氮计, 按 1ppm 氮氧化物相当于 2. 05mg /m3, 将体积浓度换算到质量浓度。C = C 实 ( A 实/A) 其中: C) ) ) 折算后的氮氧化物排放浓度, mg /m3;C 实) ) ) 实测的氮氧化物排放浓度, mg /m3;A 实) ) ) 实测的过量空气系数;A) ) ) 规定的过量空气系数; 4. 2 空气量在煤粉初期着火阶段产生的影响 锅炉燃烧器采用的是低 NOX 燃烧器。也就是说在锅炉正常运行时, 煤粉初期着火阶段是处于欠氧燃烧状态的。当机组负荷在 292MW 时, 炉膛出口烟气含氧量为 3. 91%; 当机组负荷在 225MW 运行时, 炉膛出口氧量为 5
10、. 3%。根据测试条件下得到的数据来分析, 锅炉低负荷运行时, 煤粉初期着火阶段是处于富氧燃烧状态的, 温度型氮氧化物的生成量较大; 而高负荷时, 由于煤粉是欠氧燃烧, 氮氧化物的生成量较小, 因此锅炉高负荷运行时的氮氧化物排放量较小。 5 结束语 本次燃烧器改造采用低 NOX 燃烧技术, 达到了锅炉减排 NOX 的工程效果。同时在解决电站锅炉出现的如燃烧器易烧损、锅炉水冷壁高温腐蚀、炉渣可燃物含量偏高等问题也有很好效果。在改造燃烧器、减排 NOX 过程中, 提高锅炉运行的经济性和安全性, 有利于节能减排的实施, 对于保护环境具有重大意义。 参考文献: 1 朱文心. 火电厂除硫脱氮技术发展概况 J. 中国电力,1997, ( 11). 2 聂明局. 大型贫煤和烟煤锅炉 NOX 排放特性的研究.湖北电力. 1998, ( 4). 3 许传凯. 大型电站锅炉用煤及燃烧技术. 中国电力.1996, ( 12). 4 张成恩. 分级燃烧技术的应用. 锅炉技术. 1998, ( 6) . 5 韩宾. 四角切园燃烧控制 NOX 排放 J. 锅炉技术,1996, ( 4). 6 张艳. 烟气联合脱硫脱氮技术的模糊综合评判. 华北电力大学学报. 2004, ( 12).
