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4低氮燃燒技術(shù)原理(參考版)

2025-06-08 17:55本頁(yè)面
  

【正文】 W 公司的雙調(diào)風(fēng)低 NOX 系列燃燒器,即 DRBXCL 低 NOX 燃燒器和DRB4ZTM 低 N0x 燃燒器;美國(guó) FW 公司的 CF/SF 低 NOX 燃燒器;日本 BHK 公司的 HT—NR3 型燃燒器;日本三。表 61 NOX 燃燒器的發(fā)展前景直流燃燒器和旋流燃燒器各有優(yōu)劣,結(jié)合我國(guó)煤種多變、煤質(zhì)下降的情況以及多年來(lái)所取得的切圓燃燒的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,直流燃燒器具有其優(yōu)越性。90 年代中期英巴開(kāi)發(fā)了MarkⅤ型低氮燃燒器,該燃燒器在Ⅲ型的基礎(chǔ)上引入了四次風(fēng),其 NOX 的排放濃度可進(jìn)一步降低25%左右。Staudinger 電廠改造后使用該型號(hào)燃燒器 NOX排放濃度在300~460mg/Nm 3。1991 年,DS 型燃燒器,內(nèi)、外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度都可調(diào),且一次風(fēng)也有旋流葉片。公司名稱(chēng) 第一代燃燒器 第二代燃燒器 第三代燃燒器 第四代燃燒器 第五代燃燒器江蘇利港電廠改造后其 NOX 排放濃度控制在400mg/Nm3左右。蘭溪電廠用的是該燃燒器,NOX的排放值在300mg/Nm3。美國(guó)巴威北侖2 爐用該燃燒器 NOX 的排放值在550mg/Nm3。20 世紀(jì) 80 年代中期,DRBXCL燃燒器,內(nèi)、外二次風(fēng)旋流強(qiáng)度可通過(guò)軸向葉片角度調(diào)節(jié)。FW 提供業(yè)績(jī)沒(méi)有超過(guò) 300MW 以上的機(jī)組,在美國(guó)的 HP1(500t/h)爐其 NOX 排放為258mg/Nm3,NJ爐為 393mg/m3。1997 年至今,VS/SF 燃燒器,內(nèi)二次風(fēng)的葉片為軸向,角度固定;內(nèi)二次風(fēng)風(fēng)量通過(guò)一個(gè)可軸向滑動(dòng)的內(nèi)二次風(fēng)錐形套筒進(jìn)行調(diào)節(jié)。1991 年~1995年,對(duì)燃燒器的噴嘴形式進(jìn)行了一些改進(jìn),即把CF/SF 燃燒器 4個(gè)煤粉噴嘴改為IFS 燃燒器的 6個(gè)煤粉噴嘴。北侖Ⅱ期所用的是這代的修改型,在燃燒器中間增加了中心風(fēng)。 現(xiàn)將國(guó)外幾家旋流燃燒器生產(chǎn)公司的低氮燃燒器發(fā)展情況及國(guó)內(nèi)外大型鍋爐燃燒器改造及使用情況匯總見(jiàn)表 61。同時(shí)二次風(fēng)通道分成了兩部分,一部分二次風(fēng)以旋流的形式進(jìn)入爐內(nèi);另一部分二次風(fēng)以直流的形式在旋流二次風(fēng)外側(cè)的環(huán)形通道進(jìn)入爐內(nèi)??拷行牡囊还蔀楹哿枯^多的濃煤粉氣流,它經(jīng)過(guò)濃一次風(fēng)通道噴入爐膛。 徑向濃淡旋流燃燒器 哈爾濱工業(yè)大學(xué)在提出了“水平濃縮煤粉燃燒”技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了“徑向濃淡旋流煤粉燃燒”技術(shù),這種燃燒器的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 68。兩股氣流在噴口處,通過(guò)導(dǎo)向裝置將濃煤粉氣流引向燃燒器中心附近,淡煤粉氣流引向濃煤粉氣流外側(cè)噴入爐膛,二次風(fēng)通過(guò)內(nèi)、外二次風(fēng)通道以旋流的形式進(jìn)入爐膛。這種燃燒器的降低 NOX 原理仍是分級(jí)送風(fēng)。其余約 10%的煤粉和約 50%的低溫乏氣,從一次風(fēng)管中抽出,將其作為三次風(fēng)在燃燒器周?chē)娜物L(fēng)口噴入爐膛。W 公司在 DRB 型燃燒器的基礎(chǔ)上增設(shè)了 PAX 裝置及分級(jí)風(fēng)管形成的,結(jié)構(gòu)如圖 67 所示。二次風(fēng)擋板和內(nèi)二次風(fēng)軸向葉片分別由兩根推拉式的拉桿控制,推拉二次風(fēng)擋板可改變內(nèi)、外二次風(fēng)風(fēng)量比例。內(nèi)二次風(fēng)通道內(nèi)裝有可調(diào)角度的軸向葉片。彎頭進(jìn)入燃燒器一次風(fēng)管后,通過(guò)文丘里管向中心濃縮,然后經(jīng)過(guò)安裝在中心管上小角度軸向葉片,煤粉被甩向一次風(fēng)管壁附近后噴入爐膛。圖 65 WS 型低 NOX 燃燒器 WS HTNR 型低 NOX 燃燒器Babcock日本 IHI 公司在 DBR 型燃燒器的基礎(chǔ)上,與 1985 年研制成 HTNR 型低 NOX 燃燒器,其結(jié)構(gòu)如圖 66 所示。燃燒器的中心是中心風(fēng)管,管中可插點(diǎn)火油槍。通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)、外二次風(fēng)的比例和葉片角度,可以改變氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度,從而調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的混合。一次風(fēng)一般為直流,一次風(fēng)管道內(nèi)裝有顆粒導(dǎo)向器和圓錐形擴(kuò)散體,用慣性分離作用將一次風(fēng)風(fēng)粉混合物分成濃、兩股氣流,一次風(fēng)管壁四周為濃煤粉氣流,一次風(fēng)管中心附近為淡煤粉氣流。 雙調(diào)風(fēng)燃燒器 是美國(guó) Bamp。DRB 型燃燒器主要適用于燃燒揮發(fā)分大于 5%的煙煤。內(nèi)調(diào)風(fēng)器的主要作用是促進(jìn)著火和穩(wěn)燃,外調(diào)風(fēng)器的主要作用是在火焰下游供風(fēng)以完成燃燒。W 公司 20 世紀(jì) 70 年代推出了二次風(fēng)雙流道均為旋流的燃燒器,即 DRB 型燃燒器(Dual Register Burner,雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器 ),其結(jié)構(gòu)如圖 64 所示。 濃縮型旋流煤粉燃燒器濃縮型旋流燃燒器是指一次風(fēng)粉混合物經(jīng)過(guò)濃縮后通過(guò)提高煤粉濃度來(lái)改善煤粉的著火及燃燒條件的旋流煤粉燃燒器。普通的旋流燃燒器由于一二次風(fēng)混合比較強(qiáng)烈,導(dǎo)致煤粉與氣流強(qiáng)烈混合,過(guò)快的溫升及過(guò)量氧的加入, 使燃燒強(qiáng)度很高 ,最終導(dǎo)致 NOX 的大量生成 ,約為 1000~1200mg/L。 旋流煤粉燃燒器旋流燃燒器根據(jù)二次風(fēng)的供入方式和一次風(fēng)煤粉濃度可分為三類(lèi):普通型、分級(jí)燃燒型和濃縮型。 與 WR 型燃燒器相比,水平濃淡燃燒器除具備低 NOX 排放的優(yōu)點(diǎn)外,還能進(jìn)一步改善著火條件,增強(qiáng)水冷壁附近的氧化性氣氛,可防止結(jié)焦和高溫腐蝕。水平濃淡燃燒器也屬于濃淡燃燒方式,故其降低 NOX 排放的原理與 WR 型燃燒器相似。圖 63 百葉窗水平濃淡燃燒器 水平濃淡燃燒器利用濃縮器或彎頭將煤粉氣流分成濃淡兩相,并保持水平直到噴嘴出口。這種方式對(duì)煤粉管道的布置無(wú)特殊要求,適用于工程改造;第 2 種是采用 90176。 水平濃淡式燃燒器 在濃淡燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上,哈爾濱工業(yè)大學(xué)經(jīng)過(guò)多年的努力,提出“風(fēng)包粉” 煤粉燃燒的思想,開(kāi)發(fā)出水平濃淡風(fēng)煤粉燃燒器。這種燃燒器已在多家電廠成功應(yīng)用。WR 型燃燒器與 PM 型燃燒器的不同之處在于:PM 型燃燒器有兩個(gè)噴嘴,而 WR 型燃燒器將濃、淡相集中在一個(gè)噴口內(nèi)。這種燃燒器的噴口內(nèi)安裝有波形鈍體,可增強(qiáng)煤粉與氣流的攪拌并在燃燒器的出口處形成一個(gè)有利于著火的穩(wěn)定回流區(qū),從而提高火焰的穩(wěn)定負(fù)荷范圍。 WR 型低 NOX 燃燒器 WR 型燃燒器(Wide Range Burner,寬調(diào)節(jié)比燃燒器)主要由噴嘴和噴嘴體兩部分組成,如圖 62 所示。此外,由于采用分隔風(fēng)箱,燃燒噴口的寬度較大,增加了出口處氣流的剛性。圖 61 PM 型低 NOX 燃燒器 PM 型低 NOX 燃燒器的主要特點(diǎn)是將爐膛的分級(jí)燃燒和燃燒器的分級(jí)燃燒結(jié)合在一起。煤粉在一次風(fēng)道中先經(jīng)過(guò)一個(gè)彎頭進(jìn)行慣性分離,密度大的煤粉由于慣性大,多數(shù)進(jìn)入上面的富燃料噴口,其余的隨空氣進(jìn)入下面的貧燃料噴口。目前,我國(guó)電站鍋爐中主要采用直流型燃燒器,采用旋流型燃燒器的鍋爐只占總?cè)萘康?20%。世界各國(guó)的大鍋爐公司分別發(fā)展了各種類(lèi)型的低 NOX 燃燒器,NOX 降低率一般在 30%~60%之間。 NOX 燃燒器技術(shù)原理及型式 低 NOX 燃燒器的原理 低 NOX 燃燒器(Low NOX Burner,LNB)是通過(guò)設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)的燃燒器,通過(guò)改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例,以達(dá)到在燃燒器著火區(qū)的空氣分級(jí)、燃燒分級(jí)和煙氣再循環(huán)法的目的。煙氣再循環(huán)技術(shù)一方面可以稀釋入爐氣體中的氧濃度,另一方面又可以降低燃燒區(qū)域溫度,因此降低了 NOX 的排放量。排走的煙氣一部分經(jīng)過(guò)回?zé)熝b置同空氣在鼓風(fēng)機(jī)前進(jìn)行混合,利用煙氣來(lái)稀釋空氣中的氧濃度,使混合氣體中氧濃度低于 21%。由于這項(xiàng)技術(shù)突出的節(jié)能與環(huán)保優(yōu)勢(shì),在許多國(guó)家得到了廣泛的重視,其原理圖如圖 52 所示。 利用煙氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn) HTAC HTAC—High Temperature Air Combustion,即高溫低氧燃燒技術(shù)。在燃煤鍋爐上單獨(dú)利用煙氣再循環(huán)措施,得到的 NOX 脫除率小于 20%。 另外,利用煙氣再循環(huán)改造現(xiàn)有鍋爐需要安裝煙氣回抽系統(tǒng),附加煙道、風(fēng)機(jī)及飛灰收集裝置,投資加大,系統(tǒng)也較復(fù)雜,對(duì)原有設(shè)備改造時(shí)也會(huì)受到場(chǎng)地條件等的限制。但是,煙氣再循環(huán)效率的增加是有限的,當(dāng)采用更高的再循環(huán)率時(shí),由于循環(huán)煙氣量的增加,燃燒會(huì)趨于不穩(wěn)定,而且未完全燃燒熱損失會(huì)增加。經(jīng)驗(yàn)表明:當(dāng)煙氣再燃循環(huán)率為 15%~20%時(shí),煤粉爐的 NOX 排放濃度可降低 25%左右。 圖 51 煙氣循環(huán)燃燒對(duì)降低 NOX 的影響煙氣再循環(huán)法降低 NOX 排放的效果與燃料種類(lèi)、爐內(nèi)燃燒溫度及煙氣再循環(huán)率有關(guān)。但采用煙氣再循環(huán)會(huì)導(dǎo)致不完全燃燒熱損失加大,而且爐內(nèi)燃燒不穩(wěn)定,所以不能用于難燃燒的煤種(如無(wú)煙煤等) 。 NOX 燃燒技術(shù)原理及其技術(shù)特征分析 煙氣再循環(huán)機(jī)理 煙氣再循環(huán)也是常用的燃燒中降低 NOX 排放量的方法之一。國(guó)家已將“超細(xì)化煤粉再燃低 NOX 燃燒技術(shù)研究” 列為863 計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目。 燃料再燃技術(shù)的發(fā)展前景 發(fā)展再燃還原技術(shù)是目前我國(guó)電站鍋爐滿(mǎn)足環(huán)保要求的比較現(xiàn)實(shí)、可行、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)的一種低 NOX 燃燒技術(shù)。對(duì)于氣體再燃,這個(gè)時(shí)間為 。高溫有利于提高NOX的分解速率,但溫度過(guò)高增加熱力型 NOX 的生成,一般為 1247~1343K 之間。過(guò)量空氣系數(shù)一般為 ~。但如果該比值過(guò)高,由于燃盡效果下降,運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性反而降低,此外爐膛熱負(fù)荷上移,爐膛內(nèi)熱負(fù)荷的合理分配將受到影響。 再燃燃料比和過(guò)量空氣系數(shù):再燃燃料輸入熱量占鍋爐總輸入熱量的份額為再燃燃料比。 影響再燃效果的主要因素 再燃燃料的種類(lèi)和特性:再燃燃料的種類(lèi)很多,不同種類(lèi)的再燃燃料由于其燃料特性各不相同,生成的中間產(chǎn)物相異,各自的再燃效果以及適用的燃燒工況也明顯不同。其發(fā)熱量大,流動(dòng)性好,價(jià)格低于其他燃料油。 奧里乳化油(Orimulsion)也可用于再燃技術(shù)。水煤漿低污染,燃燒效率高,儲(chǔ)運(yùn)方便,其流體特性使得使用方式簡(jiǎn)便。 其他可采用的二次燃料 作為一種新型燃料,水煤漿也作為二次燃料應(yīng)用于再燃脫硝。生物質(zhì)資源具有季節(jié)性的特點(diǎn)且地域性較強(qiáng),比能量密度小,如大規(guī)模使用,運(yùn)輸及儲(chǔ)備是必須解決的問(wèn)題。而 CO2 可在植物光合作用時(shí)被吸收,從一個(gè)大周期來(lái)看,燃用生物質(zhì)可以實(shí)現(xiàn) CO2 凈排放為零。在國(guó)外,對(duì)直接再燃的研究較多,并已有工業(yè)應(yīng)用項(xiàng)目。利用直接再燃技術(shù)一般可以取得 50%~ 70%的脫硝效率,而氣化再燃可以實(shí)現(xiàn)約 50%的脫硝效果。利用生物質(zhì)再燃一般有兩種方式,生物質(zhì)直接再燃或者生物質(zhì)氣化再燃。 生物質(zhì) 當(dāng)前生物質(zhì)再燃技術(shù)日益受到重視。但是,因?yàn)槭钱愊喾磻?yīng),煤粉的燃盡率低,容易造成飛灰含炭量增加、鍋爐效率降低。當(dāng)采用高揮發(fā)分的褐煤或褐煤焦作再燃燃料時(shí),效果甚至好于天然氣再燃。而且由于其具有經(jīng)濟(jì)性及便利性,煤粉再燃得到越來(lái)越多的重視。我國(guó)絕大多數(shù)電廠無(wú)法獲得穩(wěn)定的天然氣來(lái)源,而高昂的天然氣價(jià)格也大大提高了電廠運(yùn)行成本,這些因素決定了我國(guó)推廣天然氣再燃技術(shù)的艱難。而且天然氣和煙氣同相混合,所需設(shè)備較少,投資較低。采用此項(xiàng)技術(shù),一般在實(shí)驗(yàn)室條件下可以達(dá)到 70%~80 %的脫硝效率。 再燃燃料的選取再燃燃料的選取面很廣泛,一般可分為氣體燃料(天然氣等)、液體燃料(水煤漿、奧里油等)和固體燃料(煤粉、生物質(zhì)等)。而將堿金屬鹽類(lèi)( 主要指 Na 鹽)作為催化劑和氨同時(shí)噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū),稱(chēng)之為改良先進(jìn)再燃(Promoted AR),其脫硝效率有望達(dá)到 95%。圖 41 再燃脫硝技術(shù)示意圖 為了獲得更高的脫硝效率,將再燃和選擇性非催化還原(SNCR)相結(jié)合,將氨水或尿素作為氮催化劑噴入再燃區(qū)或燃盡區(qū),以進(jìn)一步降低 NOX,稱(chēng)之為先進(jìn)再燃(Advanced Reburning)。再燃區(qū)不僅能還原已經(jīng)生成的NOX,同時(shí)可以抑制新的 NOX 的生成,進(jìn)一步降低 NOX 的排放。利用這一原理,把爐膛高度自下而上依次分為主燃區(qū)、再燃區(qū)和燃盡區(qū)(如圖 41 所示) 。燃料再燃又稱(chēng)為燃料分級(jí)或爐內(nèi)還原技術(shù),它是降低 NOX 排放的諸多爐內(nèi)方法中最有效的措施之一。偏轉(zhuǎn)二次風(fēng)的設(shè)置不僅可以降低 NOX 的生成,而且在水冷壁附近形成氧化性氣氛,可防止或減輕水冷壁的高溫腐蝕和結(jié)焦。通過(guò)深度空氣分級(jí)形成下部缺氧燃燒控制 NOX 生成,上部富氧燃燒控制飛灰含碳量的燃燒格局,大幅降低 NOX 排放。 低 NOX 燃燒器加深度分級(jí)送風(fēng)(即分離燃盡風(fēng) SOFA)已經(jīng)成為目前燃煤電站鍋爐控制NOX 生成的最佳組合。 空氣分級(jí)燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景 使用空氣分級(jí)燃燒技術(shù)(如圖 310)對(duì)老機(jī)組實(shí)施改造較為方便,改動(dòng)量小,改造費(fèi)用相對(duì)較低;比較適用于高揮發(fā)分的煤種。可使?fàn)t內(nèi)溫度場(chǎng)分布比較合理,不易出現(xiàn)局部高溫,生成的氮氧化物也較少。沒(méi)有補(bǔ)氣角的問(wèn)題,不會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。爐內(nèi)煙氣消旋能力差。有利于加強(qiáng)后期混合,燃盡度高。不利于加強(qiáng)后期混合,燃盡度差。這種布置方式的優(yōu)點(diǎn)為沒(méi)有四角補(bǔ)氣的問(wèn)題。圖 38 為國(guó)內(nèi)典型的角布置方式,這種布置方式具有以下幾個(gè)特點(diǎn):燃盡風(fēng)噴口進(jìn)行反切改造,解決了爐膛出口煙氣偏流問(wèn)題;燃盡風(fēng)量的調(diào)節(jié)可以控制過(guò)熱器或再熱器的壁溫偏差,防止超溫爆管。在燃燒器上方增加 4只 OFA,在上層燃燒器靠?jī)蓚?cè)墻處增加兩只側(cè)翼風(fēng)。 燃盡風(fēng) OFA 布置在旋流燃燒器的上部,通常加裝側(cè)翼風(fēng)噴口(Wing Port)作為補(bǔ)充,側(cè)翼風(fēng)可以使水冷壁附近形成氧化性氣氛,防止高溫腐蝕和結(jié)渣。廣泛采用旋流式雙調(diào)風(fēng)燃盡風(fēng),即在燃盡風(fēng)噴口中加調(diào)風(fēng)器,它將燃盡風(fēng)分為兩股獨(dú)立的氣流噴入爐膛,中央部位的氣流為直流氣流,它速度高剛性大,能直接穿透上升煙氣進(jìn)入爐膛中心;外圈氣流是旋轉(zhuǎn)氣流,離開(kāi)調(diào)風(fēng)器后向四周擴(kuò)散,用于和靠近水冷壁附近的上升煙氣進(jìn)行混合。 旋流燃盡風(fēng) OFA 如果鍋爐本身采用旋流燃燒器,則要相應(yīng)布置旋流燃盡風(fēng) OF
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