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低氮燃烧技术的应用

低氮燃烧技术在南化公司#1锅炉上的应用

武汉燃控科技热能工程有限公司彭良才

我国能源结构中70~80%由煤的燃烧提供，每燃烧一吨煤，就要产生5~30kg氮氧化物。目前我国现役煤粉锅炉排烟中的NOx的浓度范围在600~1200mg/m3，每100亿kWh的火力发电量约排放3.9~8.8万吨的NOx。NOx是大气的主要污染物之一[1]。为满足国家对NOx排放浓度的控制要求，中国石化南化公司对锅炉进行低氮燃烧技术改造，实现锅炉超低NOx排放的同时实现锅炉高效稳燃、防结焦、防高温腐蚀及低负荷不投油稳燃等。

锅炉概况

锅炉为单锅筒、自然循环、集中下降管、“π”布置固态排渣炉。锅炉前部为炉膛，四周布满膜式水冷壁。炉膛出口布置屏式过热器，水平烟道装设了两级对流过热器。炉顶水平烟道两侧及转向室设置了顶棚和包墙过热器，尾部竖井交错布置两级省煤器和两级空气预热器。采用钢球中间储仓式制粉系统，乏气送粉。除渣设备采用刮板捞渣机。

锅炉采用四角布置不可摆动直流式煤粉燃烧器。炉内假想切圆直径为φ600mm。每角燃烧器由4层二次风喷口和2层一次风喷口组成。每角燃烧器布置型式为：2-1-2-2-1-2。

目前锅炉烟气中NOx排放浓度700mg/Nm3左右。

空气分级原理

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0.75~0.85，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延迟了燃烧过程，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，降低了NOx在这一区域的生成量。约20~30%未燃尽煤粉将进入富氧燃尽区进行充分燃烧，同时未燃尽碳中含有的N也将在富氧燃尽区反应生成氮氧化物，最终随着烟气排除炉膛。这一部分氮氧化物约占常规低氮燃烧技术氮氧化物排放值的40~60%，主燃烧区过量空气系数越大其所占比例越小。

为了进一步降低这部分氮氧化物的生成，我公司采用了双级燃尽风(示意图见4-3)技术。此技术将燃尽风分为高位燃尽燃尽风和低位混合燃尽风。分段后

假想切圆直径为600mm。

运行数据及分析

4.1改造前锅炉情况表1改造前后配风对比表

参数名称

改造前

改造后

一次风率（%）

30

28

二次风率（%）

65.83

44

燃尽风率（%）

/

24

一次风速（m/s）

30

30

二次风速（m/s）

45

45

燃尽风速（m/s）

/

45

一次风温（℃）

60

60

二次风温（℃）

325

325

燃尽风温（℃）

/

325

南化公司#1锅炉改造前，委托设计方针对锅炉经常出现的负荷做摸底试验。通过燃烧中观察，燃烧器喷口处有结焦现象，水冷壁壁面比较干净。有些二次风门有卡塞、变形现象，故显示的二次风门开度，不准确。根据试验结果，锅炉烟气中NOx排放浓度在750mg/Nm3左右，锅炉效率在90%以下。（详细情况见表2）

表2摸底试验数据表

项目

单位

数据

工况编号

T1

T2

T3

T4

工况负荷

t/h

180

180

220

220

煤粉细度R90

A侧

%

22

20

19

20

B侧

%

21

18

18

19

一次风压

A侧

kPa

2.2

2.2

2.3

2.3

B侧

kPa

2.1

2.1

2.3

2.3

二次风压

A侧

kPa

1.8

1.4

2.6

2.1

B侧

kPa

1.9

1.5

2.6

2.1

热风温度

A侧

℃

279

278

290

276

B侧

℃

276

276

285

287

进风温度

A侧

℃

20.7

21.1

19.7

19.7

B侧

℃

18.6

19.8

18.7

20.7

BB层二次风门开度

%

90

80

90

80

AB2层二次风门开度

%

75

80

75

80

AB1层二次风门开度

%

75

80

75

80

AA层二次风门开度

%

100

100

100

100

低温空预器出口实测60分钟平均值（标态）

NOx

mg/Nm3

671

701

723

681

CO

mg/Nm3

17

12

5

9

O2

%

3.61

3.91

3.80

2.70

锅炉出口氧量（高省出口）

A侧

%

3.41

3.62

3.60

2.85

B侧

%

3.35

3.50

3.42

2.37

主汽系统

温度

℃

524.2

526.2

526.6

528.0

流量

t/h

185.6

186.3

218.8

210.2

压力

kPa

9.03

8.97

9.01

8.99

减温水量

t/h

19.5

18.4