分级燃烧降低锅炉NO_X排放的初步探讨

分级燃烧降低锅炉NO_X排放的初步探讨

内蒙古电力技术分级燃烧降低锅炉NOx排放的初步探讨佐双吉，邱广明，闫志勇（内蒙古电力学院，内蒙古呼和浩特010080）通过乌拉山发电厂3号锅炉分级燃烧改造，测定改造前后的锅炉效率及烟气中NOx排放量，分析分级燃烧对NOx排放的影响，得出改造后的脱硝效率为30%~50%，并保证了锅炉的安全、经济运行。研究探索适合我国国情的低NOx燃烧技术，以适应电力环保技术和可持续发展的要求。

　　锅炉；分级燃烧；降低；Ox排放0刖目我国是以燃煤发电为主的国家，随着经济的发展，火电厂对大气环境的污染已受到人们普遍关注。

　　高效和清洁将是未来火电技术发展的一个比较明显的特征。根据发电技术规划和我国资源分析，在21世纪，火力发电（特别是燃煤发电）仍将占主导地位，采用和发展洁净煤发电技术与电力环保技术，是适应可持续发展战略的必然要求和选择。

　　在火电机组排放的众多大气污染物中，氮氧化物（NOx）因其对环境危害较大，是主要控制的污染物之一。工业发达国家自70年代起就对火电机组的NOx排放作了限制，并随控制技术的发展标准日趋严格。当今世界上的低NOx燃烧技术及烟气脱硝技术已比较成熟，鉴于我国经济发展的现状，在相当长的一段时期内，还不可能全面引进、推广、采用，也就是说，经济快速发展对电力的旺盛需求和燃煤造成的日趋严重的环境污染以及治理资金的短缺，在一段时间内将是困扰我国电力工业发展的主要问题。积极探索、研究、开发适应我国国情的高效稳燃型低NOx燃烧技术在今后一段时间内将是一项重要任务，特别是对现有300MW及以下容量国产机组的低NOx技术改造任务十分艰巨。

　　乌拉山发电厂3号锅炉分级燃烧技术改造项目是内蒙古电力学院与德国斯图加特大学合作的环保技术课题，于1997年至1998年在乌拉山发电厂实施，目的是通过对锅炉燃烧系统的适当改造，优化燃烧方式，降低NOx排放量，实现清洁燃烧。

　　3号炉的运行现状和NOx的排放情况乌拉山发电厂3号炉是由武汉锅炉厂制造的WGZ―41000―12型高压锅炉。1987年投产运行，至今已有10a以上，主要运行参数基本上接近设计值，但是个别参数值偏差较大：过热蒸汽温度降低5°C左右，锅炉送风温度偏高约10°C，炉膛及烟道漏风系数比设计值偏高，锅炉热效率也偏低2%~5%.此外炉膛结焦和火嘴烧损也比较严重，火嘴平均寿命只有5~6个月。

　　3号炉燃煤以乌达烟煤为主，同时掺烧大量小窑煤，煤中含氮量约为1.01%左右，挥发分含量约为31. 77%，见表1，由于采取高温，高氧量（炉膛出口过剩氧量7%）运行方式，煤中氮基本转化为NOx.3号炉实测NOx排放浓度见表2.表1锅炉实际燃煤含量表2分级燃烧前3号炉NOx的排放实测值3号炉的低NOx分级燃烧系统分级燃烧旨在通过改变送风方式，控制炉内空气分布，实现有计划的分区燃烧，即在燃烧中心造成适度的缺氧（0.74< 1.0），形成局部的还原气氛，进而减少NOx的形成。3号炉分级燃烧技术改造主要有以下几方面：2.1轴向分级燃烧沿着炉膛轴向（主气流方向）实施分级燃烧，减少主二次风量，通过分级二次风喷口（燃烬风喷口）分流到炉膛上部的燃烬区，这样既可降低主燃烧区的氧气浓度，减少NOx的生成量，又可维持燃烬区的高氧量，减少机械不完全燃烧损失q4.燃烬风喷口距燃烧器最上层喷口距离H可用（1）式计算如下：艮P燃烬风喷口高度为20.08m.考虑到锅炉22m处现存8个吹灰孔和4个观火孔可以利用，确定将这12个孔改造为燃烬风喷口，分级二次风管路系统见（图中单位为mm）。

　　2.2径向分级燃烧在主燃烧区的横断面（即沿炉膛径向）组织分级燃烧。将现有的2个中二次风喷口和1个上二次风喷口的面积减少15%在二次风速基本不变的前提下，总二次风量约减少15%；同时在中、上二次风喷口内设置导流板，与中心轴线夹角为22°（见），使部分二次风偏向炉墙，这样有利于减轻结焦、腐蚀，延长火嘴寿命。

　　2.3三次风三次风是含有煤粉的乏气，约占总风量的16%，保留三次风喷口，相当于在主气流方向上实施燃料分级燃烧，可使在主燃烧区已生成的NOx被还原为N2，有利于降低NOx的排放量。

　　2.4运行方式的调整调整主燃烧区的过量空气系数a介于0.74　　3改造前后的综合试验3.1试验条件求试验前，在规定负荷下稳定运行1试验期间，锅炉蒸汽及过剩空气系数等运行参数保持在规定值（常规）范围内，并应尽可能地维持稳定，其允许波动范围为：3.2测试结果改造前后锅炉热效率的变化见表3.改进前后烟气中NOx排放量的变化见表4.通过运行方式的调整试验，在保证锅炉高效、经济运行的前提下90.85%），把烟气中NOx的浓度降低到485.5mg/m3（7%2），脱硝效率达到50.60%（70MW）和综上所述，可以发现3号炉的分级燃技术改造达到了降低NOx排放的目的。不足之处是按常规的运行条件，烟气中NOx的浓度仍比较大，脱硝效率只有13%~25%.这主要是由于燃烬风份额太小（约3.86%），主燃烧区过量空气系数未能降低到理想范围，故NOx的形成未能得到有效的抑制。同时，由于采用了径向分级燃烧，使结焦、高温腐蚀有所减轻，延长了火嘴寿命。

　　表3改造前后锅炉效率负荷/MW改造前7/%改造后T/%表4分级燃烧改造前后烟气中NOx排放量负荷烟气中NO，浓度/mS脱硝效率改造前改造后3.3存在的问题采用分级燃烧技术存在的问题主要有：由于初期的燃烧过程受到抑制，炉膛出口烟气温度T"/升高；机械不完全燃烧损失q4增加，尤其是当炉膛高度较小时更易出现；锅炉水冷壁表面有可能出现高温腐蚀（如果在水冷壁表面附近生成还原性介质的话）屏式过热器或首先接触烟气的对流受热面（因T"/升高）乃至炉膛水冷壁（因从氧化性介质转变为还原性介质，灰溶点降低）可能出现结渣。

　　4结论鉴于我国的实际情况，控制火电机组的NOx排放应以调整燃烧技术措施为主，而分级燃烧投资省，降低NOx排放比较显著，是适合我国国情的一种低NOx燃烧技术。对于不同煤种，不同容量的锅炉，存在着一个最佳的燃烬风量和燃烬风送入位置，在运行中严格控制和调整，将会使NOx的排放量大幅度下降，而效率不会降低或略微降低。

　　乌拉山发电厂3号炉改造后，通过1a多的运行，NOx排放浓度达到了现了预期的目标（00mg/m3），热效率由改造前的87.45%提高到90. 38%（其中包括大修后效率的提高）。同时，由于燃烬风份额较小，并未出现高温腐蚀和炉膛结焦等问题，火嘴平均寿命达到12个月，保证了锅炉的安全、经济运行。同时，乌拉山发电厂3号炉的技术改造为蒙西电网的环保技术提供一个较好的经验，为将来推广采用分级燃烧技术作了有益的尝试。