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浅议降低燃煤锅炉NOx的方法

时间:2022-10-19 15:35:05 来源:网友投稿

摘 要:以煤为主要发电用燃料的电厂占据了全国发电厂的70%以上, 燃煤锅炉产生的氮氧化物(NOx)是大气的主要污染源之一。随着国家对NOx排放的要求也日趋严格,燃煤锅炉如何降低氮氧化物的排放成为当前燃煤电厂亟需解决的问题之一。文章介绍了燃料燃烧过程中NOx 的形成机理,并结合某厂2台燃煤锅炉空气分级燃烧改造后的效果,阐述了降低NOx的手段与方法。

关键词:燃煤锅炉;Nox

中图分类号:TM621.2文献标识码:A文章编号:1006-8937(2012)11-0166-02

1 设备简介

某发电厂5、6号锅炉为上海锅炉厂生产的SG-1025/16.7-M313 UP型300 MW直流燃煤锅炉,采用钢球磨中间储仓式制粉系统,热风送粉。燃烧器为直流式四角布置切圆燃烧。由于该厂5、6号机组2×300 MW锅炉已投产近20年,烟气中氮氧化合物排放超标,不利于电厂的环保控制,于2005年和2007年分别利用机组大修机会进行了低氮燃烧改造。

2 NOx的产生机理

煤燃烧过程排放出NOx一般是指NO和NO2,其中90%以上是NO, 在火焰带的下游或排放后一部分NO 转化为NO2。研究表明, NOx的生成途径有三种:

①热力型NOx。指空气中的氮气在高温下氧化而生成NOx。在温度低于1300℃时,几乎没有热力型NOx产生。

②燃料型NOx。指燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解,继而进一步氧化生成NOx。对于常规燃煤锅炉而言, 这是NOx的主要生成途径。

③快速型NOx。指燃烧时空气中的氮和燃料中的碳氢离子团如CH等反应生成NOx。在这三种生成途径中,快速型NOx所占比例不到5%。

3 分级燃烧低NOx改造

3.1 分级燃烧低NOx改造方案

某电厂5、6号锅炉采用分级燃烧技术,对均等配风的烟煤型直流燃烧器进行改造,在原燃烧器上方增加了三层燃尽风,同时减少原二次风喷口面积(保持二次风风速不变),为防止主燃烧器区缺氧而可能出现的结渣和腐蚀,使用了水平偏转二次风,借以增加水冷壁附近的氧浓度。

①炉内燃烧布置大格局方面,采用深度空气分级技术,采用两种燃尽风布置,即紧靠型燃尽风(CCOFA)和分离燃尽风(SOFA)。分离燃尽风(SOFA)通过深度空气分级形成下部富燃缺氧燃烧控制NOx,上部富氧燃烧控制飞灰含碳量的燃烧格局,大幅降低NOx排放。采用三层SOFA喷口布置。

②为防止由于炉膛下部由于处于还原性气氛引起炉膛水冷壁高温腐蚀和结渣事故的发生,下部燃烧器组采用复合型直流系统,该燃烧系统已在多台燃烟煤锅炉上采用,将部分二次风流道折向水冷壁方向,在炉内的水平方向形成分级燃烧,中心区域为高燃烧强度区,水冷壁周围为具有较高氧浓度,较低温度,低的CO含量和低的颗粒浓度,从而起到防止结渣和高温腐蚀的作用。

③一次风燃烧器喷口采用周界风调节着火距离和燃烧强度。#5炉改造设计中一次风喷口原采用齿形喷口设计,并采用水平浓淡燃烧,后由于电厂燃煤挥发分高,膨胀节积粉等问题,运行中将齿形喷口的齿去除,并将可调节高度的浓淡挡块的挡块退出,基本恢复为直流一次风喷口。

④上层SOFA喷口设计为具有上下和水平摆动功能,从而可以调整燃尽风穿透深度和混合效果,并有效防止炉膛出口过大的扭转残余。

为低NOx燃烧系统设计需要,选取分离布置燃尽风(SOFA)风量为占总风量的20%,而紧靠型燃尽风CCOFA占总风量的5%~10%左右。一次风采用小风率设计,以控制着火初期NOx的大量生成,一次风率取为22%。三次风率维持不变,取为19%。按此原则,低NOx改造配风设计如表1所示,其中二次风的风量又分为SOFA,周界风和紧靠布置燃尽风(CCOFA)以及其他二次风,风量分配列于表2。

3.2 改造后的优化

某发电厂2×300MW机组5、6号锅炉分别于2006年和2007年与浙江大学热能工程研究所合作进行了低NOx燃烧技术改造,合同目标值是450mg/Nm3(折算到6%O2),改造后锅炉的NOx排放浓度达到了这一排放目标,而且锅炉的汽温、汽压正常,出力正常,炉内没有结渣和高温腐蚀等现象。

但环保监测部门的定期监测显示,5、6号锅炉的NOx排放水平随煤种变化和氧量控制有波动,在燃用神华煤等高挥发分煤条件下,锅炉的NOx排放浓度可低达300mg/Nm3(折算到6%O2)左右,而在燃用较劣质煤时,排烟氧量又较高时,锅炉的NOx排放浓度会在450mg/Nm3(折算到6%O2)左右。

因此,锅炉的NOx排放主要受煤种的影响大,其影响可达150mg/Nm3左右,而目前锅炉的燃尽风开度和二次风开度已通过多次调试获得了较佳的开度值,电厂也一直保持着开度值,运行参数中影响最大的是氧量,电厂可通过实现低氧燃烧控制省煤器后氧量在3%~3.5%之间,则锅炉的NOx水平会比高氧量下低。

为此,电厂开展燃烧优化等措施,将锅炉在燃用较劣质煤时的NOx排放由450 mg/Nm3降低到350 mg/Nm3。具体降低烟气NOx排放对运行人员操作提出以下要求:

①降低氧量运行,机组带300 MW负荷时氧量在3%~3.5%,280 MW负荷时氧量在3.5%~4%,260 MW负荷时氧量在4%~4.5%,240 MW负荷时氧量在4.5%~5%。降低氧量运行,可有效减少燃料型NOx的生成,降低总的NOx的排放。

②适当开大燃尽风门开度,可减少主燃区的氧量,减少燃料型NOx的生成。

③在确保安全的前提下,减少制粉系统启、停时的抽风时间。因制粉系统在启动过程或磨煤机堵塞的抽风过程中,大量的冷风进入炉膛还原区,阻碍了NOx转化为N2的还原反应,增加NOx的排放。

④通过试验4台磨煤机同时运行时NOx的排放最高,3台磨煤机同时运行时NOx的排放最低,所以在调整中尽可能维持3台磨煤机同时运行,减少2台磨煤机同时运行方式的时间,避免出现同时投入4台磨煤机的运行方式。

3.3 分级燃烧改造实施效果

改造后,在常规运行氧量下(省煤器后氧量为5.78%),NOx排放浓度约为420 mg/Nm3左右(已折算到6%O2),锅炉飞灰含碳量约为1.8%。经过燃烧优化控制省煤器后烟气氧量为2.8%左右时,NOx排放浓度为350mg/Nm3左右(已折算到6%O2)。脱硝率超过40%。此外,改造后的锅炉热效率比改造前有所增加,减温水量比改造前有所降低。

4 结 语

某电厂5、6号锅炉采用低NOX燃烧技术,降低了锅炉烟气NOX的排放,对于保护环境具有重大意义,社会效益显著。在采用低NOX燃烧技术后既达到降低NOX排放的目的,同时又解决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,提高了锅炉运行的经济性和安全性。

参考文献:

[1] 杨冬,徐鸿.SCR烟气脱硝技术及其在燃煤电厂的应用[J].电力环境保护,2007,(2):49-51.

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