电厂锅炉应用低氮燃烧器节能效果分析

2017-08-23孙中华中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心

石油石化节能 2017年8期

孙中华（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

电厂锅炉应用低氮燃烧器节能效果分析

孙中华（中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心）

某热电厂锅炉NOx（氮氧化合物）的排放超标，造成了严重的环境污染。针对这一问题，国家环保部要求其在期限内进行锅炉改造，以降低NOx的排放。为了把NOx的排放指标控制在规定的范围内，满足整改要求，使热电厂居民的周边环境得到改善，对该电厂锅炉燃烧器进宪了改造，即把原普通煤粉燃烧器更换为低氮燃烧器。通过“水平浓淡、立体分级”的燃烧方式，成功减少了NOx的排放，提高了锅炉的热效率，节约了燃煤量，对降低大气污染起到了一定的作用，并且节省了能源。

电厂锅炉；NOx；低氮燃烧器

某电厂装机容量为150 MW，配备2台50 MW双抽供热机组、1台50 MW背压式供热机组；共有8台220 t/h锅炉，其中由上海锅炉厂生产的锅炉4台（1～4号炉），哈尔滨锅炉厂生产的锅炉4台（5～8号炉），年发电量7.4×104kWh，供热量1000×104GJ。

热电厂1～8号锅炉中只有7号、8号锅炉安装了低氮燃烧器，其余锅炉在运行时NOx排放量严重超标，造成电厂周围环境污染。改造实践证明：电厂锅炉应用低氮燃烧器后，通过“水平浓淡、立体分级”的燃烧方式，不但减少NOx排放，还提高锅炉热效率，节约了大量的能源。所以，锅炉应用低氮燃烧器具有现实意义。

1 低氮燃烧器原理及锅炉改造原则

1.1NOx生成机理

NOx是NO和NO2的统称，燃煤电厂烟气中的NOx主要是由煤燃烧产生的。通常条件下，燃烧生成的NOx由超过90%的NO和小于10%的NO2组成。某电厂NOx的生成主要有以下两种方式：煤中的氮化物在高温燃烧状态下发生分解，遇到炉膛中的氧气发生氧化反应生成NOx；炉膛中由于煤燃烧产生大量的热量，使空气中的氮和氧气结合发生一系列复杂氧化反应，最终生成NOx。NOx的生成量与炉膛中煤燃烧时产生的热量、温度有直接关系。

根据炉膛中温度不同，NOx的生成大体上可分为三种类型[1]，即热反应型NOx、瞬时反应型NOx和燃料型NOx。

热反应型：由于空气中的氮在温度较高的区间内燃烧发生一系列的连锁反应，并且反应过程中产生的一氧化氮含量和温度有很大关系。当温度小于1500℃时含量很小；当温度大于1500℃时含量随温度的增加而成指数增加，所以称之为热反应型。

瞬时反应型：由于燃料产生的CH原子团撞击N2分子，生成HCN类化合物，再进一步氧化生成NOx，这个反应很快，所以称为快速型或瞬时反应型。它和温度关系不大，但是和炉膛压力有关，大约和炉膛压力的0.5次方成正比。

燃料型：燃料中的有机氮化物在燃烧过程中生成NOx，其生成量主要取决于空气燃料的混合比。燃料型NOx约占NOx总生成量的75%～90%。

1.2 低氮燃烧器原理

低氮燃烧器是通过水平浓淡[2]、立体分级的燃烧方式，从而实现NOx排放量的减少。同时热电厂通过再燃风技术改造及超旋流燃烧[3]技术改造，彻底改变了原来的直流燃烧方式，达到NOx减排的目的。

水平浓淡是把一次风[4]分成浓淡两股，浓相靠近火焰中心，但是含有的氧气较少，所以生成NOx较少；淡相含有的氧气较多，使其靠近温度相对较低的水冷壁，由于温度低，故而生成的NOx也较少；二者最后都达到NOx生成量减少的目的。

立体分级低氮燃烧应用的方法是：采用分级送入的高位分离燃烬风系统，燃烬风喷口能够垂直和水平方向双向摆动，有效控制气温及其偏差。采用先进的水平浓淡风煤粉燃烧技术，并采用喷口强化燃烧措施，有效降低NOx排放，保证高效燃烧，降低飞灰可燃物含量。采用高浓度比、低阻力新一代煤粉浓度技术，确保煤粉及时着火，加强燃尽效果。采用延迟混合型一、二次风以及带侧二次风的周界风喷口设计，确保NOx大幅度减排。

1.3 锅炉改造原则

1.3.1 1～4号炉（4×220 t/h煤粉锅炉）改造原则

◇原普通煤粉燃烧器[5]更换为低氮燃烧器[6]；

◇ 改造后燃烧器的维护平台、吹灰器及相应管道系统按需要设置；

◇相应一次风和二次风系统按需要改造。改造前后燃烧器布置简图如图1所示。

1.3.2 5～6号炉（4×220 t/h煤粉锅炉）改造原则

5～6号锅炉改造与1～4号锅炉改造基本相同，不同的是5～6号锅炉进行了掺烧天然气改造，主要包括以下几个方面：

◇ 添加了天然气燃烧器（天然气燃烧器采用低氮燃烧器）；

◇添加了天然气管道系统；

◇添加了燃烧控制系统。

改造前后燃烧器布置简图如图2所示。