電廠鍋爐應用低氮燃燒器節能效果分析

2017-08-23 11:46:07孫中華中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心

石油石化節能 2017年8期

孫中華（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

電廠鍋爐應用低氮燃燒器節能效果分析

孫中華（中國石油天然氣集團公司節能技術監測評價中心）

某熱電廠鍋爐NOx（氮氧化合物）的排放超標，造成了嚴重的環境污染。針對這一問題，國家環保部要求其在期限內進行鍋爐改造，以降低NOx的排放。為了把NOx的排放指標控制在規定的范圍內，滿足整改要求，使熱電廠居民的周邊環境得到改善，對該電廠鍋爐燃燒器進憲了改造，即把原普通煤粉燃燒器更換為低氮燃燒器。通過“水平濃淡、立體分級”的燃燒方式，成功減少了NOx的排放，提高了鍋爐的熱效率，節約了燃煤量，對降低大氣污染起到了一定的作用，并且節省了能源。

電廠鍋爐；NOx；低氮燃燒器

某電廠裝機容量為150 MW，配備2臺50 MW雙抽供熱機組、1臺50 MW背壓式供熱機組；共有8臺220 t/h鍋爐，其中由上海鍋爐廠生產的鍋爐4臺（1～4號爐），哈爾濱鍋爐廠生產的鍋爐4臺（5～8號爐），年發電量7.4×104kWh，供熱量1000×104GJ。

熱電廠1～8號鍋爐中只有7號、8號鍋爐安裝了低氮燃燒器，其余鍋爐在運行時NOx排放量嚴重超標，造成電廠周圍環境污染。改造實踐證明：電廠鍋爐應用低氮燃燒器后，通過“水平濃淡、立體分級”的燃燒方式，不但減少NOx排放，還提高鍋爐熱效率，節約了大量的能源。所以，鍋爐應用低氮燃燒器具有現實意義。

1 低氮燃燒器原理及鍋爐改造原則

1.1NOx生成機理

NOx是NO和NO2的統稱，燃煤電廠煙氣中的NOx主要是由煤燃燒產生的。通常條件下，燃燒生成的NOx由超過90%的NO和小于10%的NO2組成。某電廠NOx的生成主要有以下兩種方式：煤中的氮化物在高溫燃燒狀態下發生分解，遇到爐膛中的氧氣發生氧化反應生成NOx；爐膛中由于煤燃燒產生大量的熱量，使空氣中的氮和氧氣結合發生一系列復雜氧化反應，最終生成NOx。NOx的生成量與爐膛中煤燃燒時產生的熱量、溫度有直接關系。

根據爐膛中溫度不同，NOx的生成大體上可分為三種類型[1]，即熱反應型NOx、瞬時反應型NOx和燃料型NOx。

熱反應型：由于空氣中的氮在溫度較高的區間內燃燒發生一系列的連鎖反應，并且反應過程中產生的一氧化氮含量和溫度有很大關系。當溫度小于1500℃時含量很小；當溫度大于1500℃時含量隨溫度的增加而成指數增加，所以稱之為熱反應型。

瞬時反應型：由于燃料產生的CH原子團撞擊N2分子，生成HCN類化合物，再進一步氧化生成NOx，這個反應很快，所以稱為快速型或瞬時反應型。它和溫度關系不大，但是和爐膛壓力有關，大約和爐膛壓力的0.5次方成正比。

燃料型：燃料中的有機氮化物在燃燒過程中生成NOx，其生成量主要取決于空氣燃料的混合比。燃料型NOx約占NOx總生成量的75%～90%。

1.2 低氮燃燒器原理

低氮燃燒器是通過水平濃淡[2]、立體分級的燃燒方式，從而實現NOx排放量的減少。同時熱電廠通過再燃風技術改造及超旋流燃燒[3]技術改造，徹底改變了原來的直流燃燒方式，達到NOx減排的目的。

水平濃淡是把一次風[4]分成濃淡兩股，濃相靠近火焰中心，但是含有的氧氣較少，所以生成NOx較少；淡相含有的氧氣較多，使其靠近溫度相對較低的水冷壁，由于溫度低，故而生成的NOx也較少；二者最后都達到NOx生成量減少的目的。

立體分級低氮燃燒應用的方法是：采用分級送入的高位分離燃燼風系統，燃燼風噴口能夠垂直和水平方向雙向擺動，有效控制氣溫及其偏差。采用先進的水平濃淡風煤粉燃燒技術，并采用噴口強化燃燒措施，有效降低NOx排放，保證高效燃燒，降低飛灰可燃物含量。采用高濃度比、低阻力新一代煤粉濃度技術，確保煤粉及時著火，加強燃盡效果。采用延遲混合型一、二次風以及帶側二次風的周界風噴口設計，確保NOx大幅度減排。

1.3 鍋爐改造原則

1.3.1 1～4號爐（4×220 t/h煤粉鍋爐）改造原則

◇原普通煤粉燃燒器[5]更換為低氮燃燒器[6]；

◇ 改造后燃燒器的維護平臺、吹灰器及相應管道系統按需要設置；

◇相應一次風和二次風系統按需要改造。改造前后燃燒器布置簡圖如圖1所示。

1.3.2 5～6號爐（4×220 t/h煤粉鍋爐）改造原則

5～6號鍋爐改造與1～4號鍋爐改造基本相同，不同的是5～6號鍋爐進行了摻燒天然氣改造，主要包括以下幾個方面：

◇ 添加了天然氣燃燒器（天然氣燃燒器采用低氮燃燒器）；

◇添加了天然氣管道系統；

◇添加了燃燒控制系統。

改造前后燃燒器布置簡圖如圖2所示。