分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧

分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧技术“分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧技术是我公司诸多热能专家经过多年潜心研究，并经过实践验证的“降Nox、提升锅炉效率并举”的具有自主知识产权的独有技术。最近完成的华电哈三电厂低Nox改造项目，经西安热工院测试：NOx指标标216mg/Nm3（O2=6%），锅炉效率提升1.39%。1“分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧技术概述我公司自主研发并经过广泛应用验证的“分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧技术，保证在降低NOx的同时，燃烧稳定性好、炉内避免结渣和高温腐蚀，具有宽广煤质适应性，在一定范围内提高燃烧效率，以取得优良的锅炉综合运行性能，同时能够满足对挥发分变化范围较大的煤质稳燃和高效燃烧的要求，做到节能和减排并举，一次改造的同时收获多项成果。这种技术的应用不仅起到了稳燃和降低NOx生成的作用，而且同时还避免形成还原性气氛，防止了水冷壁高温腐蚀现象发生。此外，在一次风喷口四周均设有周界风，运行时利用各自独立的风量控制挡板调整得到合适的喷口周界冷却风量，以便在喷口投入和不投入时保证充分风量冷却喷口，防止高温变形或烧坏。另外在淡煤粉一次风喷口的背火侧周界风喷口面积适当增加，形成较大出口动量的侧二次风喷口，起到防止炉膛水冷壁结渣和防止高温腐蚀的作用。2低NOx控制技术机理和特点—降低NOx排放浓度措施2.1低NOx燃烧器技术原理将采用新一代的高浓缩比浓淡风煤粉燃烧技术，是在一次风管道内采用经过详细研究和优化的百叶窗式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经百叶窗是产生不同程度偏转，煤粉与气流惯性分离，经分流隔板后分别形成两股浓、淡煤粉气流，同时在淡煤粉外背火侧布置有刚性强的侧二次风喷口。燃烧器布置在四角切圆锅炉同一水平面，形成内、外侧假想切圆。煤粉气流在水冷壁附近形成了比普通燃烧器强得多的氧化性气氛。侧二次风在背火侧的投入将进一步强化煤粉形成的氧化性气氛，保证在深度炉内分级燃烧方式下，水冷壁附近的低煤粉颗粒浓度和氧化性气氛的运行环境。这种布置方式不仅起到了稳燃和降低NOx生成的作用，同时还避免了形成还原性气氛，防止了水冷壁高温腐蚀现象发生。浓煤粉布置炉内烟气温度高的上火侧，浓煤粉具有着火温度低、火焰温度高的特点，保证了煤粉火焰的良好稳定性。由于浓淡煤粉气流分别在远离煤粉燃烧化学当量比条件下燃烧，对于浓侧煤粉气流由于处于还原性气氛下燃烧，气流中氧含量小，煤粉挥发物中的含氮基团可将NO还原为N2，使NO产生量降低；对于淡侧煤粉气流，由于煤粉浓度较小，含氮基团析出量小，这样与氧反应生成NO的量较小，综合总体效应的结果，使浓淡分离后一次风产生NO排放量比普通型直流燃烧器少得多。采用垂直浓淡煤粉燃烧器后，可以有效改善着火阶段煤粉气流的供风，使煤粉在偏离化学当量比环境中着火，这样降低了NOx生成量，可以大幅度降低NOx排放水平。2.2炉内垂直空气分级降低NOx排放空气分级燃烧是目前使用最为普遍的低NOx燃烧技术之一。空气分级燃烧的基本原理为：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0.8~1，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。将燃烧所需其余空气通过布置在主燃烧器上方的燃尽风喷口（OFA）送入炉膛，在供入燃尽风以后，成为富氧燃烧区。此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中析出的大部分含氮基团在主燃区已反应完成，最终NOx生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率，最终炉内垂直空气分级燃烧可使NOx生成量降低30～40%。在采用深度空气分级燃烧时，由于在主燃烧区过量空气系数比1小很多，燃烧是在比理论空气量低很多的情况下进行的，虽然有利于抑制NOx的生成，但产生大量不完全燃烧产物，导致燃烧效率降低并容易引起结渣和受热面腐蚀。因此，必须正确组织合理的空气分级燃烧，在保证降低NOx排放同时充分考虑锅炉运行的经济性和安全可靠性。图1炉内垂直分级燃烧示意图空气垂直分级燃烧和浓淡燃烧技术相结合，使主燃烧器区还原性气氛得以强化，更有利于NO与还原性含N基团反应，提高NO还原率，可以更好的发挥浓淡燃烧技术降低NOx排放的性能；同时浓煤粉气流使煤粉气流着火提前，煤粉颗粒在高温燃烧区域提留时间增加，有利于保证煤颗粒中焦炭充分燃尽；保证了在主燃烧区虽然保持了燃烧总体过量空气系数小于1的还原性气氛，但在易出现结渣和高温腐蚀的炉膛近水冷壁区则为氧化性气氛，提高近壁区内灰颗粒的熔点，并有效减少近壁区烟气中腐蚀性气体的浓度，有利于防止炉膛结渣和水冷壁高温腐蚀。研究表明，煤粉着火初期的挥发分析和燃烧出过程对消减整个NOx排放量至关重要，但挥发分析出和反应时间很短，大约只占煤粉颗粒在炉内整个停留时间的1/10，因此在着火初期减少供入的氧量形成强还原性气氛非常重要。采用高浓缩比浓淡燃烧方式，使煤粉初期挥发分析出阶段氧量大幅度减少，形成强还原性气氛，极大促进NOx还原为N2，且浓缩率越高降低NOx排放浓度的效果越好，因此高浓缩率的煤粉着火初期浓淡分离技术是低NOx燃烧技术的关键。炉内垂直上下分级燃烧相结合形成的立体低NOx排放燃烧系统，能够使得四角切圆锅炉的运行性能得到有效改善，实现深度分级燃烧时（采用高位燃尽风），保证优良的锅炉运行性能如下表1所示。锅炉运行性能表1无烟煤贫煤烟煤褐煤NO排放（mg/m3，O2=6%）800450200~300250~300连续运行最低不投油负荷（%ECR）45404050燃烧效率比改造前有不同程度的改善结渣情况没有结渣，不因为结渣而影响锅炉的正常运行高温腐蚀没有高温腐蚀3技术特点3.1浓淡燃烧保证低NOx的排放量传统的一次风量根据煤中的挥发分完全燃烧和一次风送粉安全来确定，因而在着火初期挥发分处于富氧燃烧气氛，此时从煤中释放出来的燃料N在氧化性条件下会生成大量的NOx。浓淡燃烧把煤粉气流分成浓度差异较大的两股煤粉气流，使得浓淡煤粉气流分别在远离煤粉燃烧化学当量比条件下燃烧。对于浓侧煤粉气流由于处于还原性气氛下燃烧，煤粉挥发物中的含氮基团可将NO还原为N2；对于淡侧煤粉气流，由于煤粉浓度较小，含氮基团析出量小，这样与氧反应生成NO的量较小，综合总体效应的结果，使浓淡分离后一次风产生NO排放量比普通型直流燃烧器少得多。采用垂直浓淡煤粉燃烧器后，可以有效改善着火阶段煤粉气流的供风，使煤粉在偏离化学当量比环境中着火，大幅度降低NOx排放水平。3.2空气垂直立体分级技术与浓淡燃烧相结合进一步深度降低NOx排放量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0.84~0.9，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延长了燃烧过程，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。将燃烧所需其余空气通过布置在主燃烧器上方分离燃尽风喷口（SOFA）送入炉膛，此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中析出的大部分含氮基团在主燃区已反应完成，最终NOx生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率，炉内垂直空气分级燃烧与垂直浓淡燃烧的合理结合将进一步深度降低NOx排放量。3.3灵活地调整汽温和保证安全受热面壁温由于垂直浓淡燃烧器具有一次风着火点、火焰稳定性强的特点，将使炉膛火焰中心有所下降，部分抵消由于燃尽风喷口在水冷壁上开口引起的炉膛辐射受热面积的减少，使炉膛出口烟温变化不大，有效避免了炉膛出口屏区的结渣和烟温偏差。在主燃烧器区上部的将采用高位燃尽风燃烧器喷口，其喷口可以水平和垂直方向摆动一定角度，使燃尽风出口气流在炉内形成与主燃烧器出口气流呈一定的反切角度，反切气流与主气流流动方向相反动量相互抵消，起到有效削旋气流的作用，减少炉膛出口的气流残余旋转，减少炉膛左右侧出口烟温偏差。燃尽风喷口可以在一定角度内垂直方向摆动，在避免出口烟温偏差的同时还可以适当调整炉内火焰中心高度，对过热器和再热器出口蒸汽温度的调节起到很大作用，使减温水投入量处于合理范围内。炉膛上部削旋气流的存在将有效均匀炉膛出口烟气流量和烟气温度水平，保证过热器和再热器的管壁温度处于安全范围内。3.4着火好、稳燃能力强和煤种适应性广采用优化设计的煤粉浓缩器具有较高浓缩比，煤粉浓度提高后，其着火温度降低，煤粉和空气混合物加热到着火温度所需时间缩短了；同时，煤粉气流所需着火热减少，火焰传播速度也提高了，使一次风的着火、燃烧稳定性增强，具有良好的低负荷稳燃能力，可在40%ECR负荷下不投油长时间连续稳定运行。而且对于燃用煤质较差且燃料特性波动较大运行工况，垂直浓淡燃烧器具有很强适应能力，煤粉浓度的提高，将是使煤粉和空气混合物着火和稳燃能力大幅度增强，对一些热值低、挥发分低及灰分大的劣质煤也能保持强稳燃能力和高燃烧效率，针对燃煤设计的燃烧器适用煤种范围可达：可燃基挥发份Vdaf在15%～35%范围内，收到基低位热值Qnet,ar在3300kcal/kg～5500kcal/kg范围内。3.5寿命长，布置、安装、运行和维护方便序号用户单位项目名称签订合同时间投运时间完成情况1华电哈尔滨第三发电厂2#锅炉（200MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物、低负荷稳燃耐磨燃烧器改造1998年1998年圆满完成2华电富拉尔基发电总厂6#锅炉（200MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物、低负荷稳燃耐磨燃烧器改造2002年2002年圆满完成3华电富拉尔基发电总厂5#锅炉（200MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物、低负荷稳燃耐磨燃烧器改造2008年2008年圆满完成4华电富拉尔基发电总厂3#锅炉（200MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物、低负荷稳燃耐磨燃烧器改造2009年2009年圆满完成5华电铁岭发电厂1#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物、耐磨燃烧器改造2004年2004年圆满完成6华电铁岭发电厂2#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物、耐磨燃烧器改造2005年2005年圆满完成7华能鹤岗发电厂1#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低负荷稳燃、降低氮氧化物、耐磨燃烧器改造2004年2004年圆满完成8华能鹤岗发电厂2#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低负荷稳燃、降低氮氧化物、耐磨燃烧器改造2005年2005年圆满完成9大唐三门峡发电厂3#锅炉(600MW机组旋流对冲锅炉）耐磨燃烧器改造2004年2004年圆满完成10大唐三门峡发电厂4#锅炉(600MW机组旋流对冲锅炉）耐磨燃烧器改造2005年2005年圆满完成11华能鹤岗发电厂3#锅炉（600MW机组旋流对冲锅炉）低氮氧化物、耐磨燃烧器改造2008年2008年圆满完成12大唐浙江乌沙3#锅炉（600MW机组旋流对冲锅炉）低氮氧2011年2011年圆满完成山发电厂化物、防结渣、耐磨燃烧器改造13华电哈尔滨第三发电厂3#锅炉（600MW机组四角切圆锅炉）掺烧褐煤、低氮氧化物、耐磨燃烧器改造2011年2011年圆满完成14大唐王滩发电厂2#锅炉（600MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物改造2012年2012年07月圆满完成15大唐浙江乌沙山发电厂2#锅炉（600MW机组旋流对冲锅炉）低氮氧化物、防结渣、耐磨燃烧器改造2012年2012年07月圆满完成16大唐洛阳热电厂1#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物改造2012年2012年07月圆满完成17大唐云冈发电厂4#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物改造2012年2012年07月圆满完成18大唐云冈发电厂3#锅炉（300MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物改造2012年2012年08月圆满完成19大唐浙江乌沙山发电厂4#锅炉（600MW旋流对冲锅炉）低氮氧化物、防结渣、耐磨燃烧器改造2011年2012年10月圆满完成20大唐迁安热电厂1#锅炉（220MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物改造2012年2012年10月圆满完成21大唐运城发电厂2#锅炉（600MW机组四角切圆锅炉）低氮氧化物改造2012