分級燃燒降低鍋爐NO_X排放的初步探討

內(nèi)蒙古電力技術(shù)分級燃燒降低鍋爐NOx排放的初步探討佐雙吉，邱廣明，閆志勇（內(nèi)蒙古電力學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特010080）通過烏拉山發(fā)電廠3號鍋爐分級燃燒改造，測定改造前后的鍋爐效率及煙氣中NOx排放量，分析分級燃燒對NOx排放的影響，得出改造后的脫硝效率為30%~50%，并保證了鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。研究探索適合我國國情的低NOx燃燒技術(shù)，以適應(yīng)電力環(huán)保技術(shù)和可持續(xù)發(fā)展的要求。

　　鍋爐；分級燃燒；降低；Ox排放0刖目我國是以燃煤發(fā)電為主的國家，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，火電廠對大氣環(huán)境的污染已受到人們普遍關(guān)注。

　　高效和清潔將是未來火電技術(shù)發(fā)展的一個(gè)比較明顯的特征。根據(jù)發(fā)電技術(shù)規(guī)劃和我國資源分析，在21世紀(jì)，火力發(fā)電（特別是燃煤發(fā)電）仍將占主導(dǎo)地位，采用和發(fā)展?jié)崈裘喊l(fā)電技術(shù)與電力環(huán)保技術(shù)，是適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的必然要求和選擇。

　　在火電機(jī)組排放的眾多大氣污染物中，氮氧化物（NOx）因其對環(huán)境危害較大，是主要控制的污染物之一。工業(yè)發(fā)達(dá)國家自70年代起就對火電機(jī)組的NOx排放作了限制，并隨控制技術(shù)的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格。當(dāng)今世界上的低NOx燃燒技術(shù)及煙氣脫硝技術(shù)已比較成熟，鑒于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀，在相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，還不可能全面引進(jìn)、推廣、采用，也就是說，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展對電力的旺盛需求和燃煤造成的日趨嚴(yán)重的環(huán)境污染以及治理資金的短缺，在一段時(shí)間內(nèi)將是困擾我國電力工業(yè)發(fā)展的主要問題。積極探索、研究、開發(fā)適應(yīng)我國國情的高效穩(wěn)燃型低NOx燃燒技術(shù)在今后一段時(shí)間內(nèi)將是一項(xiàng)重要任務(wù)，特別是對現(xiàn)有300MW及以下容量國產(chǎn)機(jī)組的低NOx技術(shù)改造任務(wù)十分艱巨。

　　烏拉山發(fā)電廠3號鍋爐分級燃燒技術(shù)改造項(xiàng)目是內(nèi)蒙古電力學(xué)院與德國斯圖加特大學(xué)合作的環(huán)保技術(shù)課題，于1997年至1998年在烏拉山發(fā)電廠實(shí)施，目的是通過對鍋爐燃燒系統(tǒng)的適當(dāng)改造，優(yōu)化燃燒方式，降低NOx排放量，實(shí)現(xiàn)清潔燃燒。

　　3號爐的運(yùn)行現(xiàn)狀和NOx的排放情況烏拉山發(fā)電廠3號爐是由武漢鍋爐廠制造的WGZ―41000―12型高壓鍋爐。1987年投產(chǎn)運(yùn)行，至今已有10a以上，主要運(yùn)行參數(shù)基本上接近設(shè)計(jì)值，但是個(gè)別參數(shù)值偏差較大：過熱蒸汽溫度降低5°C左右，鍋爐送風(fēng)溫度偏高約10°C，爐膛及煙道漏風(fēng)系數(shù)比設(shè)計(jì)值偏高，鍋爐熱效率也偏低2%~5%.此外爐膛結(jié)焦和火嘴燒損也比較嚴(yán)重，火嘴平均壽命只有5~6個(gè)月。

　　3號爐燃煤以烏達(dá)煙煤為主，同時(shí)摻燒大量小窯煤，煤中含氮量約為1.01%左右，揮發(fā)分含量約為31. 77%，見表1，由于采取高溫，高氧量（爐膛出口過剩氧量7%）運(yùn)行方式，煤中氮基本轉(zhuǎn)化為NOx.3號爐實(shí)測NOx排放濃度見表2.表1鍋爐實(shí)際燃煤含量表2分級燃燒前3號爐NOx的排放實(shí)測值3號爐的低NOx分級燃燒系統(tǒng)分級燃燒旨在通過改變送風(fēng)方式，控制爐內(nèi)空氣分布，實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的分區(qū)燃燒，即在燃燒中心造成適度的缺氧（0.74< 1.0），形成局部的還原氣氛，進(jìn)而減少NOx的形成。3號爐分級燃燒技術(shù)改造主要有以下幾方面：2.1軸向分級燃燒沿著爐膛軸向（主氣流方向）實(shí)施分級燃燒，減少主二次風(fēng)量，通過分級二次風(fēng)噴口（燃燼風(fēng)噴口）分流到爐膛上部的燃燼區(qū)，這樣既可降低主燃燒區(qū)的氧氣濃度，減少NOx的生成量，又可維持燃燼區(qū)的高氧量，減少機(jī)械不完全燃燒損失q4.燃燼風(fēng)噴口距燃燒器最上層噴口距離H可用（1）式計(jì)算如下：艮P燃燼風(fēng)噴口高度為20.08m.考慮到鍋爐22m處現(xiàn)存8個(gè)吹灰孔和4個(gè)觀火孔可以利用，確定將這12個(gè)孔改造為燃燼風(fēng)噴口，分級二次風(fēng)管路系統(tǒng)見（圖中單位為mm）。

　　2.2徑向分級燃燒在主燃燒區(qū)的橫斷面（即沿爐膛徑向）組織分級燃燒。將現(xiàn)有的2個(gè)中二次風(fēng)噴口和1個(gè)上二次風(fēng)噴口的面積減少15%在二次風(fēng)速基本不變的前提下，總二次風(fēng)量約減少15%；同時(shí)在中、上二次風(fēng)噴口內(nèi)設(shè)置導(dǎo)流板，與中心軸線夾角為22°（見），使部分二次風(fēng)偏向爐墻，這樣有利于減輕結(jié)焦、腐蝕，延長火嘴壽命。

　　2.3三次風(fēng)三次風(fēng)是含有煤粉的乏氣，約占總風(fēng)量的16%，保留三次風(fēng)噴口，相當(dāng)于在主氣流方向上實(shí)施燃料分級燃燒，可使在主燃燒區(qū)已生成的NOx被還原為N2，有利于降低NOx的排放量。

　　2.4運(yùn)行方式的調(diào)整調(diào)整主燃燒區(qū)的過量空氣系數(shù)a介于0.74　　3改造前后的綜合試驗(yàn)3.1試驗(yàn)條件求試驗(yàn)前，在規(guī)定負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行1試驗(yàn)期間，鍋爐蒸汽及過剩空氣系數(shù)等運(yùn)行參數(shù)保持在規(guī)定值（常規(guī)）范圍內(nèi)，并應(yīng)盡可能地維持穩(wěn)定，其允許波動(dòng)范圍為：3.2測試結(jié)果改造前后鍋爐熱效率的變化見表3.改進(jìn)前后煙氣中NOx排放量的變化見表4.通過運(yùn)行方式的調(diào)整試驗(yàn)，在保證鍋爐高效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提下90.85%），把煙氣中NOx的濃度降低到485.5mg/m3（7%2），脫硝效率達(dá)到50.60%（70MW）和綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)3號爐的分級燃技術(shù)改造達(dá)到了降低NOx排放的目的。不足之處是按常規(guī)的運(yùn)行條件，煙氣中NOx的濃度仍比較大，脫硝效率只有13%~25%.這主要是由于燃燼風(fēng)份額太�。�約3.86%），主燃燒區(qū)過量空氣系數(shù)未能降低到理想范圍，故NOx的形成未能得到有效的抑制。同時(shí)，由于采用了徑向分級燃燒，使結(jié)焦、高溫腐蝕有所減輕，延長了火嘴壽命。

　　表3改造前后鍋爐效率負(fù)荷/MW改造前7/%改造后T/%表4分級燃燒改造前后煙氣中NOx排放量負(fù)荷煙氣中NO，濃度/mS脫硝效率改造前改造后3.3存在的問題采用分級燃燒技術(shù)存在的問題主要有：由于初期的燃燒過程受到抑制，爐膛出口煙氣溫度T"/升高；機(jī)械不完全燃燒損失q4增加，尤其是當(dāng)爐膛高度較小時(shí)更易出現(xiàn)；鍋爐水冷壁表面有可能出現(xiàn)高溫腐蝕（如果在水冷壁表面附近生成還原性介質(zhì)的話）屏式過熱器或首先接觸煙氣的對流受熱面（因T"/升高）乃至爐膛水冷壁（因從氧化性介質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)檫�原性介質(zhì)，灰溶點(diǎn)降低）可能出現(xiàn)結(jié)渣。

　　4結(jié)論鑒于我國的實(shí)際情況，控制火電機(jī)組的NOx排放應(yīng)以調(diào)整燃燒技術(shù)措施為主，而分級燃燒投資省，降低NOx排放比較顯著，是適合我國國情的一種低NOx燃燒技術(shù)。對于不同煤種，不同容量的鍋爐，存在著一個(gè)最佳的燃燼風(fēng)量和燃燼風(fēng)送入位置，在運(yùn)行中嚴(yán)格控制和調(diào)整，將會使NOx的排放量大幅度下降，而效率不會降低或略微降低。

　　烏拉山發(fā)電廠3號爐改造后，通過1a多的運(yùn)行，NOx排放濃度達(dá)到了現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)（00mg/m3），熱效率由改造前的87.45%提高到90. 38%（其中包括大修后效率的提高）。同時(shí)，由于燃燼風(fēng)份額較小，并未出現(xiàn)高溫腐蝕和爐膛結(jié)焦等問題，火嘴平均壽命達(dá)到12個(gè)月，保證了鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。同時(shí)，烏拉山發(fā)電廠3號爐的技術(shù)改造為蒙西電網(wǎng)的環(huán)保技術(shù)提供一個(gè)較好的經(jīng)驗(yàn)，為將來推廣采用分級燃燒技術(shù)作了有益的嘗試。