燃煤锅炉低氮燃烧器改造浅谈

燃煤锅炉低氮燃烧

器改造浅谈ABSTRACT:To reduce the running costs of

SCR De NOx, Zhangjiakou Power Plant No. 3

boiler burner for transformation after transformation, the burner will reduce the coal combustion process in the furnace of NOx generation. This article focuses on the boiler burners with low nitrogen transformation programs, combined with the 3rd Zhangjiakou Power Plant boiler burner and effect the transformation of the actual situation, On the mechanism of coal-fired units generate NOx boilers and burners for NOx generated control.

KEY WORD:Retrofit NOx Boiler

摘要：为降低脱硝SCR的运行费用，张家口发电厂对3号锅炉燃烧器进行改造，改造后的燃烧器将降低燃煤在炉膛燃烧过程中NOx的生成量。本文重点介绍锅炉低氮燃烧器改造的方案，并结合张家口发电厂3号锅炉燃烧器改造的实际情况及效果，浅谈燃煤机组锅炉NOx生成机理和燃烧器对NOx生成的控制。

关键词：锅炉燃烧器改造 NOx

1 概况

1.1 脱硝的必要性

在国家“十二五”规划中，对火电发电企业大气污染物排放作出了严格的规定。其中，京津唐地区要求NOx排放量小于100mg/Nm³。机组烟气脱硝改造在降低烟气NOx含量的同时，高昂的脱硝运行费用又使发电企业不堪重负。于是，为了减少SCR入口处NOx含量，降低脱硝运行费用，低氮燃烧器的改造已逐渐成为火力发电企业降低烟气NOx含量的重点改造之一。在今后火力发电机组的脱硝改造中，“先降后脱”的方案必然是大势所趋。1.2 氮氧化物的形成

煤燃烧过程中氮氧化物的生成量和排放量与煤的燃烧方式，特别是燃烧温度和过量空气系数等燃烧条件有关。研究表明，在煤的燃烧过程中生成NOx的主要途径有三个：

a 热力型NO x是空气中的氧(O2)和氮(N2)在燃料燃烧时所形成的高温环境下生成的NO和NO2的总和，其总反应式为：

N2+O2←→2NO

NO+O2←→NO2

当燃烧区域的温度低于1000℃时，NO 的生成量很小，而温度在1300～1500℃时，NO的浓度大约为500～1000ppm，而且随着温度的升高，NOx的生成速度按指数规律增加。因此，温度对热力型NOx的生成具有决定作用。

b 快速型NOx主要是指燃料中的碳氢化合物在燃料浓度较高区域燃烧时所产生的烃与燃烧空气中的N2分子发生反应，形成的CN、HCN，继续氧化而生成的NOx。因此，快速型NOx主要产生于碳氢化合物含量较高、氧浓度较低的富燃料区，多发生在内燃机的燃烧过程。而在燃煤锅炉中，其生成量很小。

c 燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中氧化反应而生成的NOx。燃煤电厂锅炉中产生的NOx中大约75～90%是燃料型NOx。在一般情况下，燃料型NOx 的主要来源是挥发份N，其占总量的60～80%，其余为焦炭N所形成。在氧化性环境中生成的NOx遇到还原性气氛时，会还原成N2，因此，锅炉燃烧最初形成的NOx，并不等于其排放浓度，而随着燃烧条件的改变，生成的NOx可能被还原，或

称被破坏。燃料型NOx的生成和破坏过程不仅和煤种特性、燃料中的氮化合物受热分解后在挥发份和焦炭中的比例、成分和分布有关，而且其反应过程还和燃烧条件（如温度和氧）及各种成分的浓度等密切相关。

这三种类型的NOx，其各自的生成量和煤的燃烧温度有关，在电厂锅炉中燃料型NOx是最主要的，其占NOx总量的75～90%，热力型其次，快速型最少。

1.3 方案确定

低氮燃烧器正是在煤燃烧时，通过调整燃烧环境（风与煤的比例）减少煤在燃烧过程中NOx的生成量。改造的基本方案是在锅炉燃烧器上方增加燃尽风设备（燃尽风率一般为0.25～0.35），以降低主燃烧器（原燃烧器）区域内的空气量，控制过量空气系数小于1；图1 燃烧器喷口布置图燃尽风提供过量空气助燃未燃尽的可燃物，控制燃尽率（飞灰可燃物）。这样，从整体设计

上，低氮燃烧器

不但因为控制主

燃烧器区域内的

过量空气系数小

于1，降低了燃

料型NOx的生成

量，还因为增加

燃尽风机构使炉

膛内燃烧的最高

温度有所降低，

同时降低热力型

NOx的生成量。

张家口发电

厂3号锅炉为东

方锅炉厂设计制

造的亚临界、中

间再热、燃煤自然循环汽包炉，锅炉型号为DG1025/18.2-II4，改造前锅炉省煤器出口处NOx含量为600～700 mg/Nm³。制粉系统为正压直吹式制粉系统，每台炉配备6台HP803型磨煤机。燃烧器为东锅生产设计的四角切圆直流式，在炉膛中心形成∅700与∅500的两个假想切圆，燃烧器火嘴为摆动可调式，摆动幅度±30°（喷口水平为0°）。每角分上、中、下三组，上中下三组可同时摆动或单组摆动，每组由3层二次风喷口和2层一次风喷口组成。一次风和二次风间隔布置，每一组的中间层二次风喷口内装有一只油枪（3层油已废弃）。第1层燃烧器后改造为HRPFQ K-159-Ⅰ型组合式油燃烧装置（小油枪）。大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂在2011年3月至5月进行的3号机组A级检修中对3号锅炉进行了低氮燃烧器改造。

2 工程概况

结合3号锅炉情况，项目承包方制定了改造的技术方案：采用双尺度燃烧技术及双尺度分区优化调试方法组合技术，更换主燃烧器，调整射流方向，采用贴壁风技术，采用节点功能区，同时增加高位燃尽风，进行低NOx燃烧器综合改造。改变原主燃烧器分组布置，采用双尺度节点功能区布置，同时调整一二次风射流方向，下端部风及一次风采射流方向为顺时针方向，二次风为逆时针方向，一二次风综合作用效果为炉内最终切圆旋转方向为逆时针方向。风量重新合理分配，并调整主燃烧器区一二次风喷口面积，部分二次风喷口增设贴壁风组件。在原主燃烧器上方约5～6 米处布置4 层分离SOFA 喷口，通过大风箱向上延伸，可分配足量的SOFA 燃尽风量，SOFA 燃尽风喷口可同时做上下左右摆动。适量的高位燃尽风量将对炉内