火力发电锅炉低氮燃烧技术介绍

低氮燃烧器
低氮燃烧器和预 热器脱硝
改造设计煤种 劣质烟煤
劣质烟煤
劣质烟煤
劣质烟煤
改造前锅炉效率 91.99%
改造后锅炉效率 92.99%
改造前NOX排放 浓度 mg/Nm3
600-700
改造后NOX排放 浓度 mg/Nm3
190-245
91.69% 600-700 130-160
91.29% 91.48% 750-850
锅炉技术特点
锅炉高度小；
燃尽高度太小，上层燃烧 器中心线至分隔屏底仅 7.62米，至末过屏底仅 16.45米；
由于上层前墙燃烧器至分 隔屏联箱距离太小，导致 燃尽风距上层燃烧器拉开 距离太小，还原段小，降 低NOx效果差；
发份燃烧率；
2. 在燃烧的初始阶段除了提供适量的氧以供稳定燃烧所需 要以外，尽量维持一个较低氧量水平的区域，以最大限 度地减少NOx生成；
3. 优化燃料富集区域的温度和燃料在此区域的驻留时间， 以最大限度地减少NOx生成；
4. 增加煤焦粒子在燃料富集区域的驻留时间，以减少煤焦 粒子中氮氧化物释出形成NOx的可能；
34
RRLLNB旋流煤粉燃烧器数值模拟
烟煤新型
烟煤原型
燃烧器纵剖截面轴向速度分布图
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RRLLNB旋流煤粉燃烧器数值模拟
y (m)
8
1
0
-1 2 5
-1 0
2
-7
2
88
17
1
2
3
17 29
-4 -1
-4 17
17
2 8
-1
2
11
4
5
6
z (m)
-1
2
5
7
-18
燃烧器纵剖截面轴向速度分布图
5 5
2 2
032 057p
NOx排放改造目标
烟煤和褐煤 NOx排放值控制在 150~350
mg/Nm3
贫煤
NOx排放值控制在 350~500 mg/Nm3
无烟煤 NOx排放值控制在 700-800 mg/Nm3
特别需要强调的是：对于比较好的烟煤如神华烟煤、 准东烟煤等煤种通过燃烧系统的低NOx改造，NOx排 放值即可控制在 200 mg/Nm3以下。
组合型垂直浓淡低NOx直流煤粉燃烧器 专利号------ZL2009 2 0293248.6
NO (PPM)
一次风/煤比 一次风/煤比对NO 生成量的影响
改造燃尽风设计理念
---增加高位燃尽风量 ---合理的SOFA与主燃烧器距离 ---具有足够的动量 ---可调节性
SOFA技术特点描述
•同时具有垂直与水平摆动功能 •垂直摆动角度±２0° •水平摆动±12° •垂直摆动由摆动气缸驱动或手动
Principles of Air Staging
区A段xia控l air制sta低gin氮g 燃烧Rad技ial术air 模sta拟ging
over-
Superp
ov
oversuboverstoichiometric over-
substoichiometric
Cross section of the combustion chamber
两段--第一燃烧区段挥发份缺氧燃烧，煤粉浓度越高生成 NOx越少，第二燃烧区段大量可燃物焦炭燃烧，焦炭中燃料 N经多相反应生成NOx少，且部分被碳表面和CO还原，实际 生成的NOx低于可能生成的NOx。
NOx控制机理
CO2
NOx COH2O N2
氧化SOFA
氧化λ～1.0
NH3, HCN
OFA
NOx
挥发分中的N燃烧 位于缺氧区域
降低旋流燃烧器NOx排放主要措施
1.采用性能优异的低NOx燃烧器---RRLLNB燃烧器； 2.增加SOFA风量---到占总风量20-30%的能力； 3.拉开SOFA与主燃烧器的间距； 4.建议优化制粉系统采用动态分离器； • 进一步改善煤粉细度和煤粉均匀性指数，提高燃烧效率； • 优化煤粉管道煤粉的分配均匀性，降低NOx排放； • 降低煤粉分配不均匀性引起的锅炉两侧热力偏差； 5. 优化燃烧器大风箱的结构； 6. 考虑提高二次风分风箱流量测量装置的准确度；
SOFA风道布置方案二
20.7.7
SOFA风道布置方案三
20.7.7
SOFA风道布置方案四
20.7.7
1、翼型导流浓淡燃烧技术—使燃烧器浓淡两相化学当 量比都处于低NOx区域； 2、组合型垂直浓淡低氮燃烧技术，即控制NOx排放又 提高燃烧效率； 3、SOFA高位偏置布置燃烧技术，实现双向分级燃烧； 4、主燃区燃烧器采用切圆燃烧方式、燃尽区采用对冲 燃烧方式； 5、水平和垂直偏置部分二次风燃烧技术，主要控制 NOx排放和烟温偏差； 6、偏置周界风燃烧技术，主要防止结焦和高温腐蚀； 7、降低主燃烧区域峰值温度的分段燃烧技术，即控制 NOx排放又防止结焦；
6
4
2
x (m)
0
-2
-4
-4
-2
0
2
4
6
8
z (m)
y=0截面颗粒浓度
RRLLNB旋流煤粉燃烧器技术特点
1、一次风采用直流设计，并通过浓淡分离装置实现径向浓淡，通过 浓淡燃烧降低NOx的生成量，并提高燃烧效率； 2、一次风环出口安装有稳燃齿，提供足够的着火热利于稳燃； 3、优化内外二次风量的分配比例，实现单只燃烧器的NOx的控制； 4、二次风、三次风安装控制混合时间的扩散器，控制燃烧初期逐级 混入二次风量，降低NOx生成量，利于着火和稳燃； 5、合理设计燃烧器喷口至水冷壁距离，严格控制中心回流区直径、 长度、距离喷口的距离，防止燃烧器喷口结焦或烧损； 6、内外二次风均可调节，增加煤质适应性； 7、对易着火、低熔点的煤，无喷口耐火砖的结构设计，防止结焦； 8、增加中心风的可调节性 9、提高燃烧器的防磨损特性
5. 及时补充燃尽所需要的其余的风量，以确保充分燃尽。
区段控制低氮燃烧技术
区段控制低氮燃烧专利技术
区段控制燃烧技术具有良好的低氮排放、高效燃烧、防止结焦、低 负荷稳燃、较低的减温水量和较小的烟温偏差效果。 区段控制既双区两段燃烧技术： • 双区既煤粉浓淡两相区域、主燃烧区域与燃尽区域、炉膛中心区和近 壁区； • 两段既挥发份初期燃烧段与固定碳后期燃烧段； • 二次风混入前燃烧阶段与二次风混入后燃烧阶段、 • 燃烧器高度方向布置分两段或三段； • 制粉系统上游阶段和炉内燃烧下游阶段； • 煤粉细度、煤粉均匀性指数和煤粉管道浓度偏差三项指标； • 根据不同煤种控制不同煤粉浓淡比和一、二次风配比及混合点位置； • 根据挥发份和固定碳热值控制合理的一次风率与二次风率； • 锅炉安全、经济和环保的综合运行效果；
类型：燃料型NOx 、热力型NOx 、快速型NOx ，研究表 明，煤粉炉(低于2000K)主要是燃料型NOx ，约占总量75%80%,其余为热力型NOx 、快速型NOx（极少），挥发份生 成的约占燃料型NOx60%-80%,其余燃料型NOx焦炭中燃料 N经多相反应生成。
控制机理（双区两段）：
双区--浓相富燃料燃烧，挥发分迅速析出气相反应（HCN、 NHi+O2→NOx)造成此区缺氧，使已形成的NOx与NHi反应 生成N2，并使NHi相互反应从而降低NOx生成；淡相富氧燃 烧，燃烧温度低抑制了NOx生成。
RRLLNB旋流煤粉燃烧器配风原理
四风环：中心风、一次风、内 二次风、外二次风； 一次风粉：经特殊浓缩结构直 流送入炉膛 内二次风和外二次风通过环形 通道在燃烧不同阶段进入炉膛 内二次风可调 外二次风可调 中心风由中心风管送入
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RRLLNB旋流煤粉燃烧器试验设备
三孔探针
PIV系统
高精度PDA 控制/测试系统
每一个燃尽风喷嘴通过一次风 挡板调整一、二次风比例。
燃尽风改造基本原则
1.综合比较燃烧器及风箱自身结构设计的合理性 和实施的难易程度；
2.综合比较对刚性梁、校平装置、张力板、水冷 壁的影响（超临界）；
3.综合比较对冷钢结构及周围汽水管道的影响； 4.考虑对吹灰器及平台的影响； 5.施工方案的可行性和难易程度； 6.电厂的具体指标要求
235-295
91.20% 91.45% 750-800
190-255
表5-6 #3炉空预器出口氮氧化物含量
•2011.5.28 •测点
•#3炉301.72MW •空预器出口A侧 •空预器出口B侧
•NOx(mg/Nm3)
•240.64
•242.58
•NOx(mg/Nm3)
•241.61
通过现场考核试验结果为A侧空预器出口NOx排放浓度为240.64 mg/Nm3，B侧空预器出口NOx排放浓度为242.58 mg/Nm3，空预器出 口平均NOx排放浓度为241.61 mg/Nm3，NOx排放浓度低于300 mg/Nm3。
1周
现场燃烧器、水冷壁、风道拆卸
2周
大件物品吊装
1周
燃烧器就位（包括SOFA燃烧器）
2周
风道、油枪安装
2周
火检、执行器等热工仪表
1周
考虑到交叉作业及不可预计因素，预计改造工期 6 周
2、施工方案
3、依据图纸、文件及标准
4、施工条件及施工准备
5、施工内容及程序
6、安全措施及文明施工。
低氮改造部分业绩
直流燃烧器低氮燃烧技术
90年代600MW锅炉燃烧器布置 图
90年代600MW锅炉燃烧器布置 图
90年代末600MW锅炉燃烧器布置 图
90年代末600MW锅炉燃烧器布置 图
二十一世纪600MW机组锅炉燃烧器布置图
二十一世纪1000MW机组锅炉燃烧器布 置图
SOFA风道布置方案一
20.7.7
39
RRLLNB旋流煤粉燃烧器
40
燃尽风燃烧器原理图
燃尽风喷口以两股气流高速进 入炉膛：第一股以较高轴向速度 的二次风气流喷入炉膛以保证穿 透深度，称之为一次风；第二股 二次风气流在外围旋流进入炉膛 增加扰动以保证空气与燃烧产物 中的未燃颗粒充分混合，称之为 二次风。该燃尽风这种内直流、 外旋流的结构特点，最大限度地 发挥了燃尽风的后期混合能力， 保证充分的燃尽能力。
燃烧器改造范围
•主燃烧器更换为 区段控制低氮燃烧技 术的低NOx煤粉燃烧器； •增设燃尽风燃烧器； •增设燃尽风道、燃尽风箱、风箱挡板、 挡板执行机构、风量测量装置等； •设置燃尽风水冷壁喷口管屏； •配套平台扶梯的增加或改造； •其他配套设备；
改造施工周期
1、施工周期
停炉后电建介入，现场清理、搭设平台及炉顶吊
2
8
8
RRLLNB旋流煤粉燃烧器数值模拟
烟煤新型
烟煤原型
喉口截面颗粒浓度
RRLLNB旋流煤粉燃烧器数值模拟
无浓缩装置
有浓缩装置
DMP concentration (kg/m^3)
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
低氮燃烧技术介绍
介绍提纲
NOx生成类型与控制机理 区段控制低氮燃烧技术 直流燃烧器低氮燃烧技术 旋流燃烧器低氮燃烧技术 技术经济比较
专题介绍： 1、控制飞灰含碳量的措施 2、对再热、过热汽温的影响 3、防止结焦与高温腐蚀的措施 4、控制空预器入口烟温的措施
不同时段NOx排放标准
NOx生成类型及控制机理
翼型导流浓淡燃烧器： 一次风流经喷嘴体时，通过安装在喷嘴体
内部的翼型叶片分离装置，将一次风分成浓 淡两相，浓淡相风量基本相等，浓淡相煤粉 浓度可高达8:2。
浓相处于高温、高煤粉浓度、高还原性气 氛炉膛中心区向火侧，加之喷嘴出口设置稳 燃装置，利于煤粉的初期着火并抑制NOx的 生成。淡相煤粉相对较少为低温燃烧区域， 控制NOx排放，并可有效的控制水冷壁附近 氧化性气氛、减轻结焦，同时为煤粉的后续 燃烧提供充足的氧量，提高燃烧效率。
SOFA燃烧器摆动装置
SOFA风室喷嘴可 作左右各12度、 上下各20度的摆 动。可视炉内燃 烧工况来调整喷 嘴的摆动角度， 来调节炉膛出口 的烟温偏差。
旋流燃烧器低氮燃烧技术
旋流燃烧器工作原理图
三次风旋流器 二次风旋流器 一次风
中心风
喉口
三次风继续 混合 燃烧
燃料在出口进行 分级
挥发分燃烧 高温区
低氮Байду номын сангаас烧和预热器脱硝改造部分业绩表
电厂名称 机组容量 改造时间 锅炉燃烧型式
改造内容
邹县3号锅炉 邹县4号锅炉 章丘3号锅炉 邹县6号锅炉
335MW
335MW
300MW
630MW
11.02.18 12.04.20 11.05.11 11.05.08
四角燃烧
四角燃烧
四角燃烧
对冲燃烧
低氮燃烧器
低氮燃烧器
还原燃烧器 λ=0.85～0.95
＜高温＞
Fuel N + O2 氧化
完全燃尽 NOx还原
高温还原 燃烧放热
5
影响NOx生成基本因 素
• 燃料比（C/Vr） • 燃料氮含量 • 主燃烧区氧浓度 • 火焰温度 • 还原区煤粉停留时间
低NOx燃烧器设计准 则 1. 增大挥发份从燃料中释放出来的速率，以获得最大的挥