低NOx燃烧技术

炉膛相对高度，X/H
1 0.5 燃烧器平均高度
火焰中心
煤粉燃烧器
900
1300
1700
冷灰斗计算断面
炉膛温度T，℃
煤粉燃烧器区域的温度水平最高，通常我们称之为火焰中心。约1700 ℃左右。随着煤粉粒子的旋转移 动，水冷壁的吸热，烟气温度水平逐渐下降。 我国热力计算规定的火焰中心是：上下一次风中心标高+3m。为燃烧器的火焰中心。 可以这样认为，对于410 t/h锅炉，上一次风喷口中心+4.2m，烟气温度水平约降低350℃左右。因此，我们 把炉膛分为三个区域。
火电厂大气污染物排放标准
GB13223-2003 • 火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放浓度
以二氧化氮计，mg/m3
• 时段的划分
– 第1 时段：2003 年12 月31 日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的 新建、扩建、改建火电厂建设项目 – 第2 时段：2004 年1 月1 日起至2009 年12 月31 日前通过建设项目环境影响报告 书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目 – 第3 时段：自2010 年1 月1 日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩 建、改建火电厂建设项目
一汽集团热电厂：设计煤种：褐煤，挥发分；
700 mg/m3，经过低NOx燃烧技术改造后（30%-50%），300-420 mg/m3
经过SNCR脱硝（40%）： 180-252 mg/m3 经过SCR脱硝（55%）： 81-113.4 mg/m3
3 煤燃烧过程中氮氧化物生成机理
第一种为热力型，系由氮与氧在较高温度下反应生成，该反应一般在 1500℃以上进行，其生成量与温度、在高温区停留时间以及氧的分压有关。 第二种为燃料型，为煤中的有机氮氧化生成，其生成量与温度关系不大， 生成温度低于热力型，但与氧浓度关系密切，煤粉与空气的混合过程也对其 有显著影响。煤中的氮原子与各种碳氢化合物结合成氮的环状或链状化合物， 如C5H5N、C6H5NH2等。煤中氮有机化合物的C—N结合键能较小，在燃烧时 容易分解。从氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破坏C—N与氮原子生 成NO。煤燃烧时燃料型NOx约占NOx总生成量的75%～80%。
5.1
• • •
低NOx燃烧技术—切向燃烧（直流）
采用低NOx燃烧器 煤粉燃烧器区域水平空气分级（CFS系统） 沿炉膛高度方向深度空气分级（SOFA燃尽风）
5.2 远通纸业改造75t/h锅炉实例
改造前：500-600 mg/m3
改造后：290-350 mg/m3 脱销效率：48%左右
5.3 辽阳石化公司热电厂410t/h锅炉改造实例
挥发分N/燃料N,%
时间,ms
影响NOx生成的主要因素是： 一、炉膛温度水平，炉膛温度越高，NOx排放量越大； 二、高温燃烧区的含氧量，过量空气系数越高，NOx排放量越大。 因此在低NOx燃烧器设计时，在高温区低氧、在相对低温区过氧的燃烧方 式。
炉膛温度水平分布
炉膛出口 1.0 1－50％额定负荷； 2－100％额定负荷。 2
4.2 锅炉过量空气系数的影响 当空气不分级燃烧时，降低过量空气系数，在一定程度上会起到限制 反应区内氧浓度的目的，因而对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有明显 的控制作用，采用这种方法可使NOx生成量降低15%～20%。但是CO浓度 会随之增加，燃烧效率下降。当采用空气分级时，可以有效NOx排放量， 随着一次风量减少，二次风量增加，N被氧化的速度降低，NOx排放量也 相应下降。
1.1 不同浓度的NO2对人体健康的影响
浓度(ppm)
1.0 5.0 10-15 50 80 100-150 200 以上
影
响
闻到臭味 闻到很强烈的臭味 眼、鼻、呼吸道受到强烈刺激 1 分钟内人体呼吸异常，鼻受到刺激 3－5 分钟内引起胸痛 人在 30－60 分钟就会因肺水肿死亡 人瞬间死亡
1.2 NOx对建筑物的影响
Mar Aar
Var Qnet,ar KVTI DT ST FT
% %
% kJ/kg ℃ ℃ ℃
5.16 35.01
22.78 19441 1.4 1240 1255 1275
6.2 煤粉燃烧器
项 目 一次风 二次风
风率(%) 28.0 39.6
风速(m/s) 28.0 45
风温(℃) 227 326
GB13223-2003:火电厂大气污染物排放标准，对NOx要求。
无烟煤：1300 mg/m3；
贫煤：650 mg/m3； 烟煤：450 mg/m3； GB13223-2011:火电厂大气污染物排放标准，对NOx要求。 基本：100 mg/m3； 局部时段（2003年12月31日以前）：200 mg/m3；
第三种为瞬发型，系燃料中烃基化合物在欠氧火焰中与气体中氧反应 生成氰化物，其中一部分转化为NO，其转化率与化学当量及温度有关。
1、煤粉燃烧炉各类型NOx生成 量与炉膛温度的关系
2、锅炉燃用不同的煤种时 NOx排放量数值
4 影响燃煤电站锅炉NOx生成的主要因素
4.1 锅炉燃料特性的影响
煤挥发分中的各种元素比会影响燃烧过程中NOx生成量，煤中氧/氮（O/N）比 值越大，NOx排放量越高。 在相同O/N比值条件下，转化率还与过量空气系数有关，过量空气系数大，转 化率高，使NOx排放量增加。
改造前：550 mg/m3
改造后：280-350 mg/m3 脱销效率：44%左右
5.4 平果铝业热电厂220t/h锅炉改造实例
改造前：800-1000 mg/m3
改造后：424-550 mg/m3 脱销效率：44%左右
5.5 中山鸿兴纸业公司75t/h锅炉改造实例
改造前：720 mg/m3
改造后：330-380 mg/m3 脱销效率：54 %左右
燃料和热能转化设施类 型
1
燃煤锅炉 氮氧化物 （以 NO2 计） 汞及其化合物 烟尘 二氧化硫
现有锅炉 全部 全部 全部 新建锅炉及燃气轮机组
2
以油为燃料的锅炉或燃 气轮 机组 氮氧化物 （以 NO2 计）
现有锅炉及燃气轮机组
新建燃油锅炉
现有燃油锅炉 燃气轮机组 天然气锅炉及燃气轮机组 烟尘 其他气体燃料锅炉及燃气轮机组 天然气锅炉及燃气轮机组 二氧化硫
烟气黑度（林格曼黑度，级）
全部
1
烟囱排放口
注：(1) 位于广西壮族自治区、重庆市、四川省和贵州省的火力发电锅炉执行该限值。 (2) 采用 W 型火焰炉膛的火力发电锅炉，现有循环流化床火力发电锅炉，以及2003 年 12 月31 日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的火力发电锅炉执行该限值。
GB13223-1996:火电厂大气污染物排放标准，对NOx无要求。（待考证）
6.1 设计煤质
项 燃 煤 特 性 目 收到基碳 收到基氢 收到基氧 收到基氮 收到基硫 符 号 Car Har Oar Nar Sar 单 位 % % % % % 设计煤 种 49.48 3.73 5.81 0.53 0.30 校核煤 种
水分 灰分
收到基挥发分 收到基低位发 热值 VTI可磨性系 数 灰 熔 特 性 变形温度 软化温度 熔化温度
1.3 美国洛杉机光化学烟雾
• 美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。 • 1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；6.5 万公顷的森林，29％严重受害，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。
2
序号
“十二五”国家主要污染物总量控制(GB13223-2011)
污染物项目 烟尘 全部 新建锅炉 二氧化硫 适用条件 限值 30 100 200(1) 200 400(1) 100 200(2) 0.03 30 100 200 污染物排放监控位置
三次风
炉膛漏风
24.1
8.3
53
70
30
传统燃烧器的NOx排放量
7 改 进 措 施
SOFA燃尽风
停磨时温风送粉系统
送粉系统乏气管道
1）、 一次风喷口采用先进的水平浓淡分离燃烧技术，采用水平钝体，并采 用喷口强化燃烧措施，有效的降低NOx排放量，保证高效燃烧，降低飞灰可燃物 含量。 3） 高浓缩效率、低阻力新型煤粉燃烧器，确保煤粉及时着火，加强燃尽效 果； 4） 中二次风采用延迟混合型一、二次风的偏置二次风设计，确保NOx大幅 度减排； 5） 减少主燃烧器区域的二次风喷口面积，减少部分喷口面积布置设计（在 主燃烧器上方3600 mm左右）SOFA燃尽风，采用分级送入的高位分离燃尽风系 统，燃尽风喷口能够水平方向摆动，有效控制汽温及其偏差。 6） 所有的二次风分风门的电动执行器固定在风道之上，使得执行器与风门 一起膨胀。
90 80 1200 1000 800 600 1200℃ 1000℃ 800℃ 70 60 50 40 30 20 10 0 0 50 100 150 200 300 400 500 600 700 800 600℃
4.3 锅炉燃烧温度的影响
燃烧温度对NOx排放量的影 响已取得共识，即随着炉内燃烧 温度的提高，NOx排放量上升 （见右图）。
100
200 120 5 10 35 100 100 200 50 120
烟囱或烟道
3
以气体为燃料的锅炉或 燃气 轮机组 氮氧化物 （以 NO2 计）
其他气体燃料锅炉及燃气轮机组 天然气锅炉 其他气体燃料锅炉 天然气燃气轮机组 其他气体燃料燃气轮机组
4
燃煤锅炉，以油、气体 为燃 料的锅炉或燃 气 轮机组
图1
燃料量变化对炉膛温度的影响
5
NOx的控制技术与分析
目前控制NOx排放的措施大致分为两类： 一类低NOx燃烧技术，通过各种技术手段，改变燃烧条件来控制燃烧关键参 数，以抑制NOx生成或破坏已生成的NOx，达到减少排放的目的。
一类是烟气净化技术，脱除烟气中的NOx。包括湿法脱氮技术和干法脱氮技 术。湿法脱氮技术有选择性催化还原（SCR）法、选择非催化还原（SNCR）法、 吸收法。干法脱氮技术有吸附法、等离子活化法、生化法。
低氮改造+SNCR CFD模型技术
低氮改造+SNCR CFD模型技术
SmartBurn 低氮燃烧器
SmartBurn SOFA喷嘴
燃尽风流线图
低氮改造+SNCR CFD模型技术
低氮改造+SNCR CFD模型技术
低氮改造+SNCR CFD模型技术
6
工程概况
第一汽车集团公司热电厂8号锅炉是北京锅炉厂设计制造的BG-130/39M5型锅炉。锅炉采用单锅筒、“П”型布置、自然循环、固体排渣，室内钢架支 撑形式，轻型炉墙结构。前部竖井为燃烧室，尾部竖井由上至下交替布置了两级 省煤器和两级空气预热器，在水平烟道中布置了两级蒸汽过热器，在两级蒸汽过 热器中间，设置了喷水减温系统。 锅炉采用正四角切向布置的直流煤粉燃烧器，制粉系统采用钢球磨机中储 仓热风送粉，，假想切圆为Φ500mm，平衡通风。 原设计也未曾考虑NOx的控制排放，现阶段7号锅炉NOx的排放超标。 参考国内外火电机组的NOx控制趋势和当地的环保发展要求，建议第一汽 车集团公司热电厂8号锅炉首先采用低NOx燃烧控制技术来降低NOx排放量，基于 煤粉燃烧器的结构特点、燃煤特性和锅炉运行情况，吉林省慧盛机电设备有限公 司特别委派技术人员对贵厂进行了深入的了解，针对低NOx燃烧控制技术问题， 在慎重综合现场运行状况和所提供的设备及燃煤资料基础上，提出具体的低NOx 燃烧控制技术改造方案。
低NOx排放煤粉燃烧控制技术
哈尔滨电站设备成套设计研究所有限公司
ຫໍສະໝຸດ Baidu
1 NOx的危害
煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO及NO2，另外，还有少量N2O等生成， 统称NOx。NO能使人中枢神经麻痹并导致窒息死亡，N2O会造成哮喘和肺气肿， 破坏人的心、肺、肾及造血组织的功能丧失，其毒性比NO更强。无论NO、NO2或 N2O，在空气中的最高允许浓度为5mg/m3（以NO2计）。 NOx和SO2一样，在大气中会通过干沉降和湿沉降方式落到地面，最终的归宿 是硝酸盐或硝酸。硝酸型酸雨的危害程度比硫酸型酸雨的更强，因为它对水体的酸 化、对土壤的淋溶贫化、对农作物和森林的灼伤破坏、对建筑物和文物的腐蚀损伤 等方面丝毫不逊于硫酸型酸雨。同时NOx中的N2O也会引起全球气候变暖的因素之 一，虽然其数量极少，但其温室效应能力是CO2的200～300倍。
欧洲标准：200 mg/m3 ，挥发分较高、发热量高的商品煤。
美国标准： 180 mg/m3，全部挥发分较高的烟煤； 日本标准： 150 mg/m3，基本是燃烧原煤（包括洗块、洗中、洗末） 中国标准： 200 mg/m3，2003年以前投产的锅炉。 100 mg/m3，2003年以后投产的锅炉。 劣质煤（洗中煤、洗末煤）挥发分低、灰分高、发热量低、高水 分的煤种。