燃煤锅炉低氮燃烧改造技术原理及方案分析解析

2.3 分级配风技术
“火上风”喷口
α: 1.1~1.2
一次风煤粉 和二次风
α: 0.8~0.9
轴向空气分级燃烧
2.3 分级配风技术
600
NOx (ppm)(6% O2)
500 400 300 200 100 0 1.3 1.2 1.1 1 0.9 0.8 » ¼ Ò ¶ È ¼ É Õ Ç ø ¹ ý Á ¿ ¿ Õ Æ ø Ï µ Ê ý a1 N:1.0% N:1.15% N:2.6%
烃生成物 CH,CH2
氰氧化物 （OCN，HNCO）
N2O NOx 还原性气氛 氧化性气氛
氨类（NH3， NH2，NH，N）
NOx H
N2
1.1 NOx生成类型
热力型 燃料型 快速型
1.2 低NOx控制方法

低NOx控制的一次措施：控制NOx的生成
1）低NOx燃烧器
2）空气分级（二段燃烧） 3）燃料再燃（三段燃烧）
低氮燃烧及改造
广东电网公司电力科学研究院
目 录
1 低氮燃烧的必要性
1.1 NOx生成类型 1.2 低NOx控制方法 1.3 低氮燃烧必要性
2 低氮燃烧的调整技术
2.1 基本原理 2.2 低氧燃烧技术 2.3 分级配风技术 2.4 配煤掺烧技术
3 低氮燃烧改造
3.1 3.2 3.3 3.4 低NOx燃烧器 空气分级的燃烧器布置 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点

低NOx控制的二次措施：将生成的NOx还原
4）SNCR炉内喷氨脱硝
5）SCR尾部烟气脱硝
1.2 低NOx控制方法
100
各种脱硝技术的脱硝效率
80%
NOx脱除效率 ％
80 40～70％ 60 30～50％ 40 30～40％
燃料再燃 控制NOx 空气分级 控制NOx
SNCR 控制NOx
SCR的 催化剂系统
氧 量 对 和 热 效 率 的 影 响 （
NOx
660MW)
130mg/m3/O2
2.2 低氧燃烧技术
某300MW贫煤锅炉氧量对NOx和热损失影响
2.2 低氧燃烧技术
低氧燃烧技术存在的问题： • 飞灰可燃物升高 • 锅炉热效率有可能下降 • 结渣、高温腐蚀、高温氧化等不利因素增加 • 壁温有可能超温
1.1 NOx生成类型
• 氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括NOx （一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2) )、氧化二氮(N2O)等。在氮 氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%。 • NOX按生成机理的不同分为三类：热力型 、快速型和燃料型， 其中燃料型占60%～ 95%。
• 汽温可能超温或欠温
2.2 低氧燃烧技术
如何实现低氧燃烧： • 采用更细的煤粉细度 • 保证均匀的风粉分配 • 合理的配煤掺烧方案 实现方法：
通过燃烧优化试验，在经济性、安全性和低NOx 排放之间取得平衡，得到经济运行氧量曲线。
2.3 分级配风技术
（1）轴向空气分级燃烧 在燃烧器上方一定位置处开设一层或多层燃尽风喷口，将 助燃空气沿炉膛轴向分级送入炉内。在第一阶段，将供入炉膛 的空气量减少到总燃烧空气量的70%～75%左右，燃料先在贫 氧条件下燃烧。此时第一燃烧区内过剩空气系数α<1，降低了 燃烧区内的燃烧速度和温度水平。使燃料中的N在还原性气氛 中转化成NOx的量减少，而且将已生成的NOx部分还原，使 NOx排放量减少。在燃尽风喷口附近的第二燃烧区内，喷入的 空气与第一燃烧区内生成的烟气混合，剩余燃料在α>1的富氧 条件下完成燃烧过程。
• 研究表明，煤中氮几乎全部以有机物的形式存在。形态主要
是吡咯型、吡啶型和季氮，其中吡咯型氮和吡啶型氮是煤中氮 的主要存在形式。
1.1 NOx生成类型
• 热力型氮：空气中氮在高温下氧化产生
O2 N 2O N O N 2 NO N N O2 NO O
在高温下总生成式为
2.2 低氧燃烧技术
10 9 700 8 7
2#炉
800
NOx
600
6 5 4 3 2 1 0 9:36:10 10:02:50 10:29:30 10:56:10 11:22:50
500
400
300
O2
200
100
试验时间
NOx (mg/mg3, @6% O2)
氧量 (%)
2.2 低氧燃烧技术
• 采用低NOx燃烧技术, 大部分在役老机组都有较大的减排空 间; • 近几年投运的新机组, 大多已采用了先进的低氮燃烧技术， 基本没有改造空间，但还可通过燃烧优化降低NOx排放。
2 低氮燃烧的调整技术
2.1 基本原理
2.2 低氧燃烧技术
2.3 分级配风技术
2.4 配煤掺烧技术
2.1 基本原理
• 低氮燃烧的基本原则：控制燃烧温度以减少“热力”型NOx 的生成，和（或）减少燃料氮与燃烧空气中氧的混合，通过形 成富燃区域将燃料NOx还原成N2，以减少“燃料”型NOx， 在煤热解完成后，再将二次风分级送入以完成焦炭燃烧。 • 安全稳定燃烧和减排NOx恰好构成了一对矛盾，现行各种低 NOx燃烧方法对炉内火焰稳定性和燃料的完全燃烧程度都有明 显不利的影响，因此选择合理的NOx控制措施必须兼顾燃烧经 济性和安全性的影响。
N 2 O2 2 NO NO 1 O2 NO2 2
1.1 NOx生成类型
• 快速型氮： 在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，由于燃料挥发物中
碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生
成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成。
1.1 NOx生成类型
• 燃料型氮：由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。
低NOx 燃烧器
15～20％
燃尽风 主燃区
SCR 控制NOx
氨的 喷射系统 氨的 输送系统
20
0
空气分级 低NOx燃烧器 再燃
SNCR
SCR
氨的 储存系统
1.3 低氮燃烧的必要性
• NOx减排, 技术已不是障碍, 关键要选择适合自己的技术;
• 无论对于SCR或SNCR, 先采用低氮燃烧技术, 都可节约投 资和运行成本;
煤燃烧中的氮化学
一次热解 二次热解 氧化 还原 碳黑氮 挥发分氮
原煤氮
HCN NH3 焦炭氮 残余焦炭氮
N2O NO
还原
N2
煤氮的反应路线取决于氮的赋存形态及其所处的反应环境!
1.1 NOx生成类型
空气中的氮 N2 烃生成物中 结合的氮
氰 （HCN，CN）
百度文库
燃料氮的转化 杂环氮
再燃
NOx
生 成 和 破 坏 的 化 学 途 径