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1、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 低NOx燃烧器 3.2 空气分级的燃烧器布置 3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 3.4 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点 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%-
2、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%。 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 在高温下总生成式为 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。 煤燃烧中的氮化学 煤氮的
3、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 NOx生成和破坏的化学途 径 1.1 NOx生成类型 燃烧温度 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 各种脱硝技术的脱硝效率 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
4、成本; 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
5、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。 2.2 低氧燃烧技术 氧量对NOx排放的影响 2.2 低氧燃烧技术 氧量对NOx和热效率的影响（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 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
6、： 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1的富氧条件下完 成燃烧过程。 2.3 分级配风技术 “火上风”喷口 一次风煤粉 和二次风 : 0.80.9 : 1.11.2 轴向空气分级燃烧 2.3 分级配风技术 2.3 分级配风技术 （2）径向空气分级燃烧 将二次风射流轴线向水冷壁偏转一定角度，形
7、成一次风煤 粉气流在内，二次风在外的径向分级燃烧。此时，沿炉膛水平 径向把煤粉的燃烧区域分成位于炉膛中心的贫氧区和水冷壁附 近的富氧区。由于二次风射流向水冷壁偏转，推迟了二次风与 一次风的混合，降低了燃烧中心氧气浓度，使燃烧中心1， 煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了NOx 的生成。由于在水冷壁 附近形成氧化性气氛，可防止或减轻水冷壁的高温腐蚀和结焦 。同时,在一次风和炉膛水冷壁之间形成一层风膜,达到风包粉 的效果,同样起到了防止炉内防结渣的目的。 2.3 分级配风技术 径向空气分级燃烧 2.3 分级配风技术 通过燃烧优化试验方法，在炉膛轴向形成下部富燃料 、贫氧；上部富氧、贫燃料的燃烧方式。 燃烬
8、风调整 周界风调整 二次风配风调整 关于三次风 2.3 分级配风技术 低负荷工况的燃烬风调整结果 2.3 分级配风技术 2.3 分级配风技术 周界风提供煤粉燃烧初期所需的氧量，以及用于保护燃烧器 ，改变周界风相当于改变二次风沿炉膛轴向的分配。 减少周界风量，燃烧器区域的氧化性气氛变弱，还原性气氛 增强，燃烧器区生成的NOx量降低。 周界风调整要考虑煤粉的着火距离和燃烧器的安全。 2.3 分级配风技术 周界风调整试验结 果 结论：适当关小周界风 2.3 分级配风技术 300MW贫煤锅炉配风试验结果 2.3 分级配风技术 增加运行磨煤机，即增加三次风量，相当于形成分级燃烧， 在某种程度上对降低NO
9、x是有利的，但对飞灰可燃物和锅炉热 效率有不利影响。 2.3 分级配风技术 也有学者认为三次风的存在导致了相当数量的NOx生成，对 降低NOx不利，主要是三次风细粉中的燃料氮在大过剩空气系 数下氧化造成，并得到一些试验证明。 因此，三次风是否有利于降低NOx，需要根据锅炉的实际情 况，如煤种、三次风带粉量、三次风处的过量空气系数等，通 过试验确定。 2.3 分级配风技术 磨煤机停运时，提高并投入三次风冷却风，相当于增加了燃 烬风，则对降低NOx是有利的； 某300MW机组锅炉的三次风冷却风管从1544.5改造为 2735，NOx排放下降100mg/m3，但效率略有降低。 2.4 配煤掺烧技术
10、不同煤种的NOx排放 燃用高挥发分，低氮分的煤有利于降低锅炉NOx的排放。 2.4 配煤掺烧技术 神华煤中优混煤掺烧比例（） NOx(mg/m3) 2.4 配煤掺烧技术 烟煤占25%时的NOx排放较低 3 低氮燃烧改造 3.1 低NOx燃烧器 3.2 空气分级的燃烧器布置 3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 3.4 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点 3 低氮燃烧改造 煤中氮析出机理研究表明： 烟煤中挥发分氮占主要比例，控制烟煤NOx的 生成主要是控制挥发分氮。 烟煤挥发分氮的析出速度很快，因此主要是要 控制烟煤的着火初期NOx析出。 控制烟煤NOx，空气分级是非常有效的措施。 3 低氮燃烧改造 烟
11、煤锅炉低氮燃烧系统改造包括两个方面: 选用低NOx燃烧器 在燃烧器布置上强化空气分级 3.1 低NOx燃烧器（LNB） 技术关键：借燃烧器不同结构控制煤粉着火并组织好“分 段”燃烧 。 （1）热回流型燃烧器，如WR型燃烧器、双通道大速差 燃烧器等； （2）浓淡偏差型燃烧器，如PM燃烧器等； （3）浓淡偏差热回流型燃烧器，如稳燃罩燃烧器； （4）双调风旋流燃烧器 （5）烟气再循环低NOx燃烧器 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （1）热回流型燃烧器 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （2）浓淡偏差型燃烧器 包括上下浓淡型和水平浓淡型 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （2）浓淡偏差型PM燃烧器（
12、三菱公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （2）浓淡偏差型立式旋风分离燃烧器（FW公司，W型炉） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （2）浓淡偏差型撞击式（浙大） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （2）浓淡偏差型带稳燃挡板（清华） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （2）浓淡偏差型多重富集型MELNB（清华） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） 几种燃烧器的计算机模拟结果： 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4）双调风旋流燃烧器 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4）DRBXCL型（B-W公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4）DRB4ZTM型（B-W公司） 3.1 低NOx燃
13、烧器（LNB） （4）DRB4ZTM型（B-W公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） CF/SF型（FW公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） CF/SF型（FW公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） VF/SF型（FW公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） NR系列燃烧器（BHK公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） NR系列燃烧器（BHK公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） LNASB低NOx燃烧器（三井巴布科克公司） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） Opti-FlowTM低NOx燃烧器（ABT公司） 3.1 低NOx
14、燃烧器（LNB） （4） 径向浓淡旋流煤粉燃烧器（秦裕琨等） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （4） 可控浓淡分离旋流燃烧器（浙大） 3.1 低NOx燃烧器（LNB） 低NOx燃烧器特点： 3.1 低NOx燃烧器（LNB） （5） 烟气再循环低NOx燃烧器（三菱公司） 3.2 空气分级的燃烧器布置 强化空气分级燃烧的主要形式： （1）整体炉膛分级燃烧系统即OFA系统，整体炉膛分级燃烧系 统以轴向空气分级燃烧为基础。 （2）同轴燃烧系统CFS以径向空气分级燃烧技术为基础。 （3）低NOx同轴燃烧系统LNCFS，不仅在炉膛轴向，同时 在燃烧器区域的炉膛径向实现分级燃烧。 （4）TFS2000燃烧
15、系统（CE公司），采用紧靠最上层一次风 煤粉喷口的紧凑布置燃尽风（CCOFA）和远离最上层一次风煤 粉喷口的多层分离燃尽风（SOFA）的多级OFA与CFS的组合 形式。 3.1 空气分级的燃烧器布置 强化空气分级燃烧的主要形式： 3.2 空气分级的燃烧器布置 典型的偏转二次风系统炉内布置 3.2 空气分级的燃烧器布置 典型的偏转二次风系统燃烧器组件 3.2 空气分级的燃烧器布置 TSI2000燃烧系统：融合几种直流燃烧器减排技术措施 于一体，可以降低NOx50%70。 控制提前析出挥发份 水平偏置的二次风 两级布置的燃烬风 控制活性分区风量 3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 低氮燃烧系统改造可能出现的技术问题： 飞灰可燃物含量增大 水冷壁腐蚀 炉内结渣与沾污模式的改变 汽温和壁温变化 烟温偏差增大 3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 低氮燃烧系统改造实例：黄埔电厂2300MW直流锅炉 采用带有SO
