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1、宜昌化工热电厂锅炉低氮燃烧器改造方案中石化湖北化肥厂资产公司宜昌分公司热电厂2240t/h、1220t/h燃煤锅炉烟气低氮改造方案北京中通凯瑞科技有限公司二一四年一月目录1 前言32 设备概况32.1 锅炉规范32.2 燃煤特性32.3 燃烧设备43 主要设计研究依据84 NOx生成和低NOx控制技术94.1 NOx生成机理94.2 NOx的控制技术与分析104.2.1 燃烧前NOx控制技术114.2.2 燃烧中NOx控制技术114.2.2.1 早期低NOx燃烧技术114.2.2.2 水平空气分级低NOx燃烧技术114.2.2.3 垂直空气分级低NOx燃烧技术124.2.3 烟气脱硝技术124
2、.2.3.1 选择性催化还原技术SCR124.2.3.2 选择性非催化还原技术SNCR125 低NOx燃烧器的设计125.1 3台锅炉低NOx燃烧技术改造项目燃煤特性评价125.2 3#号锅炉改造技术方案125.3 1#、2#号锅炉改造技术方案155.4 技术原理155.4.1 垂直浓淡稳燃技术原理155.4.2 水平浓淡煤粉燃烧器的热回流着火稳燃原理：155.4.3 浓淡煤粉燃烧器防止结渣和高温腐蚀原理165.4.4 浓淡煤粉燃烧器降低NOx排放原理165.4.5 偏置二次风降低NOx排放原理175.4.6 空气分级燃烧（SOFA燃尽风）降低NOx排放原理185.4.7 灵活地调整汽温和保证
3、安全受热面壁温195.4.8 燃尽风风量测量系统的说明206 供货范围207、改造费用：22l 前言中国石化资产公司宜昌分公司3台煤粉锅炉脱硝改造项目，为了尽量减轻炉后烟气脱硝的压力，先对该3台锅炉进行低氮燃烧器的改造。低氮燃烧器改造后，锅炉出口烟气中NOx的浓度约为350mg/Nm3，该数据作为烟气脱硝装置入口NOx的设计基线浓度值，要达到排放烟气中NOx的浓度100mg/Nm3的环保要求，只需脱硝效率达到71.4%左右即可，采用炉外SCR技术完全能满足要求，所以在本可研中推荐采用低氮燃烧器改造+SCR技术对该3台锅炉进行烟气脱硝治理。宜昌化工热电厂现有1*220、2*240t/h燃煤锅炉，
4、准备在脱硫脱硝改造项目过程中进行低氮燃烧器改造，以降低锅炉低氮改造的运行成本，提高锅炉整体经济效益。#1、#2炉2*240t/h为武汉锅炉厂有限责任公司设计生产的2台高压煤粉炉。#3炉为武汉锅炉厂生产的220t/h高压煤粉炉。3台炉均为高温、高压、自然循环、固态排渣煤粉锅炉，中间储仓制乏气送粉系统，四角切圆燃烧方式。未进行低氮燃烧器改造前，锅炉燃烧NOx排放在470mg/NM3左右，通过改造后NOx排放要求达到350mg/NM3。以下针对3台型进行技术方案介绍。2设备概况2.1锅炉规范备名称参数名称单位参数锅炉生产厂家武汉锅炉厂过热器蒸发量（BMCR）t/h240t/h2+220t/h过热器出
5、口蒸汽压力（BMCR）MPa.g10.3过热器出口蒸汽温度（BMCR）540锅炉排烟温度（修正后）（BMCR）140锅炉计算耗煤量（BMCR）t/h32空预器数量（每台炉）台1型式列管换热器漏风率（一年内）%除尘器数量（每台炉）1型式电袋、布袋（3#）除尘效率%出口灰尘浓度（O26%，干态）引风机型式及配置每台锅炉两台，液偶型烟囱双管集束烟囱2.2燃煤特性设计煤质特性见表1。表2.2-1220t/h锅炉燃煤煤质项目单位设计煤种校核煤种煤质元素分析收到基碳Car%46.84-收到基氢Har%3.77-收到基氧Oar%0.99-收到基氮Dar%6.21-收到基硫Sar%1.08-收到基低位发热量k
6、J/kg19250-煤质工业分析收到基水分War%8.45-收到基灰分Aar%32.66-收到基挥发份Vdaf%30.24-锅炉设计耗煤量t/h32.36锅炉实际耗煤量t/h31.87表2.2-3240t/h锅炉燃煤煤质序号项目名称符号单位煤种香山五七1碳Cf%57.158.092氢Hf%3.833.93氧Of%6.316.824氮Nf%1.070.985硫Sf%1.170.66分析水分Wf%1.131.227外部水分WWZ%8.674.658全水分Wn9.705.819灰分Af%29.3928.3910可燃基挥发分Vr%35.1236.1611低位发热值MJ/kg22.3122.7412高位
7、发热量MJ/kg23.1223.5713焦渍特性-4514锅炉设计耗煤量t/h32.1515锅炉实际耗煤量t/h31.66注：240吨锅炉燃料特性：烟煤，以平顶山“香山矿”和“五七矿”1:1混合2.3燃烧设备2.3.1原锅炉炉膛布置1#、2#台锅炉都是武汉锅炉厂的产品，在外形、主要参数一致情况，个别略有差别，由于档案室现存资料不全，因此将两台炉作为一样的结构与参数考虑。3#锅炉是武汉锅炉厂生产的220吨锅炉，由于业主未提供相应的锅炉资料我们根据以往所接触的同类项目来做相应方案。3台炉膛断面为近似方形，采用乏气系统，燃烧器采用四角布置切向燃烧方式，锅炉共配置2台钢球磨。锅炉共设置2层一次风喷嘴，
8、一、二次风间隔布置。每角燃烧器各有二次风门挡板5组，均由电动执行器控制，燃烧器喷嘴除了下二次风及一次风不摆动外，其余喷嘴均可摆动。煤粉燃烧器设计参数见图1和表2。图1改造前煤粉燃烧器示意图表2煤粉燃烧器设计参数项目风率（%）风速（m/s）风温（）一次风19.828.070二次风76.245.0310炉膛漏风4.0302.3.2改造目的锅炉实际运行过程中存在及需要解决的问题：l 通过对锅炉燃烧系统及制粉系统设备改造，将锅炉氮氧化物排放降低到350mg/Nm3，锅炉的效率将保持不变。l 改造后锅炉的出力维持不变，过热蒸汽和再热蒸汽的温度达到原设计值，过热蒸汽的减温水量在可控范围之内。l 改造后的锅
9、炉运行必须具有安全性，经济性及可操作性。燃烧系统能够扩大煤种的适应性，防止结渣及高温烟气腐蚀。改造后锅炉的控制模式基本维持不变，燃烧火焰更稳定。2.3.3改造范围针对本次改造所要达到的目的以及锅炉目前存在的问题，基本的改造范围如下：l 重新设计本改造燃烧系统；l 增设SOFA系统2.3.4性能保证在燃用目前的煤种情况及煤粉细度范围内：l BMCR工况下，NOx（干基、标态、6%O2下折算的NO2计）排放浓度不大于_350_mg/Nm3，CO排放浓度不变，锅炉效率不小于改造前（低位热值），未燃碳热损失不高于改造前。各项性能指标须同时保证。l 锅炉在70100%BMCR范围内运行时，主蒸汽温度54
10、0，减温水量按照原设计数据；在70100%BMCR范围内运行时，过热蒸汽温度540，汽温偏差不超过5，减温水量不大于原设计值。3）炉膛出口两侧烟温差少于50。3主要设计研究依据l JB10440-2004大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能设计规范l 锅炉机组热力计算-标准方法北京：机械工业出版社，1976l DL/T435-2004电站煤粉锅炉炉膛防爆规程l DL/T5121-2000火力发电厂烟风煤粉管道设计技术规程l 中国动力工程学会主编火力发电设备技术手册北京：机械工业出版社，2000l 电站锅炉手册胡荫平北京：中国电力出版社，2005l 抚顺热电运行规程、锅炉图纸l 小型热电站实用设计手册编
11、写组小型热电站实用设计手册北京：水利电力出版社，1988l 火力发电厂煤粉制备系统设计和计算方法北京：中国电力出版社，1999l GB10184-88电站锅炉性能试验规程中国电力出版社1996.84NOx生成和低NOx控制技术4.1NOx生成机理NOx有3种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。热力型NOx系燃烧过程中空气中的氧与氮在高温中生成的NO及NO2总和，其反应方程为：N2+O2=2NONO+1/2O2=NO2由于氧原子与N2反应的活化能比氧原子在火焰中可燃成分反应的活化能高得多，而且氧原
12、子在火焰中存在时间较短；故火焰中不会产生大量的NO，NO的生成反应系燃料中可燃部分烧完之后的高温区进行。由于热力型NO生成的活化能很高，在1500以下几乎观测不到NO的生成反应。当温度超过1500时，温度每上升100，反应速度将增加67倍。对煤粉锅炉来说，当燃烧温度在1350时，炉内生成的NOx几乎100%为燃料型，当燃烧温度为1600时，热力型NOx可占生成总量的25%30%。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、C6H
13、5NH2等。煤中氮有机化合物的CN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CN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%。图2热力型、燃料型和瞬发型NOx与炉膛温度的关系第三种为瞬发型，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。煤粉燃烧所产生的NOx中，燃料型NOx比例较大，约为60%80%以上，热力型约占总量的20%，而瞬发型反应生成的NOx只占很小的比例。图5为煤粉锅炉中三种类型的NOx生成量与炉温的关系及各自生成量的范围。锅炉燃用不同煤种时NOx生成量不同，挥发分
14、越高的煤种，NOx越低，以褐煤NOx排放量为100%单位，烟煤的NOx排放量为127.3%单位，贫煤的NOx排放量为180%单位，无烟煤的NOx排放量为268.7%单位。图3锅炉燃用不同的煤种时NOx排放量数值4.2NOx的控制技术与分析根据以上所述燃煤电站锅炉NOx产生的机理及影响因素，对于燃煤锅炉NOx的控制主要有三种方法：、燃料脱硝；、改进燃烧方式和生产工艺，在燃烧过程脱硝；、烟气脱硝，即燃烧后NOx控制技术。前两种方法是减少燃烧过程中NOx的生成量，第三种方法则是对燃烧后烟气中的NOx进行治理。4.2.1燃烧前NOx控制技术燃烧前对NOx产生的控制，就是通过处理将燃料煤转化为低氮燃料。通常固体燃料的含氮量为0.5%2.5%，近年来，一些国家开始进行燃料脱硝研究，但其难度很大，成本很高，有待于
