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1、600MW亚临界锅炉燃烧系统 低NOx改造方案制定2010年8月概述 2010年3月广东省下发了广东省火电厂降氮 脱硝工程实施方案，要求在2012年底前，完 成珠江三角洲区域内所有600MW以上燃煤机 组的降氮脱硝改造，达到200mg/Nm3以下。 国华台电除5号机组已经加装了脱硝设备SCR 排放浓度可以达到标准外，1-4号机组没有脱 硝设备，排放浓度在400mg/Nm3左右，距离新 标准要求还有很大的差距。 燃煤锅炉排放的NOx 主要由NO、NO2及微量N2O组成 ，其中NO含量超过90%，NO2 约占510%，N2O量只 有1%左右。NOx 的生成理论上有三条途径： 热力型NOx，它是空气
2、中的氮气在高温下氧化而生成的 NOx。 燃料型NOx，它是燃料中含有的氮化合物在燃烧过程中 热分解，接着氧化而生成的NOx。 瞬态型NOx，它是燃烧时空气中氮和燃料中的碳氢化合 物反应生成的NOx。一、生成原理生成原理对于燃煤电站锅炉，一般热力型NOx占总NOx的25%，燃料型 NOx占75%，瞬态型NOx所占份额很少。燃料型NOx 所占比例最 高，是燃煤锅炉NOx 减排的主要控制对象。 燃煤锅炉的NOx控制主要分为炉内一次低NOx 燃烧技术和炉后二 次烟气脱硝技术两类，其控制机理见图。炉内低NOx 燃烧技术主 要通过控制当地的燃烧气氛，利用欠氧燃烧生成的HCN与NH3等 中间性产物来抑制与还
3、原已经生成的NOx。 对于炉膛出口烟气中的NOx，可在合适的温度条件或催化剂的作 用下，通过往烟气中喷射氨基还原剂，将烟气中的NOx 还原成 N2 和H2O。生成原理生成原理图低NOx燃烧器，如百叶窗、PM型、WR型燃烧器等，通过燃烧器喷口浓淡分离 装置的设计，实现部分降低NOx排放的效果；炉内空气分级，炉内垂直方向浓淡燃烧技术； 烟气再循环，通过降低炉内局部烟温达到降低NOx生成的效果，适用于液态排 渣煤粉炉； 燃料再燃技术，在锅炉主燃烧器区上部，喷入超细煤粉、天然气、油等燃烧， 利用再燃生成的HCN和NH3等还原主燃烧区的NOx，再在其上一定距离喷入燃 尽风使煤粉与再燃燃料燃尽； 低NOx
4、燃烧优化系统，是利用软件优化控制炉内燃烧工况，达到生成和排放 NOx均较低的技术，该技术需要电厂投资大量硬件设施来配合，且对硬件要求 较高，国内无应用，欧美的应用也很有限。三、 NOx排放的燃烧控制：1、LNTFS低NOx燃烧系统： 1）紧凑燃尽风（CCOFA）； 2）分离燃尽风（SOFA）； 3）预置水平偏角的辅助风喷嘴（CFS）。 CFS形成风包粉燃烧，为水平浓淡、SOFA为垂直浓淡，空气分级 燃烧。 外高桥II期900MW及三期1000MW锅炉采用了这种LNTFS系统， 95%负荷下外高桥期锅炉NOx排放和燃烧器区域过量空气系数 的测试数据参见图11。四、主要低NOx燃烧系统设计特点和减
5、排NOx的 效果： 四四、 2）PM-MACT燃烧系统： PM型燃烧器将每只一次风煤粉气流分成浓淡两股，按 垂直浓淡方式入炉，垂直方向上，各层燃烧器的浓淡煤 粉气流按“浓浓淡淡浓浓”的方式布置，几种浓淡分 离方式相互组合，形成局部浓缩小区，既有利于降低 NOx生成，稳燃效果会更好。主燃烧器区形成上下两组 ，每组内形成其内部浓淡燃烧区，强化该区域内的NOx 还原效果。整个燃烧系统设有紧凑和分离燃尽风（ CCOFA和SOFA），SOFA风一般46组，SOFA风总量 在30%左右。SOFA风中心距最上层主燃烧器中心距离 大约79m。主燃烧器和SOFA风燃烧器均可上下摆动 30度 。 SOFA风还可以
6、左右摆动15度以起到平衡炉内烟气残余 旋转的作用。 营口和玉环两厂锅炉NOx排放浓度测试结果见下图， 统计数据未区分锅炉运行负荷和燃烧工况。从平均值 看，营口锅炉NOx排放平均浓度271mg/Nm3，玉环锅 炉NOx排放平均浓度284mg/Nm3。可见，PM-MACT 型低NOx燃烧系统可将锅炉NOx排放浓度降低到 300mg/Nm3以下的水平。四、四、 3）双尺度燃烧系统： 所谓双尺度燃烧技术就是在射流空气分布（空间尺度）及燃烧过 程控制实现（过程尺度）上采取措施。具体如下： （1）纵向三区分布： （2）横向双区分布： （3）一次风采用空间浓淡分布 （4）燃尽风椭圆喷口且一层备用 （5）足够
7、的还原及燃尽高度 妈湾电厂燃烧器改造后的NOx测试工作由热工院完成，试验在全 烧大友煤和全烧神华煤两个煤种下进行，对四层SOFA风分两层 全开和四层全开工况。试验结果见表。四、 由改后试验结果可见： 在300MW负荷，炉内氧量为2.53.4%，NOx排放量为 170250mg/Nm3，有的工况可达到130mg/Nm3，但 CO浓度较高，达到了435ppm。 全开四层SOFA与全开两层SOFA比较，在氧量一致条 件下，NOx排放量看减少约三分之一，可见，SOFA风 的布置对降低NOx排放量起了主要作用。 4）DSB低氮直流燃烧器： DSB燃烧器为热工院开发的一种新型低氮燃烧器，分直流和旋流两 种
8、类型。其原理是通过采用一次风稀相分离钝体、分离调节挡板等 核心装置，将进入燃烧器的一次风粉气流形成浓淡分布，并将部分 稀相一次风通过引入管导入到二次风喷口，使得一次风喷口出口气 流中的煤粉浓度和出口风速都可以调节。通过DSB低氮直流燃烧器 改造，摆脱了制粉系统和煤粉管道携带煤粉所需最低风速的限制， 燃烧器在NOx控制、燃烧稳定性和拓宽煤种适应性上都有上佳表现 ，是先进的低NOx直流燃烧器。DSB直流低氮燃烧器一次风调节范 围为0-30%，能在适应烟煤燃烧的同时，也适应部分贫煤的燃烧。 DSB燃烧器优秀的NOx控制能力，可以在运行中减少OFA份额，同 时由于DSB燃烧器提前着火的特点，一定程度上
9、缓解了因采取OFA 后主燃烧区域欠氧导致飞灰可燃物上升的矛盾。 DSB直流燃烧器将部分助燃空气抽入了二次风，弥补了因为OFA喷 口而造成的二次风喷口风速降低，二次风喷口面积不需要因OFA存 在而缩减，减小了改造工程量。 四、四、5）TFS2000低NOx燃烧系统： TFS2000燃烧系统，四角布置摆动式直流燃烧器，炉膛中心形成 假想切圆，燃烧器分上、中、下三组布置，每组燃烧器由两层煤 粉燃烧器和当中一层重油燃烧器组成，相间布置辅助风喷口。炉 膛上部设有低位和高位两层分离燃尽风系统（LSOFA和HSOFA ）。分离燃尽风分两段布置是TFS2000系统与LNTFS（或LNCFS ）系统的主要区别，
10、其它基本一致。图3-37为燃烧器送风系统控 制画面，从锅炉现场粗测：低位燃尽风LSOFA与最上层燃烧器中 心线距离约44.5m，高位燃尽风HSOFA与低位燃尽风中心线间 距离约为4.55m。高位燃尽风HSOFA与最上层燃烧器中心线之 间距离8.59.5m，较分离燃尽风单段布置的LNTFS系统距离略 大。 本系统与LNTFS系统的最大区别在于其SOFA风分两段送入炉膛 ，其减排NOx效果与LNTFS系统基本相当。四、后石电厂锅炉设备投产后，未经详细的优化调整，运行状态良好。考核 试验结果表明： （1）7号锅炉修正后锅炉热效率（按高位热值HHV计算），100ECR工 况两次结果分别为90.10和9
11、0.43，平均为90.27，优于保证值90.09 ；75ECR工况为90.79，优于保证值90.22；50ECR工况为90.91 ，优于保证值89.75； （2）在100ECR、75ECR和50ECR锅炉热效率考核工况下，NOx排 放值修正到6氧量后分别为148ppm、148ppm和149ppm，均小于保证指 标150ppm。 （3）对应于非考核试验煤种，机组负荷600MW，锅炉正常运行时SCR进 口NOx实测值约为170190ppm。 分离燃尽风分两段布置，从燃烧控制的角度来讲，可以进行更灵活的调 整与控制，但由于在该炉型所进行的试验工作有限，并无足够的数据说 明这方面问题。五、小结炉内低N
12、Ox燃烧，根本原理在于制造炉内欠氧燃烧环境，即还原性燃烧 气氛，利用在此气氛下生成的HCN和NH3等中间产物将业已生成的NOx 等还原成N2和H2O。为确保煤粉的燃尽，分离燃尽风的设置是必要的； 为避免还原性气氛过强而导致水冷壁腐蚀和结渣，又必须对SOFA风量 予以限制。 对上述五种低NOx燃烧系统，其对NOx减排的效果基本一致，200 300mg/Nm3是其控制极限，主要差别在于： （1）LNTFS系统，对电厂锅炉改造工作量较小，只需增设SOFA风口并 适当缩小原二次风口以确保二次风动量不变； （2）PM-MACT系统，需要增设SOFA风，也需要对主燃烧器进行改造 。而且该系统主要应用在墙式
13、切圆燃烧方式上，对四角切圆系统尚无应 用先例； （3）双尺度燃烧系统，对主燃烧器和SOFA风都要改造，对原燃烧器改 动较大，须增加贴壁风。其降低NOx的主要手段仍然靠分离燃尽风，而 且其时间尺度调整的实现是靠对燃烧控制系统的复杂改变实现的；五、 （4）DSB燃烧系统，与LNTFS相比，须 增设SOFA风，也需要对主燃烧器进行改 造，但不必改变二次风喷口面积。 （5）TFS2000系统，与LNTFS系统基本 一致，只是上部分离燃尽风须分两段布 置，但整体效果并不突出，但可提供较 多的调整手段。六、台电初步方案由于LNTFS燃烧系统为上锅Alstom技术，该技术是台电现有锅 炉燃烧系统的升级技术，
14、上海锅炉厂具有资源、技术优势，且该 技术已有较多台锅炉运行业绩，因此采用LNTFS技术对15号锅 炉进行燃烧系统改造更为适合。 采用上锅最新的燃烧技术复合式空气分级低NOx燃烧技术， 也就是把整个炉膛内分段燃烧和局部性空气分段燃烧时降低NOx 的能力结合起来，在初始的富燃料条件下促使挥发氮物质转化成 N2，因而达到大幅度降低NOx排放的目的。 采用更大的分级风比例，同时OFA分为两级布置，即在上锅第二 代低NOx燃烧技术的基础上进行了优化，目前在超临界和超超临 界锅炉上广泛使用的是上锅的第二代低NOx燃烧技术，SOFA为 一级布置。六、按照上锅最新的燃烧技术结合台山电厂设计煤种的特点对燃烧器
15、本体进行重新设计，包括确定一次风间距，喷口大小，CFS的偏 转角度等，更换燃烧器箱体，对燃烧器本体水冷套进行重新设计 ，对更换的二次风执行机构进行选型设计，对燃烧器本体的摆动 执行机构进行校核确定是否需要更换。同时还需要对煤粉管道和 燃烧器的吊架进行校核计算，确定是否需要全部更换或仅做局部 调整。由于燃烧器本体的变化，需要对整个区域的钢架和刚性梁 进行校核或重新设计，避免现场碰撞。 在燃烧器的上方增加SOFA喷嘴，将根据计算确定燃烧器本体和 SOFA的间距以及两级SOFA间的间距。对增加SOFA的风门执行 机构和摆动执行机构进行设计选型，对SOFA区域的水冷套重新 进行设计，调整SOFA区域的钢架和刚性梁的设计，增加SOFA风 道的设计等。 此方案为初步的计划，还需要深入的试验讨论分析论证。汇报完毕。谢谢！
