摘 要 本文对电站锅炉中常用的低NOX燃烧器的结构特点、降低NOX排放的原理以及应用情况进行了介绍。通过对我国燃煤电站锅炉NOX生成机理及影响因素的研究,提出了相应燃烧或烟气净化等综合治理措施,达到降低NOX排放的目的。
关键词 低NOX燃烧方式;NOX排放;电站锅炉
中图分类号 TK229文献标识码 A文章编号 1673-9671-(2012)112-0200-01
1 燃煤电站锅炉低NOX燃烧技术
对燃煤电站锅炉,只要降低燃料型NOX的生成,就可控制总的NOX排放水平。采用低过量空气系数使炉内呈低氧燃烧状态,在煤粉燃烧过程中建立过量空气系数小于1的富燃料区,使燃料氮在其中尽可能多地转化成挥发份N,并在还原性气氛下促使燃料氮转变为分子氮的空气分级燃烧技术,及利用再燃燃料喷入炉膛的某一部位以还原已生成NOX的燃料分级技术,都可降低燃煤电站锅炉NOX的排放量。其原理如图1、图2所示。
图1 空气分级原理图 图2 燃料分级原理图
电站锅炉是用能大户,也是污染大户,燃煤电站锅炉的NOX排放浓度普遍超过国家标准,因此,降低电站锅炉的NOX排放对于保护环境是非常重要的。
2 低NOX燃烧技术在我国燃煤电站锅炉中的应用
我国燃煤电厂在氮氧化物排放控制方面起步相对较晚,国家排放标准于1997年1月才对新建大型燃煤电厂NOX排放提出限值要求。国内目前的低NOX燃烧技术主要有低过量空气系数、空气分级燃烧、煤粉浓淡燃烧技术及三次风细粉再燃技术。在燃用烟煤、褐煤的300 MW机组在采用降低NOX措施后,其NOX排放量为460 mg/Nm3~800 mg/Nm,基本上可达到国家标准,其中吴泾电厂11号600 MW机组四角同心反切燃烧锅炉,由于在设计中采用了诸如低氧燃烧、空气分级燃烧和低NOX燃烧器技术,NOX排放量之低,已达到国际排放先进水平。但燃用低挥发份无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远不能达到国家标准,燃用贫煤锅炉的NOX排放量为750 mg/Nm3~1000 mg/Nm3。
2.1 空气分级燃烧技术在燃煤电站锅炉的应用
空气分级燃烧是目前使用最为普遍的低NOX燃烧技术。我国自20世纪80年代引进美国CE公司技术的生产300MW、600MW机组锅炉以来,均利用CE公司研制出的顶部带有燃尽风(OFA)喷嘴的低NOX燃烧技术(包括紧凑和分离强化型布置),通过调整整组燃烧器顶部加装的燃尽风喷嘴,使主燃烧区二次风流量减小,使煤粉气流在炉内垂直方向形成空气分级燃烧,从而减少NOX排放和降低飞灰损失。
此外,部分四角切圆燃烧锅炉采用一、二次风不同切角布置技术(包括一次风反吹系流、二次风采用较大切角布置等)使二次风偏离燃烧器喷口处的煤粉气流,延缓了一次风煤粉气流与辅助风的前期混合,炉内水平方向也形成空气分级燃烧,从而有效地降低了NOX排放。
2.2 低NOX燃烧器在燃煤电站锅炉中的应用
大多数低NOX燃烧器是根据分级燃烧技术降低NOX排放的原理设计的。国内外的大量研究表明,煤粉气流的浓淡燃烧不仅可以提高其着火和燃烧稳定性,在保证较高燃烧效率的前提下,还可以降低NOX排放量。浓煤粉气流是富燃料燃烧,由于着火稳定性得到改善,使挥发份析出速度加快,使已生成的NOX与HCN、NHi反应生成氮气,降低NOX排放。
由于一次风管中的煤粉浓度受到气力输送的影响而不可能有很大改变,浓淡燃烧器采用浓缩装置将一次风煤粉气流分成浓淡两股应用于锅炉设计和改造中,如FW公司的旋风分离式燃烧器、CE公司的WR燃烧器以及三菱公司的PM燃烧器,及浙江大学、西安交通大学和哈尔滨工业大学先后开发的煤粉浓淡燃烧器(采用楔块、弯头、扭曲板和百叶窗分离等方法)。
继三菱公司PM型低NOX燃烧器利用垂直转水平弯头将一次风分为上、下浓淡2股来实现稳燃和低NOX燃烧后,我国自主开发的浓淡低NOX燃烧器不仅可以实现上下浓淡燃烧,还可以实现水平浓淡燃烧,在降低NOX排放的同时,还有效地解决炉内水冷壁结渣、高温腐蚀等运行问题。其中,哈尔滨工业大学的“风包粉”系列浓淡煤粉燃烧技术已应用于全国若干台烟煤、贫煤和无烟煤的电站锅炉上,并被国内多家锅炉设计制造单位在新产品设计或技术改造中所采用。
2.3 低氧燃烧技术在燃煤电站锅炉的应用
在燃用挥发份高,燃尽性能好的烟煤和褐煤锅炉中,炉膛内可以采用低氧燃烧(氧量小于3%)来减少NOX的生成。如吴泾电厂11号600MW机组锅炉燃用优质神木烟煤,煤粉气流易于着火和燃尽,运行中炉内维持较低过量空气系数,炉膛出口氧量小于3%。有些四角切向燃烧的锅炉,为防止炉内水冷壁结渣,燃烧器分为上下2组布置,并使上面1组燃烧器的最下排一次风喷嘴与下面1组燃烧器最上排一次风喷口之间保持较大的间距,使主燃烧器区为低氧燃烧而降低NOX的生成量。吴泾电厂11号600 MW机组锅炉的煤粉燃烧器就分上下2组布置,其中上面3层喷嘴间距为2000 mm,下面3层喷嘴间距为1650 mm。
3 本章小结
鉴于目前国内燃煤电站锅炉采用诸如低过量空气系数、空气分级燃烧、煤粉浓淡燃烧及三次风细粉再燃等低NOX燃烧技术后,燃用烟煤、褐煤的机组NOX排放基本上可达到国家标准,有的甚至达到国际先进水平,而燃用低挥发份无烟煤、贫煤和劣质烟煤时还远不能达到国家排放标准的事实,应对以上煤种采用空气分级燃烧时挥发份N和焦炭氮比例、主燃区的过量空气系数、燃尽风的补入位置等对降低NOX排放的影响继续进行试验研究以指导实际锅炉上空气分级燃烧的实施。同时,在试验研究的基础上,在条件具备的前提下尽量利用天然气、其它烃类气体或超细煤粉的再燃技术来降低电站锅炉NOX的排放水平以达到国家标准的要求。
参考文献
[1]毕玉.低氮氧化物燃烧技术的发展状况[J].热力发电,2000,2:1-9.
[2]范从振.锅炉原理[M].北京:水利电力出版社,1995.
[3]沙亚红.单元机组低NOX排放研究.中国期刊网,2007,10.
[4]阎维平.洁净煤燃烧技术.中国电力出版社,2004,11.
[5]唐志国,朱全利,唐必光等.空气分级燃烧降低NOX排放的实验研究[J].电站系统工程,2003,9.
作者简介
何云龙(1987—),男,本科,助理讲师,电气工程。
王琳(1986—),女,本科,助理讲师,能源工程。