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行业新闻

低NOx生物质燃烧机在燃煤锅炉中的应用与前景

低NOx生物质燃烧机在燃煤锅炉中的应用与前景

摘要  当前国内燃煤发电站运行过程中产生的大量NO。是大气污染的主要因素之一,因此,燃煤发电锅炉采用低NO。生物质燃烧机是降低NO。排放的最经济有效措施。分析了NO。成因、影响因素和降低方法,介绍了我国燃煤常规电厂目前使用的几种低NO。生物质燃烧机的各自特点,并分析了低NO。生物质燃烧机的应用前景。

  1  前吾

  燃煤电站锅炉排烟中N0。会形成光化学烟雾,破坏生态环境,恶化人们赖以生存的生活环境。至2000年底,燃煤电站锅炉排入大气中的NO。达SXl06t,随着生活水平的提高,人们逾来逾重视生活的环境质量,环保要求也在不断地提高,这就迫使燃煤电厂必须在降低污柒物排放上采取措施,否则将要面临巨额罚款,甚至是停产的窘境。因此,从燃煤电厂角度考虑,必须大力推进低NO。燃烧技术。

  2 NOx成因和影响因素

  国外近十几年中,在降低NOx排放方面进行了大量的试验研究工作,取得了不少成功的经验。已形成的共识是,燃煤电厂燃烧过程中生成的NO。与煤质特性、燃烧方式、生物质燃烧机设计和布置等因素密切相关。因此,在煤质特性无多大改变时,采取先进的燃烧方式和改变运行条件已成为十分必要的手段。

    2.1 NO。成因

    煤燃烧过程中产生的NO。主要是NO和N02统称为N0。)以及少量N20。目前燃煤电厂常规燃烧方式下生成的NO。中,NO占90%,N02占5%~10%,N20只占1%左右,因此,NO。排放主要由N0决定的。NO生成分为热力NOcrhermal NO)与燃料NO FuelNO)。热力NO与温度有关,当温度低于1350℃时,几乎不生成热力NO。燃料NO取决于煤粉颗粒在火焰中的热力与化学特性。燃料NO形成包括挥发性NO与焦炭性NO两种途径:挥发性NO是中间性挥发物如NH3和HCN)通过同相氧化反应生成,在煤析出挥发分时析出;焦炭性NO是由残存焦炭在火焰后区域燃烧,通过“异相氧化”反应产生。

    2.2  生成NO。的影响因素

    (1)挥发份对NO。生成的影响

    煤的挥发份越高,燃料中氮向气相释放的量越大,相应地,气相氮向生成NO。的转化量越多,而且这种转化也越快。

    (2)氧对NO。生成的影响

    燃烧中过量空气越多,燃料中氮的转化率越大,这一趋势在高温和较大初始含氧量时尤为明显。

    鸯)火焰最高温度对N0。生成的影响

    对于高挥发份煤,火焰温度越高,燃料中氮的转化率越大,而对于低挥发份煤,火焰温度高低,对燃料中氮的转化率影响不大。

    4)燃料含氮量对NO。生成的影响

    含氮量越高,燃料中氮向气相释放的量越低,在过量空气越多、火焰温度越高时,这种负效应越明显。

    国外Ken Okazaki等学者采用多变量回归法,导出了计算燃料氮生成NO。的经验公式[2]:

    CR=-0.407 - 0.128N  +3.34xl0-4y2(九-1)+5.5 xl0-4 Tm。。+3.50xl0-3Ro:式中:CR为转化卒,表示燃烧过程中最终生成的NO浓度与燃料中氮全部转化为NO时浓度之比;Ⅳ为燃煤中氮含量;矿为燃煤中挥发份含量;九为氧与燃料化学当量比;Tmax K)为炉膛火焰最高温度;Ro:为空气中初始含氧量。

    从以上分析中,不难发现,对NO。生成产生影响的主要因素是燃煤中挥发份含量、氧与燃料化学当量比、火焰温度和空气中初始含氧量。依据对NO。成因的分析,进行有针对性的措施,可以大幅度降低NO。排放。目前燃煤电厂所排放的NO。主要是由燃料NO生成,而其中挥发性NO占大多数富氧时达60%以上)。因此,降低NO。排放,主要是控制燃料NO的生成。

  3  降低NOx的措施

  从NO。成因和影响因素来看,降低NO。的措施大致可相应采取如下方式:

    Ⅱ)选择低挥发份煤可在一定程度上降低N0。,但受到锅炉对煤种适应范围的限制;

    Q)进行低氧燃烧,但不能影响锅炉热效率;鸯)降低火焰温度,但不能影响锅炉燃烧稳定性和燃烧效率;

    4)烟气净化例如脱硝装置),但其投资、运行费用高。老机组改造则存在场地布置困难的问题。

    综合以上措施可以推断,如果可选择煤种,则可以在适量范围内考虑到挥发份和含氮量高低对NO。生成的影响;如果可选择炉型,则采取IGCC是一种有效的方向;如果是新机组投运或老机组改造,则采取基于低氧燃烧基础上的各种生物质燃烧机设计方案将是切实可行和有效的措施。而后者是最常遇见和最易于实施的,其具有初投资少且基本不增加运行费用等诸多优点。当前低NO。燃烧技术包括低氧燃烧、分级燃烧、浓淡分离等技术措施。归根到底,这些低NO。燃烧技术都是力求在挥发份析出和燃烧初期,促进煤粉气流与热烟气尽快混合,以创造局部低氧环境。在局部低氧环境中,前期生成的NO也可在焦炭燃烧阶段再被还原成为N2。通过这种“抽薪降火”的办法,可以大幅度降低NO。排放。低NO。生物质燃烧机可将这一设想变成现实,由于低NO。生物质燃烧机投资小、见效快、适应性好,目前在电厂中正逐步得到广泛应用。

  4  低NOx生物质燃烧机分类

  低NO。燃烧是以确保运行经济性不降低锅炉效率)和安全性不结焦)为前提的。目前我国燃煤电站锅炉采用的低NO。生物质燃烧机按其出口流动特性可分为直流式与旋流式两大类。

    4.1  直流式煤粉生物质燃烧机

    (1)带顶部燃烬风OFA)昀整体分级低NO。生物质燃烧机

    通过将15%的二次风从顶部燃烬风口送入,达到减少下部含氧浓度,由ABB-CE公司研制。华能福州电厂等安装此种生物质燃烧机。

    (2)低NO。同轴生物质燃烧机

    二次风向外偏转一角度,形成二次风包裹一次风的局面。依旋转方向,可分为LNCFS-I型卜二次风同向旋转)和LNCFS- II卜二次风反向旋转)型,由ABB-CE公司研制。华能石洞口二厂安装LNCFS-I型生物质燃烧机,吴泾热电厂、外高桥电厂等安装有LNCFS- II型生物质燃烧机。

    (3)低NO。同轴改良型生物质燃烧机

    一次风对冲,中下层二次风同向偏转,顶部燃烬风反向偏转降低残余旋转,由上海锅炉厂研制。陕西渭河电厂300 MW机组、吴泾热电厂600 MW机组、闵行电厂9号机组等安装此种生物质燃烧机。

    (4)  PM Pollution Minimum)型低NOx生物质颗粒燃烧机

    采用垂直方向上分别布置浓、淡生物质颗粒燃烧机,由日本三菱公司研制。山东黄台电厂等安装此种生物质颗粒燃烧机。

    4.2  旋流式煤粉生物质颗粒燃烧机

    (1) WB型双调风旋流低NO。生物质颗粒燃烧机

    一次风位于中心,外圈有两圈二次风内外调节风),由B&W公司研制。华能南通第3期    叶铭等:低NO,生物质颗粒燃烧机在燃煤电站锅炉中的应用与前景    163电厂、河北西柏坡电厂等安装此种生物质颗粒燃烧机。FW公司研制的CF/SF型低NO。生物质颗粒燃烧机亦属此类。山东邹县电厂、日照电厂等安装此种生物质颗粒燃烧机。

    (2) WSF型双调风旋流低NO。生物质颗粒燃烧机

    这种生物质颗粒燃烧机是WB型的改良,其特点是增大内二次风流量,外圈二次风配置旋流叶片,适用于劣质烟煤,由B&W公司研制。陕西蒲城电厂等安装此种生物质颗粒燃烧机。

    (3) PAX双调风旋流低NO。生物质颗粒燃烧机

    用于低挥发份煤燃烧,90%煤粉、50%乏气和部分二次风在中心送入C次风可提高风粉混合温度),剩余10%煤粉、乏气及二次风从外侧进入炉膛,由B&W公司研制。华能上安电厂等安装此种生物质颗粒燃烧机。

    除此之外,国外还有德国Steinmueller公司SM型、B&W公司DS型、RS型等众多形式的低NO。生物质颗粒燃烧机。

  5  低NOx生物质颗粒燃烧机应用前景展望

  虽然低NO。生物质颗粒燃烧机的使用在我国正得到逐步的重视,但仍有相当大数量的燃煤锅炉还采用常规生物质颗粒燃烧机,即便是使用了低NO。生物质颗粒燃烧机的电厂,也有相当一部分未充分发挥低NO。生物质颗粒燃烧机的作用,国内目前300 MW以上机组中有相当大一部分NO。排放超标。随着我国环保要求越来越严格,如何降低这部分太机组的NO。排放水平己迫在眉睫。随着国家电力建设和生产政策的调整,今后将有一大批电站燃煤老机组面临改造,改造时势必将采取一系列具有针对性的低NO。燃烧方式,力图有效地将NO。排放降下来。可以预见低NO。燃烧理念将贯穿电站燃煤老机组改造的始终。因此低NO。燃烧技术的使用和发展即将进入一个高峰期。

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点击次数:  更新时间:2017-11-26 20:52:09  【打印此页】  【关闭