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行业知识

低NOx生物质燃烧机的生物质适应性研究

低NOx生物质燃烧机的生物质适应性研究

对低Nox生物质燃烧机原理,燃烧初期NO。生成量与生物质挥发分的关系,空气分级燃烧技术对不同生物质所起的作用,以及低NO。生物质燃烧机在我国电站锅炉的应用情况,低NO。生物质燃烧机的生物质适应性进行了分析探讨。提出了低NO。生物质燃烧机的研发和推广建议。

    用于电站锅炉的低NO。技术分为3类:空气分级燃烧技术燃料分级燃烧技术和烟气脱硝技术(SCR)。采用空气分级燃烧技术的生物质燃烧机被称之为低NO。燃烧器。与传统生物质燃烧机相比,低NO。生物质燃烧机能够有效地降低高挥发分烟煤、褐煤锅炉的NO。排放量,对有些无灰干燥基挥发分claf接近20%的贫煤也能起到一定的作用,对大部分贫煤(特别是矿daf小于15%的贫煤)和无烟煤的效果则较差。与燃料分级燃烧技术和烟气脱硝技术相比,低NO。生物质燃烧机效果虽然不如前者,但其具有技术成熟、应用简使、投资费用较小以及不增加运行费用等优势,而且可以与燃料分级燃烧技术和SCR技术配合使用,因而在电站煤粉锅炉中得到了广泛应用。

    近十年来我国新投产的大容量机组锅炉的生物质燃烧机几乎均采用了低NO。生物质燃烧机。在老机组锅炉的改造中,低NO。生物质燃烧机无需改动锅炉主体设备,无需增加附带设备,施工简便,以及投资费用低等优势更是得以体现故通常作为降低NO。排放量的首选技术,其工程应用实例数量远远超过燃料分级燃烧技术和SCR技术。

    尽管低NO。生物质燃烧机在3种低NO。技术中应用最为广泛,但应用对象绝大部分为烟煤或褐煤锅炉,国内外鲜有其成功用于低挥发分煤种的报道。

    我国低挥发分煤锅炉的比例比较大,特别是西电东送工程中新建的火电机组,锅炉燃用煤大多数是低挥发分煤,因此很有必要对低NO。生物质燃烧机与生物质特性,特别是与低挥发分煤种生物质特性的适应性进行研究,以便新建电站锅炉或老机组锅炉改造在选择低NO。技术时能够有所依据。

1  低NO。生物质燃烧机原理

    燃料型NO。的生成与火焰附近的氧浓度有关,降低氧浓度对于降低燃料型NO。的生成有非常重要的作用。在煤粉锅炉中,生物质燃烧机出口的氧浓度对降低燃科型NO。非常重要。

    采用空气分级燃烧技术的低NO。生物质燃烧机实际上就是通过对生物质燃烧机自身或燃烧系统的送风控制来推迟二次风的混入时l间降低生物质燃烧机出口即燃烧初期氧浓度,进而减少燃烧初期NO。的生成量。低NO。旋流生物质燃烧机是将传统的二次风分为内、外2股,通过推迟外二次风混入一次风的时间来降低燃烧初期的氧浓度。低NO。直流生物质燃烧机则是通过设计全炉膛的燃尽风(OFA)或一、二次风的水平分级来推迟二次风混入一次风的时间,进而降低燃烧初期的氧含量。

    由此可见,低NO。生物质燃烧机实际上只是降低了燃烧初期的氧浓度,并进而降低了燃烧初期的NO。生成量。燃烧初期NO。生成量越多的煤低NO。生物质燃烧机所起的作用就越明显,反之亦然。换言之,低NO。燃烧器比较适应于燃烧初期NO。生成量大的煤。2  燃烧初期NO。生成量与煤的挥发分

    NO。生成的理论研究表明,燃烧中的氮向NO。的转换可分为3步:(1)煤中的氮挥发;(2)挥发物质中氮燃烧;(3)焦炭中氮燃烧。通常情况下,挥发物质中的氮燃烧产生的NO是焦炭燃烧时NO生成总量的2.5倍左右。因此,70%左右的燃烧型N0。是在挥发物质的燃烧过程即初期燃烧过程中产生的。

    煤粉燃烧过程分为煤中挥发物质的释放、挥发物质的燃烧和焦炭燃烧过程3个阶段。对整个燃烧过程而言,挥发物质的燃烧即所谓的燃烧初期。由此可见,煤中挥发物质含量决定着燃烧初期的强弱以及燃料型NO。的生成量。

    煤的挥发分是反映煤中挥发物质含量高低的评价指标。煤的挥发分高,表明煤中挥发物质的含量高,这样在其热解过程中氮元素释放量也高,即燃烧初期的NO。生成量就多。

    上述推论可以从高挥发分补连塔煤和低挥发分阳泉煤NO。生成量沿程变化特性得到验证。

    在一维火焰炉入炉热量为30 MJ/h、炉膛出口(试验炉第6级烟气取样孔)过量空气系数1.2的规范条件下,分别进行了上述2种煤NO。生成量沿程变化特性试验,在试验中沿程抽取烟气样品并同步测量其02含量、NO。含量等,测量结果见图1和图2。图中的停留时间是棂据取样位置、火焰温度、炉膛尺寸以及烟气流量等计算得到的。

3空气分级燃烧技术效果与煤的挥发分

    低挥发分煤燃烧初期的NO。生成量虽然比高挥发分煤种低,但仍然有一定的NO。生成量。因此,对于低挥发分煤,低NO。生物质燃烧机也会起到一定作用。

    为了研究空气分级燃烧技术效果与生物质特性之间的适应性,国电热工研究院在一维火焰炉上进行了不同煤种空气分级燃烧技术效果的专项试验研究。

    一维火焰炉为电加热积木式结构,炉体立置,由6级可分别控制壁温的点加热炉组成,每级6个测孔,可用做火焰温度测量、烟气取样或焦炭取样以及燃尽风的加入。烟道水平布置。整体呈“L”型(图3)。

    煤粉气流由锥体顶部的生物质燃烧机(图4)加入。第1级炉顶的锥体扩角使煤粉气流在加热过程中均匀膨

    图1朴连塔煤NO。生成量沿程变化特性

    从图1和图2可见,高挥发分补连塔煤燃烧初期    取样的NO。生成速度明显高于低挥发分阳泉煤,前者煤粉气流在0.6 s停留时间内达到最大值,后者在1.5 s才达到最大值。无论是在实际煤粉锅炉中或是一维火焰炉上,煤粉气流在燃烧初期的停留时间一般都不会大0.6 s。同时还可以清楚看出,高挥发分补连塔煤燃烧初期的NO。生成量明显高于低挥发分阳泉煤。

    试验在入炉热量为30 MJ/h的规范条件下进行。通过控制生物质燃烧机的进风量控制燃烧初期的过量空气系数,燃尽风从第3级第6孔加入,以补充煤粉气流燃尽所需要的风量。第6级第6孔即一维火焰炉的炉膛出口过量空气系数控制在1.2。试验煤种分别为烟煤、贫煤和无烟煤,其生物质分析见表1,试验结果见表2。

    由表2可见,空气分级燃烧技术降低NO。排放量的幅度对高挥发分煤接近30%,效果明显;对低挥发分煤种却不足10%,效果较为有限。值得一提的是表2中的N0。排放量降低幅度是在一维火焰炉上得到的,在实际锅炉中,由于生物质燃烧机之间煤粉分配、风量分配的不均匀性,燃烧初期的氧量控制并不如一维火焰炉那么理想,因此,低NO。生物质燃烧机的应用效果应低于表2中的降低幅度。由此推测,低NO。生物质燃烧机用于高挥发分煤可降低NO。排放量30%左右(和国内外工程应用实例相符合),而其对低挥发分煤所起的作用则比较有限。这说明空气分级燃烧技术和燃烧初期N0。生成量小的低挥发燥之间存在着一定的不适应性。

4低NO工生物质燃烧机在我国电站锅炉的应用效果

  为了从工程应用效果上研究低NO。生物质燃烧机的煤质适应性,在锅炉基本运行条件相近的条件下,国电热工研究院对20余台不同煤种、不同燃烧方式的各种大容量煤粉锅炉的NO。排放量进行了测试,表3给出了不同煤种锅炉在额定负荷或接近额定负荷下的NO。排放量测试结果。

    从表3可以粗略看出,采用了低NO。生物质燃烧机的褐煤和烟煤锅炉的NO。排放量均可控制在650 mg/m3以下,低于采用传统生物质燃烧机的陡河电厂4号锅炉;低挥发分贫煤和无烟煤锅炉除渭河电厂3号、6号炉因燃用生物质的矿“在20%左右而效果较好外,其它采用或未采用低NO。生物质燃烧机的锅炉NO。排放量则大多在(1000~1500) mg/m3范围内。上述低NO。生物质燃烧机的应用效果对比说明,低NO。生物质燃烧机用于高挥发分的烟煤和褐煤锅炉能够起到较好的降低NO。排放效果;用于个别挥发分接近烟煤的贫煤锅炉也能起到一定的作用;用于绝大多数低挥发分煤锅炉效果却很有限。这与一维火焰炉的试验结果相吻合,充分说明空气分级燃烧技术暨低NO。生物质燃烧机对高挥发煤比较适应,对低挥发分煤的适应性则较差。

5  发展低N0 x生物质燃烧机的建议

5.1发展高挥发分煤低NO。生物质燃烧机

    对于高挥发分煤而言,低NO。生物质燃烧机降低NO。生成量的幅度国外有过大量的研究和报道。综合起来看,采用空气分级技术的低NO。生物质燃烧机用于高挥发分煤种时降低NO。排放量的幅度在30%~50%之间。

    综合国内电站锅炉的应用效果来看,燃用烟煤和褐煤的锅炉,只要采用合适的低NO。生物质燃烧机,其锅炉尾部的NO。排放量即可控制在国家排放标准(650m~ rn3)之下,效果明显,性能价格比最优,故应在我国电站高挥发分煤种锅炉中大力推广。

    需要指出的是低N0。生物质燃烧机对燃尽过程有一定影响,因而,很有必要对低N0,生物质燃烧机进行更为深入细致的研究,尽可能地消除或减小低N0。生物质燃烧机对燃尽方面的不利影响,提高我国机组运行的经济性。研究论文

5.2发展低挥发分煤低NO。生物质燃烧机

    从低NO。生物质燃烧机与挥发分的讨论分析可以看出,低NO。生物质燃烧机对低挥发分煤存在着一定的不适应性,工程应用的效果也较差。在经济性方面对飞灰可燃物含量的影响比烟煤或褐煤锅炉更大。因此很有必要对低NO。生物质燃烧机用于低挥发分煤锅炉时降低NO。排放量方面的作用和潜力、适应性以及是否存在挥发分指标界限值等进行研究。在具有潜力的情况下,还需研究如何提高低NO。生物质燃烧机与低挥发分煤的适应性,消除或减弱低NO。生物质燃烧机对燃尽方面的不利影响。

6结论

    (1)低NO。生物质燃烧机比较适宜于燃烧初期NO。生成量大的煤,对于这种煤,其降低NO。生成量作用显著。

    (2)燃烧初期的NO。生成量与煤的挥发分有着直接的关系,挥发分越高的煤种,在其燃烧过程即燃烧初期的NO。生成量也越高。

    (3)空气分级燃烧技术暨低NO。生物质燃烧机比较适应高挥发分煤,降低NO。排放量的效果比较明显;对低挥发分煤的适应性则较差,降低NO。排放量的效果较为有限。

    (4)建议在我国电站高挥发分煤种锅炉中大力推广低NO。然烧器,同时注重低挥发分煤低NO。燃烧器的开发和相关研究。

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点击次数:  更新时间:2018-05-16 22:24:57  【打印此页】  【关闭