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行业知识

低氮生物质燃烧机改造及应注意的问题

低氮生物质燃烧机改造及应注意的问题

    摘要:介绍了对锅炉进行低氮生物质燃烧机改造的设计思想、燃烧调试过程及运行中发生的问题,提出了今后低氮生物质燃烧机改造中应改进的方向。实践表明:分级送风技术可以抑制NO,的生成,但主燃烧区过量空气系数的降低也会影响锅炉热效率,两者必须综合平衡地考虑。

    远几年国家颁布了新的环保标准,对电站锅炉的NO,排放指标更加严格。为此桐乡濮院协鑫环保热电有限公司对90 t/h煤粉锅炉进行了低氮生物质燃烧机改造,收到了良好的效果。

1  锅炉概况

    锅炉为SG-9 015.3-M499型次高压、单锅筒、自然循环汽包炉;设计煤种为烟煤;制粉系统为中间仓储式、热风送粉、正四角直流式生物质燃烧机。

    原燃烧方式为正四角切向燃烧,燃用烟煤。采用二层一次风集中布置,热风送粉,喷口布置自上而下顺序为三、二、二、一、一、二。生物质燃烧机法兰中心标高为8 655 mm。下排二次风布置了油枪,作为点火及低负荷稳燃和冲管用。在燃用设计燃料时,50%以上负荷可不投油稳燃。

    生物质燃烧机设计参数:一次风温159℃,一次风率25%;二次风温约295℃,二次风率55%;三次风温60℃,三次风率20%。

    原锅炉烟气排放的NO,质量浓度为780~820 mglm:3,同时存在炉内结焦现象。为了降低改造投资,主要进行低氮生物质燃烧机改造。

2  低氮生物质燃烧机改造方案

    NO,主要有燃料型、热力型及快速型三种‘1]:燃料型Nn生成量约占60%~80%,是低Nn生物质燃烧机控制的主要对象;其次是热力型NO,,主要由于炉内局部高温造成,其生成量约占10%~15%,应采用适当措施加以控制;而快速型NO,生成量很少。在锅炉燃烧中采取的控制措施主要降低燃料型及热力型的NO。生成。

Z 1结构与布置

    90 t/h锅炉采用低NO,生物质燃烧机,生物质燃烧机的喷口重新进行布置,自上而下的顺序为二、二、三、二、一、二、一、二;新命名为F层、E层、D层、C屡、B层、AB层、A层、Y层。生物质燃烧机法兰中心标高为8 655 mm。下排二次风口内布置了油枪。

22燃烧区域分类

    采用分级燃烧方法,将炉膛自下而上的分成三个燃烧区域,分别为主燃烧区、再燃区和燃尽区。

2.2.1主燃烧区

    主燃烧区域由A层和B层煤粉喷嘴和相邻的上下二次风喷嘴(Y层和C层)组成。

    在此区域内采用了低过量空气系数方法,使燃烧尽可能在接近理论空气量的条件下进行。随着烟气中氧气体积分数j5( 02)的减少,从而抑制NO,的生成。在此阶段,将从主生物质燃烧机供入炉膛的空气量减少到总助燃空气量的60%-70%,使燃料先在(缺氧的)富燃料条件下燃烧,过量空气系数取a<l,因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。这不但延迟了燃烧过程,而且在还原性气氛中降低了生成NO,的反应率,抑制了NO,的生成量。但是如果炉内氧气质量浓度过低,会造成煤粉质量浓度急剧增加,增加化学不完全燃烧热损失,引起飞灰含碳质量分数增加,燃烧效率下降。因此在锅炉设计和运行时,应通过调节装置选取最合理的过量空气系数。

    同时对一次风煤粉喷嘴的布置和结构重新进行设计,提高喷嘴出口处局部的煤粉质量浓度.增强喷嘴出口煤粉与空气接触的面积和气流卷吸热烟气的能力。保证煤粉气流在低氧状况下的着火能力,抑制燃料型Nn的生成。A层和B层煤粉喷嘴的四周增加有周界风,当煤种变化时可以调节周界风量来控制煤粉的着火时间。

    底部的Y层喷嘴(安装了点火和稳燃用的油枪),通常作为二次风喷嘴,能托住煤粉,防止掉粉。

    中间的AB层二次风喷嘴用于调节燃烧时的空气量,采用低氧燃烧时可以全关。为了有效地降低NO,排放质量分数,主燃区是关键,必须将煤粉喷嘴集中布置,使煤粉集中燃烧。

2.2.2再燃区域

    再燃区域由C层和D层喷嘴组成。

    C层二次风喷嘴用于调节燃烧中期的空气量,其风门开度可根据燃烧的需求进行控制,采用低氧燃烧时可以关小风量。

    D层喷嘴作为三次风喷嘴,采用可以上下摆动的结构,根据燃烧情况改变喷射的角度和控制再燃区域的j5(O:),来降低NO,的生成。

    在此区域应利用调节空气和燃料量的方法,达到分级燃烧的目的,使燃料的燃烧过程分阶段完成。这一方法弥补了一级主燃烧区域的低过量空气燃烧的缺点。在第一级燃烧区内的过量空气系数越小,抑制N07生成的效果越好;但不完全燃烧产物越多,导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此为保证既能降低Nn质量分数,又能保证锅炉燃烧的经济性和可靠性,将部分燃料(其余15%-20%的燃料)送入主生物质燃烧机上部的二级燃烧区(再燃烧区),在a<l的条件下形成很强的还原性气氛,使得在一级燃烧区中生成的NO,在二级燃蛲区内被还原成N:。在再区域(送入二级燃烧区的燃料又称为二次燃料,或称再燃燃料),不仅使已生成的NO,得到还原,还抑制了新的N旺的生成,使NO,质量分数进一步降低。通过调试,采用燃料分级可使NO,质量分数降低50%以上。

2.2.3燃尽区域

    燃尽区域由E层和F层喷嘴(即SOFA喷嘴)组成。

    将E层和F层喷嘴与主生物质燃烧机拉开一定的距离,即在再燃区的上面布置二次风喷口,形成第三级燃烧区域,以保证再燃区中未完全燃烧产物的燃尽。设计的生物质燃烧机喷嘴可以单独上下摆动,又可水平摆动,使喷嘴出口的空气既可以控制喷射进入燃烧区域的方向和时间,又可以调整燃烧旋转气流的大小,还可以调节喷射气流的大小,增加了燃烧调整的手段。

    SOFA喷嘴的上下摆动非常重要,可对炉内火焰中心标高进行调整,同时能保证碳的及时燃尽;SOFA水平摆动可以消旋,在锅炉运行中对调节炉膛出口的烟温偏差作用明显。

2.3一、二次风采用正、反切圆

    为了更好地达到降低NO,排放质量浓度的效果,在主燃烧区域采用了一、二次风正、反切圆的技术,其主要作用是:

    (1)将一次风煤粉气流与二次风气流相差一个角度喷入炉膛,使煤粉及时地进入高温区着火,实现低氧燃烧,可有效抑制烘烧初期的NO,生成,增加煤粉颗粒在炉膛内的停留时间。利用一、二次风射流方向的差异,加大煤粉燃烧中后期与空气的混合,降低飞灰可燃物质量分数。

    (2)已着火的煤粉气流被二次风卷吸,进入主气流旋转方向,使之能得到大量的O。补充,正好达到分级燃烧的目的。

    (3)由于二次风气流的切圆大,可在锅炉炉膛的四周形成一圈氧化性气氛,对防止结焦和防止炉膛水冷壁的高温腐蚀极为有利。

3  热态调试及结果

    低NO,燃烧试验于2013年2月进行。在锅炉调试运行中首先关闭A层和B层煤粉喷嘴的周界风,并且关小AB层二次风(采用低过量空气系数),使主燃烧区域的燃烧过程尽可能在接近理论空气量(d<1)的条件下进行;随着烟气中过量氧的减少,就抑制了NO,的生成。

    然后对C层二次风喷嘴的风门开度进行调节,主要是控制再燃烧区域的j5(O:),同时对D层三次风煤粉喷嘴进行摆动调节,控制喷嘴气流的喷射方向和时间,调整燃烧区域的温度和再燃烧的时间,使部分已生成的NO,被还原。

    其次对E层和F层二次风( SOFA)喷嘴的风门开度进行调节,主要是控制燃尽区域的j5(O:)。通过调整发现:要降低N(),质量浓度,E层和F层SOFA风门开度对燃烧的影响很犬,关小SOFA风门时,NO,质量浓度增加;开大E层和F层风门挡板时(开度>80%)可以降低NO,质量浓度,曾经使NO,质量浓度降低到200 mglms以下。

    通过低氮生物质燃烧机改造后,锅炉运行中基本上可以将NO,质量浓度控制在250 mg/m3以下。

    在低氮生物质燃烧机改造之后的锅炉运行中,炉膛出口的两侧烟温曾经出现偏差较大(大于60 K),这是由于燃烧切圆的旋转残余力矩大而引起的。通过调整顶部二次风喷嘴的喷射方向进行反切消旋后,降低了炉膛出口的两侧烟温偏差(在30 K内)。

4  结语

    低氮生物质燃烧机改造之后,在锅炉运行中发现:在第一级燃烧区内的过量空气系数越小,抑制NO。的生成效果越好,但不完全燃烧产物越多,会导致燃烧效率降低、引起结焦和腐蚀的可能性增大。因此为保证既能减少N O]的排放,又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性,必须正确组织空气分级送风的过程,不能片面追求NO,的降低。

    对于不同的煤种,燃烧条件的不同、锅炉负荷的不同、燃烧温度的变化、所需的空气量不同,NO,的生成量将会变化,所以锅炉运行操作应该相应地变化,而降低NO,生成量的方法主要还是靠燃烧调整。在本次低氮生物质燃烧机改造中还增加了许多新的调节功能,如改善二次风门的调节装置、喷嘴的水平和上下摆动功能,增加周界风等,都是为了方便调控。

    在锅炉运行中三次风对燃烧的影响很大,关掉或减少三次风时,炉膛的燃烧和排放就会得到改善,增大三次风时就会使炉膛出口烟温升高,这是因为三次风中的煤粉使锅炉炉膛的燃烧延长,在今后的改造中将进一步研究和改进三次风喷嘴的设计布置,以达到更好的效果。

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点击次数:  更新时间:2018-07-01 20:14:50  【打印此页】  【关闭