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重油燃烧器的置放与NOx释放之间的关系

2020/4/21 22:06:49发布141次查看

若要通过低nox空气分级燃烧技术进一步降低燃煤锅炉的nox排放量,特别是低挥发分煤种锅炉的nox排放量,就必须有效控制一次风粉燃烧器区域的氧量和火焰温度,使煤粉气流在炉内形成以空气分级燃烧和深度燃料分级燃烧为特征的主燃烧区域。实现这一燃烧理念切实可行的技术措施是采用低nox燃烧技术+贫煤型燃烧器布置方式,该技术措施既可用于低挥发分燃煤锅炉,也可用于高挥发分燃煤锅炉。
重油燃烧器布置与nox排放(1)烟煤型燃烧器锅炉,由于其一、二次风喷口间隔布置,一次风粉射流进入炉膛后,除卷吸炉内高温烟气外,还会有一定量的二次风(同角上下层)混入。重油燃烧器初期所需的氧量供给除了一次风外,还有一部分二次风,因此其燃烧初期的氧浓度相对较高;贫煤型燃烧器锅炉,由于其一次风喷口两两集中(或3个集中)布置,一次风粉气流射入炉内后混入的二次风量与烟煤型燃烧器锅炉相比至少减少了一半以上(3个一次风喷口集中布置时,夹在中间的一次风粉喷口几乎卷吸不到二次风),因此其燃烧初期的氧浓度相对大大降低,从而使初期生成的燃料型nox大大降低。
(2)由于氧量供给的差异,贫煤型燃烧器煤粉气流的初期燃烧属于相对严重的缺氧燃烧,燃烧产物呈现出很强的还原性气氛。加之上层一次风粉喷口的煤粉气流对于其紧邻下层喷口的煤粉气流而言,在一定程度上相当于50的再燃燃料,从而加剧了该区域nox还原反应的发生;烟煤型燃烧器煤粉气流的初期燃烧则属于微缺氧或富氧燃烧,燃烧产物的还原性气氛较弱,更无燃料分级燃烧的还原作用产生,因此其锅炉的nox排放量相对较高。
  (3)贫煤型燃烧器锅炉燃烧器区域煤粉气流的燃烧过程具有明显的空气分级燃烧和深度燃料分级燃烧的特征(常用燃料分级燃烧的再燃燃料一般为20),低的nox生成速率和较高的nox还原率使其锅炉nox排放量大大降低。
  (4)大容量切圆燃煤锅炉采用的全炉膛分级燃烧技术(设置燃尽风即ofa喷口)或水平分级燃烧技术(一、二次风不同切圆布置)都是为了降低燃烧初期氧浓度,在降低燃料型nox方面起到了一定的作用,但其燃烧器布置几乎都是烟煤型,这种布置方式在一定程度上抵消了低nox空气分级燃烧技术的作用,从而使低挥发分大容量燃煤锅炉的nox排放量高于中小容量燃煤锅炉。
  运行实例及分析列出国内3个电厂的3台锅炉nox排放量及其影响因素。锅炉制粉系统均为热风送粉,其中fjya电厂5号和hnjz电厂1号锅炉的燃烧器布置为典型的贫煤型,未采用任何低nox燃烧技术;hnxt电厂10号锅炉布置了ofa喷口,燃烧器布置方式为烟煤型。燃烧器布置方式中1、2、3分别代表一、二次风和三次风喷口,排列顺序从下至上。
  上述3台锅炉均燃用低挥发分煤种,fjya电厂5号炉燃煤无灰干燥基挥发分低,其它2台锅炉燃煤的挥发分则比较接近,且比前者高出近10.从炉膛结构参数看,fjya电厂5号炉的数值高,其次为hnjz电厂1号炉,hnxt电厂10号炉则低。从煤种和炉膛结构参数看,fjya电厂5号炉的nox排放量应高,hnxt电厂10号炉应低,但实际情况却恰恰相反。由此可见,造成上述现象的主要原因并非煤种和炉膛结构参数,而应与燃烧器功率和燃烧器的布置方式有关。
  燃烧器功率越高,其锅炉的nox排放量就越高,反之亦然。fjya电厂5号炉的燃烧器设计功率小,其nox排放量理应低于另2台锅炉。加之该炉采用的贫煤型燃烧器布置方式对抑制煤粉气流初期燃烧的nox生成非常有利,且有很强的nox还原作用,其影响幅度可能超过燃烧器功率的影响,这一点从所示的几台锅炉nox排放可得到进一步证明。
  中gslc电厂1号炉为乏气送粉,其它2台锅炉为热风送粉。从燃煤看,fjya电厂5号炉为难燃无烟煤,hnkf电厂4号炉为难燃贫煤,gslc电厂1号炉为易燃烟煤;从炉膛结构参数看,hnkf电厂4号炉高,其次为fjya电厂5号炉,gslc电厂1号炉低;从燃烧器功率看,3者相同。单从以上这三方面看,hnkf电厂4号炉的nox排放量应高,其次为fjya电厂5号炉,gslc电厂1号炉应低,但实际情况恰恰相反。
  大、中小容量燃煤锅炉差异与nox排放大容量和中小容量燃煤锅炉的主要差异为:(1)前者炉膛结构参数取值通常都低于后者;(2)前者大多采用了各种低nox燃烧技术,而后者未采用;(3)前者燃烧器功率都高于后者;(4)前者燃烧器布置方式多为烟煤型,后者则多为贫煤型;(5)大容量燃煤锅炉和高挥发分煤切圆燃烧锅炉的制粉系统多为直吹式,中小容量低挥发分煤锅炉则多为中贮式热风送粉。
  前2项差异有利于降低大容量燃煤锅炉的nox排放量,而后3项差异则使其nox排放量增大。从低挥发分燃煤锅炉的nox排放情况看,(3)、(4)项因素或后3项的影响幅度超过了前2项。对于高挥发分煤种而言,不存在后2项差异,不利的因素是燃烧器功率偏大。从高挥发分燃煤锅炉的nox排放情况看,前2项差异的影响幅度超过了燃烧器功率的影响。这是在采用低nox空气分级燃烧技术后,高挥发分煤种锅炉nox降低效果比较明显,而低挥发分煤种效果不明显的主要原因。
  低挥发分大容量燃煤锅炉nox排放量高于中小容量锅炉的主要原因是前者煤粉气流初期燃烧过程的氧量浓度高于后者。以大容量烟煤型燃烧器锅炉与全炉膛空气分级燃烧技术组合和中小容量锅炉一次风粉喷口两两集中布置为例,前者的ofa风量通常占总风量的20左右,燃烧器区域的过量空气系数在1.0左右,一次风粉射流通过其4个表面在燃烧初期卷吸的二次风量为其卷吸总量的1/2左右(2个面卷吸烟气,2个面卷吸二次风)。后者虽然无ofa风量设置,但有三次风喷口,因而燃烧器区域的过量空气系数也在1.0左右,大不会超过1.1,一次风粉射流通过其4个表面卷吸的二次风量为其卷吸总量的1/3左右(3个面卷吸烟气,1个面卷吸二次风),其烟气中的含氧量与前者相比不会高出3.由此对比可清楚看出,前者初期燃烧的氧浓度大于后者。再加上燃烧器功率的差异,使得后者煤粉气流燃烧初期的火焰温度相对较低,这是前者锅炉nox排放量高于后者的实质所在。
  结论(1)切圆燃烧锅炉燃烧器布置对nox排放的影响很大,烟煤型燃烧器布置初期燃烧氧量供给相对充足对抑制nox生成明显不利,贫煤型燃烧器布置因初期燃烧氧量供给相对较少有利于抑制nox生成。(2)低挥发分大容量燃煤锅炉燃烧器布置多采用烟煤型,中小容量燃煤锅炉多采用贫煤型。贫煤型燃烧器布置方式和较低的燃烧器功率对抑制nox生成明显有利,这是低挥发分大容量燃煤锅炉在采用低nox燃烧技术后,其nox排放量仍高于中小容量燃煤锅炉的原因所在。(3)低nox燃烧技术+贫煤型燃烧器布置方式可进一步降低现代大容量燃煤锅炉的nox排放量,既可用于低挥发分燃煤锅炉,也可用于高挥发分燃煤锅炉。
我国中小容量燃煤锅炉nox排放量大多在1000mg/m3左右,大容量切圆燃烧锅炉的nox排放量因煤种不同差异较大,而燃用低挥发分煤种锅炉的nox排放量多在1000mg/m3以上,燃用高挥发分煤种锅炉可控制在650mg/m3以内,这种现象与锅炉的燃烧器布置、功率以及制粉系统等不同有关。

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