低氮燃烧技术在350MW超临界机组上的研究及应用论文_刘进营

(大唐林州热电有限责任公司 河南 455000)

摘要:本文根据NOx的生成机理,依据大唐林州热电2×350MW超临界机组低氮燃烧技术,总结的相关NOx治理和排放控制的运行经验,不仅保证烟囱入口NOx的达标排放,同时减少液氨损耗量,提高了机组经济性。

关键词:NOx的生成机理;低氮燃烧技术;经济性

前言

随着我国环境污染的加剧,2011年,我国发布了《GB13223-2011 火电厂大气污染物排放标准》(限值单位:mg/Nm3):

1. 设备概况

林州热电一期工程为上海锅炉厂生产的2×350MW超临界压力直流锅炉,采用单炉膛四角切圆燃烧方式,一次中间再热、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、露天布置、II型燃煤锅炉。煤粉燃烧器为四角布置、切向燃烧、摆动式燃烧器。

2. NOx的生成机理

煤燃烧过程中所产生的NOx主要有NO和NO2,其中NO质量分数约占95%,而NO2的质量分数在5%左右,NOx的生成量与锅炉的容量、结构、燃烧设备、煤种、炉内温度水平和氧量、配风方式等有关。

煤燃烧过程中所生成的NOx有三种类型,即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。

2.1 热力型NOx的生成

热力型NOx是燃烧空气中的氮气在高温下氧化而成的,在温度足够高时,可占 20%,其生成机理是由前苏联科学家捷里道维其(Zeldovich)提出的,按这一机理,热力型NOx的生成主要由以下链锁反应来描述:

 T——反应温度;

 c(NO)——NO的浓度;

 c(O2)——O2的浓度;

 c(N2)——N2的浓度。

由上式可以看出,影响热力型NOx生成量的主要因素有燃烧反应的温度、氧气浓度和反应时间,而且温度对热力型NOx的生成影响最大。实际上在1350℃以下,热力型NOx生成量很少,但随着温度的上升,热力型NOx生成量迅速增加,温度达1600℃以上时,热力型NOx占NOx生成总量的25%~30%。

2.2 燃料型NOx的生成

燃料型NOx占煤粉锅炉NOx生成总量的70%~80%。一般认为,燃料型NOx是燃料中的氮化合物在燃烧过程中发生热分解,并进一步氧化而生成的,同时还存在NO的还原反应。燃料型NOx的生成和还原机理相当复杂,至今仍无法解析清楚。燃料型NOx的生成可用下式表示:

燃料型NOx的生成和还原不仅与煤种的特性、煤中氮化合物存在的状态、煤中的氮热分解时在挥发分和焦碳中分配的比例和各自的成分有关,还与氧的浓度、燃烧温度相关。

2.3 快速型NOx的生成

快速型NOx的生成是通过燃料产生的CH原子团撞击N2分子,生成HCN类化合物,再进一步氧化而生成的,这个反应很快,所以称为快速型NOx。快速型NOx的生成可由以下式子表示:

试验证明三种NOx在煤燃烧过程中,快速型NOx所占比例不到5%;在温度小于1350℃时,几乎没有热力型NOx,只有当燃烧温度超过1600℃,如液态排渣煤粉炉中,热力型NOx才可能占到25%~30%。对常规煤燃烧设备的燃烧温度1200~1350℃的条件下,NOx主要是通过燃料型的生成途径而产生的。

3. 影响NOx生成的因素及试验结果

3.1 煤质对NOx的影响

煤中含氮量对NOx生成的影响,含氮量增加,总的NOx大致呈线性增加。

3.2 氧量对NOx的影响。

氧量的高低对NOx的生成有影响,保持负荷稳定180MW,配风方式不变,经过实验得出不同氧量时NOx的生成量,结果见表1所示:

经试验表明:随着氧量的增大,NOx的含量呈增长趋势,氧量越低,NOx越低,氧量越高,NOx越高。但氧量与NOx生成量非直线线性关系。

3.3 一次风与二次风的配比对NOx的影响

随着一次风与二次风的比值增加,煤粉从富燃料燃烧转换为富氧燃烧,由于含氧量的增多,煤中的氮转化为NOx的程度在逐渐的增加。

保持负荷稳定180MW,配风方式不变,经过实验得出一次风与二次风的不同配比下,NOx的生成量,结果见表2所示:

表2:180MW负荷下,不同一次风与二次风配比时NOx生成量

经试验表明:随着一次风与二次风的比值的减小,NOx逐渐减小。

3.4 风箱与炉膛压差对NOx排放量的影响。

Δp比较高时,二次风的风速比较高,动量也大,一次风从喷口出来后不久即被二次风所卷吸,射流轨迹变弯,形成一转弯的扇形面,对卷吸周围的高温烟气更加有利,由于温度高,热力型NOx的生成量比较大,从而使总的NOx的排放量大;Δp比较低时,二次风速比较低,刚性也比较弱,二次风很快就与一次风混合,在煤燃烧初始阶段,大部分的挥发分氮(气相氮化合物)随煤中其它挥发物一起释放出来,形成中间产物,如NHi,CH和HCN,在氧气存在条件下,这些中间产物会进一步氧化成NOx,使燃料型NOx的生成量增大,从而使总的NOx排放量增大。

保持负荷180MW,配风方式不变,氧量、磨煤机组合方式均不变,通过改变二次风箱与炉膛压力的差压Δp来进行试验,试验结果如下表格。

经试验表明:Δp越大,NOx生成量逐渐减少。

3.5 锅炉的配风方式对NOx排放量的影响。

锅炉上层配置分离燃尽风SOFA风,开大之后可以降低NOx,均匀配风相对于其他配风方式,NOx较低。减少燃烧区域的风量和氧量可以降低NOx。

4. 结论

综合试验结果,氧量根据负荷不同控制在3.5~4.5%之间,风箱与炉膛压差控制在0.45kpa左右,保证磨煤机的风量为煤量的2.5倍左右,控制一次风与二次风的比值在0.5左右,均匀配风方式调节等手段,保证了锅炉SCR区入口NOx浓度降到400mg/Nm3左右。按照以上措施执行,可平均减少喷氨量30Nm3/h,年均节约液氨约263吨,节约资金约79万元;另外,使用该运行技术,可以避免机组限出力,每年可避免因此限负荷约1200万千瓦时,可增加盈利约240万元;综合考虑,该技术每年可以为公司增盈约319万元。

参考文献:

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论文作者:刘进营

论文发表刊物:《电力设备》2017年第9期

论文发表时间:2017/8/2

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