宜昌化工热电厂锅炉低氮燃烧器改造方案46;doc

发布时间：2024-05-21 12:21:08| 来源：乐鱼平台登录

  .doc 中石化湖北化肥厂资产公司 宜昌分公司热电厂 2×240t/h、1×220t/h燃煤锅炉 烟气低氮改造方案 北京中通凯瑞科技有限公司 二〇一四年一月 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 目 录 1 前言 ............................................................................................... 3 2 设备概况 ....................................................................................... 3 2.1 锅炉

  ..................................................................................... 4 2.2 燃煤特性..................................................................................... 4 2.3 燃烧设备..................................................................................... 6 3 主要

  研究依据 .......................................................................... 9 4 NOx生成和低NOx控制技术 ....................................................... 9 4.1 NOx生成机理 ............................................................................ 9 4.2 NOx的控制技术与分析............................................................ 12 4.2.1 燃烧前NOx控制技术............................................................ 12 4.2.2 燃烧中NOx控制技术............................................................ 12 4.2.2.1 早期低NOx燃烧技术 ......................................................... 13 4.2.2.2 水平空气分级低NOx燃烧技术 .......................................... 14 4.2.2.3 垂直空气分级低NOx燃烧技术............................................ 14 4.2.3 烟气脱硝技术 ........................................................................ 14 4.2.3.1 选择性催化还原技术SCR .................................................. 14 4.2.3.2 选择性非催化还原技术SNCR ............................................ 15 5 低NOx燃烧器的设计 ................................................................. 15 1 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 5.1 3台锅炉低NOx燃烧技术改造项目燃煤特性评价 ..................... 15 5.2 3#号锅炉改造技术方案 ............................................................ 15 5.3 1#、2#号锅炉改造技术方案.......................... 错误～未定义书签。 5.4 技术原理................................................................................... 19 5.4.1 垂直浓淡稳燃技术原理 ......................................................... 19 5.4.2 水平浓淡煤粉燃烧器的热回流着火稳燃原理: .................... 20 5.4.3 浓淡煤粉燃烧器防止结渣和高温腐蚀原理............................ 21 5.4.4 浓淡煤粉燃烧器降低NOx排放原理 ..................................... 22 5.4.5 偏置二次风降低NOx排放原理............................................. 23 5.4.6 空气分级燃烧(SOFA燃尽风)降低NOx排放原理 ............ 24 5.4.7 灵活地调整汽温和保证安全受热面壁温 ................................25 5.4.8 燃尽风风量测量系统的说明 ...................................................26 6 供货范围 ..................................................................................... 27 7、改造费用: .................................................... 错误～未定义书签。 2 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 , 前言 中国石化资产公司宜昌分公司3台煤粉锅炉脱硝改造项目，为了尽量减轻炉后烟气脱硝的压力，先对该3台锅炉进行低氮燃烧器的改造。低氮燃烧 3器改造后，锅炉出口烟气中NO的浓度约为350mg/Nm，该数据作为烟气脱硝x 3装置入口NO的设计基线浓度值，要达到排放烟气中NO的浓度?100mg/Nm的xx 环保要求，只需脱硝效率达到71.4%左右即可，采用炉外SCR技术完全能满足规定的要求，所以在本可研中推荐采用低氮燃烧器改造+SCR技术对该3台锅炉进行烟气脱硝治理。 宜昌化工热电厂现有1*220、2*240t/h燃煤锅炉，准备在脱硫脱硝改造项目过程中进行低氮燃烧器改造，以降低锅炉低氮改造的运行成本，提高锅炉整体经济效益。 #1、#2炉2*240t/h为武汉锅炉厂有限责任公司设计生产的2台高压煤粉炉。 #3炉为武汉锅炉厂生产的220t/h高压煤粉炉。 3台炉均为高温、高压、自然循环、固态排渣煤粉锅炉，中间储仓制乏气送粉系统，四角切圆燃烧方式。 3未进行低氮燃烧器改造前，锅炉燃烧NOx排放在470mg/NM左右，通过改 3造后NOx排放要求达到350mg/NM。 以下针对3台型进行技术方案介绍。 2 设备概况 3 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 2.1 锅炉规范 备名称 参数名称 单 位 参 数 生产厂商 武汉锅炉厂 过热器蒸发量(BMCR) t/h 240t/h×2+220 t/h 锅 过热器出口蒸汽压力(BMCR) MPa.g 10.3 过热器出口蒸汽温度(BMCR) ? 540 炉 锅炉排烟温度(修正后)(BMCR) ? 140 锅炉计算耗煤量(BMCR) t/h 32 数量(每台炉) 台 1 空 预 型式 列管换热器 器 漏风率(一年内) % 数量(每台炉) 1 除 型式 电袋、布袋(3#) 尘 除尘效率 % 器 出口灰尘浓度(O,6%，干态) 2 引风机 型式及配置 每台锅炉两台，液偶型 烟囱 双管集束烟囱 2.2 燃煤特性 设计煤质特性见表1。 表2.2-1 220t/h锅炉燃煤煤质 4 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 项 目 单位 设计煤种 校核煤种 收到基碳Car % 46.84 - 收到基氢Har % 3.77 - 收到基氧Oar % 0.99 - 煤质元素分析 收到基氮Dar % 6.21 - 收到基硫Sar % 1.08 - 收到基低位发热量 kJ/kg 19250 - 收到基水分War % 8.45 - 煤质工业分析 收到基灰分Aar % 32.66 - 收到基挥发份Vdaf % 30.24 - 锅炉设计耗煤 t/h 32.36 量 锅炉实际耗煤 t/h 31.87 量 表2.2-3 240t/h锅炉燃煤煤质 煤种 序号 项目名称 符号 单位 香山 五七 1 碳 Cf % 57.1 58.09 2 氢 Hf % 3.83 3.9 3 氧 Of % 6.31 6.82 4 氮 Nf % 1.07 0.98 5 硫 Sf % 1.17 0.6 6 分析水分 Wf % 1.13 1.22 7 外部水分 WWZ % 8.67 4.65 8 全水分 Wn 9.70 5.81 9 灰分 Af % 29.39 28.39 5 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 10 可燃基挥发分 Vr % 35.12 36.16 11 低位发热值 MJ/kg 22.31 22.74 12 高位发热量 MJ/kg 23.12 23.57 13 焦渍特性 - - 4 5 14 锅炉设计耗煤量 t/h 32.15 15 锅炉实际耗煤量 t/h 31.66 注:240吨锅炉燃料特性:烟煤，以平顶山“香山矿”和“五七矿”1:1混合 2.3 燃烧设备 2.3.1 原锅炉炉膛布置 1#、2#台锅炉都是武汉锅炉厂的产品，在外形、主要参数一致情况，个别略有差别，由于档案室现存资料不全，因此将两台炉作为一样的结构与参数考虑。 3#锅炉是武汉锅炉厂生产的220吨锅炉，由于业主未提供对应的锅炉资料我们根据以往所接触的同类项目来做相应方案。 3台炉膛断面为近似方形，采用乏气系统，燃烧器采用四角布置切向燃烧方式，锅炉共配置2台钢球磨。锅炉共设置2层一次风喷嘴，一、二次风间隔布置。每角燃烧器各有二次风门挡板5组，均由电动执行器控制，燃烧器喷嘴除了下二次风及一次风不摆动外，其余喷嘴均可摆动。煤粉燃烧器设计参数见图1和表2。 6 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 图1 改造前煤粉燃烧器示意图 表2 煤粉燃烧器设计参数 项 风率(%) 风速风温 目 (m/s) (?) 一次风 19.8 28.0 70 二次风 76.2 45.0 310 炉膛漏风 4.0 , 30 2.3.2 改造目的 锅炉实际运行过程中存在及要解决的问题: , 通过对锅炉燃烧系统及制粉系统设备改造，将锅炉氮氧化物排放降低到 7 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 3350mg/Nm，锅炉的效率将保持不变。 , 改造后锅炉的出力维持不变，过热蒸汽和再热蒸汽的温度达到原设计 值，过热蒸汽的减温水量在可控范围以内。 , 改造后的锅炉运行一定要有安全性，经济性及可操作性。燃烧系统能够 扩大煤种的适应性，防止结渣及高温烟气腐蚀。改造后锅炉的控制模 式基本维持不变，燃烧火焰更稳定。 2.3.3 改造范围 针对本次改造所要达到的目的以及锅炉目前存在的问题，基本的改造范围如下: , 重新设计本改造燃烧系统; , 增设SOFA系统 2.3.4 性能保证 在燃用目前的煤种情况及煤粉细度范围内: , BMCR工况下，NOx(干基、标态、6%O下折算的NO计)排放浓度不22 3大于_350_mg/Nm，CO排放浓度不变，锅炉效率不小于改造前(低位 热值)，未燃碳热损失不高于改造前。各项性能指标须同时保证。 , 锅炉在70~100%BMCR范围内运行时，主蒸汽温度540?，减温水量按 照原设计数据;在70~100%BMCR范围内运行时，过热蒸汽温度540?， 汽温偏差不超过?5?，减温水量不大于原设计值。 3) 炉膛出口两侧烟温差少于50?。 8 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 3 主要设计研究依据 , JB 10440-2004 大型煤粉锅炉炉膛及燃烧器性能

  , 锅炉机组热力计算-标准方法(北京:机械工业出版社，1976 , DL/T 435-2004电站煤粉锅炉炉膛防爆规程 , DL/T 5121-2000 火力发电厂烟风煤粉管道设计作业规程 , 中国动力工程学会 主编(火力发电设备技术手册(北京:机械工业出 版社，2000 , 电站锅炉手册(胡荫平(北京:中国电力出版社，2005 , 抚顺热电运行规程、锅炉图纸 , 《小型热电站实用设计手册》编写组(小型热电站实用设计手册(北京: 水利电力出版社，1988 , 火力发电厂煤粉制备系统模块设计和计算方式(北京:中国电力出版社，1999 , GB10184-88《电站锅炉性能测试规程》中国电力出版社 1996.8 4 NOx生成和低NOx控制技术 4.1 NOx生成机理 NOx有3种生成机理 第一种为热力型，系由氮与氧在较高温度下反应生成，该反应一般在1500?以上进行，其生成量与温度、在高温区停滞时间以及氧的分压有关。 热力型NOx系燃烧过程中空气中的氧与氮在高温中生成的NO及NO总和，2 9 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 其反应方程为: N+O=2NO 22 NO+1/2O=NO22 由于氧原子与N反应的活化能比氧原子在火焰中可燃成分反应的活化能2 高得多，而且氧原子在火焰中存在时间较短;故火焰中不会产生大量的NO，NO的生成反应系燃料中可燃部分烧完之后的高温区进行。由于热力型NO生成的活化能很高，在1500?以下几乎观测不到NO的生成反应。当温度超过1500?时，温度每上升100?，反应速度将增加6,7倍。对煤粉锅炉来说，当燃烧温度在1350?时，炉内生成的NOx几乎100%为燃料型，当燃烧温度为1600?时，热力型NOx可占生成总量的25%,30%。 第二种为燃料型，为煤中的有机氮氧化生成，其生成量与温度关系不大，生成温度不高于热力型，但与氧浓度关系紧密，煤粉与空气的混合过程也对其有显著影响。煤中的氮原子与各种碳氢化合物结合成氮的环状或链状化合物，如CHN、CHNH等。煤中氮有机物的C—N结合键能较小，在燃烧时容易分55652 解。从氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破坏C—N与氮原子生成NO。煤燃烧时燃料型NOx约占NOx总生成量的75%,80%。 10 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 图2 热力型、燃料型和瞬发型NOx与炉膛温度的关系 第三种为瞬发型，系燃料中烃基化合物在欠氧火焰中与气体中氧反应生成氰化物，其中一部分转化为NO，其转化率与化学当量及温度有关。 煤粉燃烧所产生的NOx中，燃料型NOx比例较大，约为60%,80%以上，热力型约占总量的20%，而瞬发型反应生成的NOx只占很小的比例。图5为煤粉锅炉中三种类型的NOx生成量与炉温的关系及各自生成量的范围。 锅炉燃用不同煤种时NOx生成量不同，挥发分越高的煤种，NOx越低，以褐煤NOx排放量为100%单位，烟煤的NOx排放量为127.3%单位，贫煤的NOx排放量为180%单位，无烟煤的NOx排放量为268.7%单位。 11 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 图3 锅炉燃用不同的煤种时NOx排放量数值 4.2 NOx的控制技术与分析 根据以上所述燃煤电站锅炉NOx产生的机理及影响因素，对于燃煤锅炉NOx的控制主要有三种方法:?、燃料脱硝;?、改进燃烧方式和生产的基本工艺，在燃烧过程脱硝;?、烟气脱硝，即燃烧后NOx控制技术。前两种方法是减少燃烧过程中NOx的生成量，第三种方法则是对燃烧后烟气中的NOx进行治理。 4.2.1 燃烧前NOx控制技术 燃烧前对NOx产生的控制，是通过处理将燃料煤转化为低氮燃料。通常固体燃料的含氮量为0.5%,2.5%，近年来，一些国家开始做燃料脱硝研究，但其难度很大，成本很高，有待于今后继续研究。就目前我国资源结构和能源政策的现状来说，使用低氮燃料这一措施难以实现，也未见实施业绩的报道或说明。 4.2.2 燃烧中NOx控制技术 为了做好燃烧中对NOx生成量的控制，对于新机组投运或老机组改造，可 12 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 在低氧燃烧的基础上采取各种低NOx燃烧技术。 低NOx燃烧技术的特点是工艺成熟，投资和运行的成本低。在对NOx排放要求严格的美国、德国和日本，均是先采用低NOx燃烧技术，减少一半以上的NOx后再进行烟气脱硝，以降低脱硝装置入口的NOx浓度，减少投资和运行的成本。 根据NOx的生成机理，对燃烧过程中NOx生成的控制主要从两个方面考虑:一是抑制燃烧中NOx的形成;二是还原已形成的NOx。其主要方法是通过运行方式的改进或对燃烧过程进行特殊的控制，抑制燃烧过程中NOx的生成反应，以此来降低NOx的最终排放量。低NOx燃烧技术的主要途径有如下几个维度。 4.2.2.1 早期低NOx燃烧技术 主要是调整运行方式或对煤粉燃烧器进行局部改造。虽简单易行，但对NOx降低幅度不大。 (1)、低过量空气运行。过量空气系数降低，NOx排放量减少。但是，调整过量空气系数的潜力很小，它受到受热面沾污、结渣和高温腐蚀、汽温以及飞灰的变化等因素的制约。 (2)、部分燃烧器退出运行，停止最上层(或几层)一次风火嘴的燃料供应，只送空气，实现简单分级燃烧。 (3)、浓淡煤粉燃烧技术。浓淡燃烧时近年来国内外采用的一种降低锅炉燃烧NOx排放的新技术。其原理是使部分燃烧器供应较多的空气(呈贫燃料区)，即燃料过淡燃烧;部分燃烧器供应较少的空气(呈富燃料区)，即燃料过浓燃烧。由于两者都偏离理论空气量，从而燃烧温度降低，较好地抑制NOx 13 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 的生成。 4.2.2.2 水平空气分级低NOx燃烧技术 水平空气分级燃烧的基础原理是将燃烧用的空气分阶段送入，首先将特殊的比例的空气(其量小于理论空气量)从燃烧器送入，使燃料先在缺氧条件下燃烧，燃料燃烧速度和理论燃烧温度降低，燃烧生成CO，燃料中氮分解成大量的HN、HCN、CN、NH和NH等，它们相互复合生成氮气或将已经存在的NOx还32 原分解，从而抑制了燃料NOx的生成。 4.2.2.3 垂直空气分级低NOx燃烧技术 燃料分级燃烧(也称再燃法)，在燃烧中已生成的NOx遇到烃根CH和未i完全燃烧产物CO、H、C和CH时，会发生NO的还原反应。利用这一原理，2nm 将80%,85%的燃料送入第一级燃烧区，在α,1的条件下燃料生成NOx。其余15%,20%的燃料则在主燃烧器的上部送入二级燃烧区，在α,1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NOx在二级燃烧区(再燃区)内被还原成氮分子。再燃区中不仅能使已生成的NOx得到还原，同时还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度逐步降低。在再燃区的上面还需布置“火上风”喷口，形成第三级燃烧区(燃尽区)，以保证再燃区中生成的未完全燃烧产物的燃尽。管低NOx燃烧技术具有系统简单、操作容易、投资少的优点，但在正常的情况下其最多只能降低NOx排放量的50%。 4.2.3 烟气脱硝技术 4.2.3.1 选择性催化还原技术SCR SCR脱硝技术是在含氧气氛下及催化剂存在时，以氨、尿素或碳氢化化物 14 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 作为还原剂，将烟气中的NOx还原为N和水;在反应温度为300,450?时，2 脱销效率可达70%,90%。SCR脱销技术目前已变成全球上应用最多、最有成效的一种烟气脱硝技术。中国首例SCR脱硝工程也于1999年投运，近期中国多家燃煤电厂SCR工程也已进入设计阶段。SCR脱销技术反应温度低，净化率高，技术成熟，运行可靠，二次污染小;但工艺设备投资大，所用催化剂昂贵。 4.2.3.2 选择性非催化还原技术SNCR 选择性非催化还原法工艺，也称为热力DeNOx工艺，最初由美国的Exxon公司发明并于1974年在日本成功投入工业应用。该技术是把含有NH基的还x原剂(如氨、尿素等)喷入900,1100?的炉膛区域，还原剂迅速分解成NH，3并于烟气中的NOx进行SNCR反应生成N。该方法以炉膛为反应器，通过对锅2 炉做改造来实现。SNCR的脱硝效率约为30%,70%，多用作低NOx燃烧技术的补充处理手段。SNCR技术目前的趋势是利用尿素代替氨作为还原剂，但是尿素作为还原剂时，部分NOx会转化为NO。该技术不用催化剂，设备正常运行费2 用较SCR少;NH用量大，二次污染，很难保证反应温度和停留时间。 3 5 低NOx燃烧器的设计 5.1 3台锅炉低NOx燃烧技术改造项目燃煤特性评价 根据宜昌化工设计煤种、校核煤种以及实际运行煤质的各项指标可知，目前是烟煤和贫煤按1:1掺烧。 5.2 锅炉低氮改造改造技术方案 本工程制粉系统采用中储式乏气送粉系统，锅炉在B-MCR工况时，煤粉燃烧器采用四角燃烧方式，本工程燃用结合我公司锅炉低NOx燃烧器的成功经 15 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 验，初步确定如下煤粉燃烧器技术改造方案。 表3 1~3#号锅炉低NOx燃烧器改造方案 炉膛 燃烧设备 作用 区域 第一层燃 不做改造 烧器 煤粉浓缩器使一次风在水平方向上分 结构特性 成浓淡两股气流。 浓煤粉气流在向火侧，降低煤粉气流 稳燃性能 的着火热，增加火焰传播速度，有利于 着火和稳燃。 主燃防结渣性淡煤粉在背火侧，可防止结渣和水冷 第二层低 区 能 壁高温腐蚀。 NOx煤粉 浓煤粉气流，μ?0.6,0.8 kg/kg，燃烧器 属于富燃料燃烧，在挥发分析出和碳初 始燃烧阶段，缺氧燃烧，偏离化学当量 低NOx 比，抑制NOx生成。 排放性能 淡煤粉气流，μ?0.1 kg/kg左右， 属于贫燃料燃烧，氧量大，燃烧温度低， 同时也偏离化学当量比，抑制NOx生成。 16 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 1、与一次风水平偏转一定的角度;7?、15?、 22.5?。 2、延迟了煤粉一次风对空气的卷吸，减少燃烧初 水平偏角 期的供氧量。 辅助二次 3、在挥发分析出和碳初始燃烧阶段，降低了燃烧 风CFS 化学当量比。降低了NOx排放量。 4、改变了水冷壁的贴壁风气氛，减轻结渣和高温 腐蚀。 还原 NOx被还原成N， 2 区 可以水1、有效调整燃尽风与高温烟气的混合过程。 平、垂直 燃尽2、降低C、降低CO排放量。 fh 调整的 区 SOFA分 3、降低炉膛出口烟气偏差。 离燃尽风 图4 改造后煤粉燃烧器示意图 17 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 1) 第一层换燃烧器喷口。 2) 第二层一次风煤粉燃烧器使用先进的垂直浓淡分离+侧边稳燃风燃烧技术，并采用喷口强化燃烧措施，有效的降低NOx排放量，保证高效燃烧，降低飞灰可燃物含量， 3) 高浓缩效率、低阻力新型煤粉燃烧器，确保煤粉及时着火，加强燃尽效果; 4) 采用延迟混合型一、二次风的偏置二次风设计，确保NOx大幅度减排; 18 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 5) 水平浓淡煤粉燃烧器采用耐磨陶瓷组合结构，最大限度地延长燃烧器常规使用的寿命。 6) 减少主燃烧器区域的二次风喷口面积，减少部分喷口面积布置设计(在主燃烧器上方4000mm左右)SOFA燃尽风，采用分级送入的高位分离燃尽风系统，燃尽风喷口能够垂直和水平方向双向摆动，有效控制汽温及其偏差。 改造后煤粉燃烧器示意图见图4。 图5 改造后二层一次风煤粉燃烧器参考示意图(上浓下淡) 5.4 技术原理 5.4.1 垂直浓淡稳燃技术原理 浓淡煤粉燃烧技术原理是:当浓度约为0.4,0.5 kg/kgair为一次风煤粉气流通过方圆节进入浓淡煤粉分离器时，在浓淡煤粉分离器的作用下，一次风煤粉气流分成浓淡两股煤粉气流，其中一股为高浓度煤粉气流，浓煤粉气流的煤粉浓度能够达到0.6,0.8 kg/kgair，煤粉浓度提高后，其着火温度降低，把煤粉和空气混合物加热到着火时间缩短;同时，煤粉所需的着火热减少;火焰传播速度也提高了。一次风的着火、燃烧稳定性增强。另一股的煤粉浓度很 19 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 低，淡煤粉气流的煤粉浓度能够达到0.3,0.1 kg/kgair，以空气为主，从而在炉膛水冷壁附近形成氧化性气氛和较低的温度环境，提高了灰的熔化温度，可以有效的预防结渣。 形成浓淡煤粉燃烧的关键设备是:浓淡煤粉分离器。 煤粉浓缩器的设计参数如下:两级分离，最大浓缩比为4，喷口的浓侧截面积与淡侧截面积相同，浓淡风之比为1.2(喷口的浓侧风量与淡侧风量之比)，浓煤粉气流浓度为0.85kg(煤粉)/kg(空气)，空截面风速为20.5m/s,阻力损失为250Pa。 5.4.2 水平浓淡煤粉燃烧器的热回流着火稳燃原理: 在喷口处布置水平V形扩锥钝体，在V形扩锥钝体出口外缘有翻边。一次风煤粉气流混合物绕流V形扩锥钝体后，由于一次风的卷吸作用，在V形扩锥钝体后方造成一定的负压梯度，使高温烟气反向流回喷嘴跟部，从而在一次风内形成一个高温烟气回流区，见图7。一次风煤粉气流在出口处受到回流区内回流烟气的加热，使煤粉气流迅速达到着火温度。 图7 V形扩锥钝体燃烧器出口区域回流区示意图 20 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 图8 实测V形扩锥钝体燃烧器出口速度分布 试验表明:V形扩锥钝体出口处的翻边增大了回流区的尺寸和回流烟气量，增强燃烧器的稳燃性能。由于V形扩锥钝体是波浪形，在波浪形的凸处和凹处，气流速度分布呈明显交错，见图10、图11。这种速度交错增大了煤粉气流和回流烟气的接触面积。与无翻边的为直线形扩锥相比，波形扩锥后方回流区边界的紊流交换系数提高了80%,100%，这种强烈的紊流交换，强化了一次风与回流区的热量和质量交换，对着火极为有利。试验得出，回流区长度L、最大宽度B与扩锥厚度D之比分别为:L/D=2.1、B/D=1.1，回流区回流量Q回与一次风量Q之比为Q/ Q=10%。 1回1 扩锥的阻塞率较小，约为30%，且由于锥体横向布置，气流刚性强，不易偏转贴墙，可避免结渣。 5.4.3 浓淡煤粉燃烧器防止结渣和高温腐蚀原理 一次风喷口出口四周设计有偏置型周界风喷口，对运行或停运的一次风喷口起到冷却保护作用，一次风在向火侧和上下两侧设有小扳边，推迟周界风与一次风的混合，在一次风喷口背火侧设计较大出口动量的侧二次风，对炉膛水冷壁面起到防止结渣、防止高温腐蚀的保护作用。 21 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 5.4.4 浓淡煤粉燃烧器降低NOx排放原理 浓淡煤粉燃烧器降低NOx排放源理是:在一次风管道内采用经过详细研究和优化的百叶窗式煤粉浓缩器，使煤粉气流在流经百叶窗是产生不同程度偏转，煤粉与气流惯性分离，经分流隔板后分别形成两股浓、淡煤粉气流，同时在淡煤粉外背火侧布置有刚性强的偏置周界风喷口。 淡煤粉气流在水冷壁附近形成了比普通燃烧器强得多的氧化性气氛。偏置周界风在背火侧的投入将进一步强化淡煤粉形成的氧化性气氛，保证在深度炉内分级燃烧方式下，水冷壁附近的低煤粉颗粒浓度和氧化性气氛的运行环境。这种布置方式不仅起到了稳燃和降低NOx生成的作用，同时还避免了形成还原性气氛，防止了水冷壁高温腐蚀现象发生。浓煤粉布置炉内烟气温度高的向火侧，浓煤粉具有着火温度低、火焰温度高的特点，保证了煤粉火焰的良好稳定性。 一般燃烧器形成的火焰 一次风的空气/煤粉比 一般燃烧器生成的NOx C2C1 NOx(ppm)C浓淡燃烧器形成的火焰浓淡燃烧器生成的NOx 3,47,8 一次风煤粉气流中的风煤比 图9 浓淡煤粉燃烧器的NOx生成特性曲线 由于浓淡煤粉气流分别在远离煤粉燃烧化学当量比条件下燃烧，对于浓侧煤粉气流由于处于还原性气氛下燃烧，气流中氧含量小，煤粉挥发物中的含氮 22 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 基团可将NO还原为N，使NO产生量降低;对于淡侧煤粉气流，由于煤粉浓度2 较小，含氮基团析出量小，这样与氧反应生成NO的量较小，综合总体效应的结果，使浓淡分离后一次风产生NO排放量比普通型直流燃烧器少得多。采用浓淡煤粉燃烧器后，可以轻松又有效改善着火阶段煤粉气流的供风，使煤粉在偏离化学当量比环境中着火，这样降低了NOx生成量，可以大幅度降低NOx排放水平。 5.4.5 偏置二次风降低NOx排放原理 偏置二次风示意图见图12。 图12 偏置二次风的流向示意图 于采用切向燃烧技术的燃煤锅炉，偏置二次风由于从角部进入炉膛的一次风煤粉气流和偏置二次风这两股平行气流之间的混合率相比来说较低，部分辅助空气射出方向偏离燃料气流，进一步延迟了一次风煤粉气流对该空气流的卷吸，在着火初期和部分挥发分的析出阶段只在缺氧的始燃区内发生，因而在挥发分析出和碳初始燃烧阶段降低了燃烧的化学当量比，水平偏角辅助二次风具有NOx排放量相比来说较低的特点。 另外，偏置二次风改善水冷壁区域的氧化性气氛，形成中间富燃料、水冷 23 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 壁四周富氧的风包粉结构，减少煤粉燃烧器区域的结渣和高温腐蚀。 5.4.6 空气分级燃烧(SOFA燃尽风)降低NOx排放原理 空气分级燃烧是目前使用最为普遍的低NOx燃烧技术之一。空气分级燃烧的基础原理为:将燃烧所需的空气量分成两级送入炉膛，使主燃烧区内过量空气系数在0.8 ,0.85，燃料先在富燃料条件下燃烧，使得燃烧速度和温度降低，延迟了燃烧过程，在还原性气氛中大量含氮基团与NOx反应，提高了NOx向N的转化率，降低了NOx在这一区域的生成量。 2 C H +O ?CO +H Onm222 O +C H ?CO +H O2n2m2燃尽区2222O +CO+H ?CO +H O NH +O ?NO+Ni22 SOFA燃尽风 nm22nmC H +O ?CO+H +C H还原脱NOx区NO+C H ?NH +N +C Hnmi2nm C H +O ?CO +H On2m22主燃烧器燃烧区N+O ?NO2 24 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 图13 空气分级燃烧原理示意图 将燃烧所需其余空气通过布置在主燃烧器上方的燃尽风喷口(SOFA)送入炉膛，在供入燃尽风以后，成为富氧燃烧区。此时空气量虽多，但因火焰温度低，且煤中析出的大部分含氮基团在主燃区已反应完成，最终NOx生成量不大，同时空气的供入使煤粉颗粒中剩余焦炭充分燃尽，保证煤粉的高燃烧效率，最终炉内垂直空气分级燃烧可使NOx生成量降低30,40%。在采用深度空气分级燃烧时，由于在主燃烧区过量空气系数比1小很多，燃烧是在比理论空气量低很多的情况下进行的，虽然有利于抑制NOx的生成，但产生大量不完全燃烧产物，导致燃烧效率降低并会造成结渣和受热面腐蚀。因此，必须正确组织合理的空气分级燃烧，在保证降低NOx排放同时最大限度地考虑锅炉运行的经济性和安全可靠性。 5.4.7 灵活地调整汽温和保证安全受热面壁温 由于浓淡燃烧器具有一次风着火点、火焰稳定性强的特点，将使炉膛火焰中心会降低，部分抵消由于燃尽风喷口在水冷壁上开口引起的炉膛辐射受热面积的减少，使炉膛出口烟温变化不大，有很大成效避免了炉膛出口屏区的结渣和烟温偏差。在主燃烧器区上部的将采用高位燃尽风喷口，其喷口可以水平和垂直方向摆动一定角度，使燃尽风出口气流在炉内形成与主燃烧器出口气流呈一定的反切角度，反切气流与主气流流动方向相反动量相互抵消，起到有效削旋气流的作用，减少炉膛出口的气流残余旋转，减少炉膛左右侧出口烟温偏差。燃尽风喷口可以在一定角度内垂直方向摆动，在避免出口烟温偏差的同时还可以适当调整炉内火焰中心高度，对过热器和再热器出口蒸汽温度的调节起到非常大作用，使减温水投入量处于合理范围内。炉膛上部削旋气流的存在将有效均匀 25 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 炉膛出口烟气流量和烟气温度水平，保证过热器和再热器的管壁温度处于安全范围内。 5.4.8 燃尽风风量测量系统的说明 燃尽风在线检测装置投入后，配合现有的其他测量系统，能及时、准确地反映燃尽风的投入量，给运行人员提供一个可靠、直观的调整依据，使运行人员及时作出调整燃尽风的供入量，以确保锅炉炉膛合理的配风要求。 将采用LUSE型系列锅炉风速风量测量装置对燃尽风风道内风量做测量。其测量原理是基于靠背管测量原理:测量装置安装在管道上，其探头插入管内，当管内有气流流动时，迎风面受气流冲击，在此处气流的动能转换成压力能，因而迎面风管内压力较高，其压力为“全压”，背风侧由于不受气流冲击，其管内的压力为风管内的静压力，其压力为“静压”，全压和静压之差为动压差，其大小于管内风速(量)有关，风速(量)越大，动压差越大;风速(量)越小，动压差也小，因此，只要测量出动压差的大小，再找出动压差与风速(量)的对应关系，就能正确的测出管内风速(量)。在四角两层八只燃尽风风道内均装有燃尽风测量装置，并分别引入到锅炉DCS系统中，对燃尽风进行实时准确的测量和调节。 测速管的安装:在二次风小风门前的风道内安装测速管，安装结束后，应对热风道保温层做修复。保证测速装置前后直管段能够很好的满足测量精度和稳定能力的要求。 测量控制单元安装:测量柜应垂直安装在匀速取样器的下方，并与烟道相对固定。使它在烟道热胀冷缩移动时能随之一起移动。不准安置在地面，以防 26 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 烟道移动时扯断取样管，测量柜的固定方法采用吊装的方式。本仪器外供的电 源及气源由柜体下部进入，信号线也由柜体下部进出。 检修平台的要求:为维护和操作的方便，在设备下面必须搭建永久性的 平台。 6 供货范围 表5 燃烧系统改造工程设备清单 序生产 名称 规格和型号 单位 数量 产地 价格 备注 号 厂家 一、 燃烧器 1 低氮燃烧器 TTS-03 只 12 2 周界风喷口 TTS-01 只 12 3 二次风喷口 TTS-03 只 12 二、 二次风 1 无 三、 燃尽风 燃尽风喷口含摆 1 TTS-05 只 12 动机构 燃尽风风道的金 2 TTS-06 只 3 属膨胀节 3 燃尽风箱 TTS-07 套 3 4 燃尽风道 TTS-08 套 3 27 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 5 燃尽风风门 TTS-09 只 3 6 燃尽风道吊挂 组 12 燃尽风风量测量 7 设备及反吹扫系TTS-10 套 3 统 水冷壁开孔、封 四、 孔 1 水冷壁 TTS-11 套 3 2 密封壳 TTS-12 套 3 五、 电气 1 风门电动执行器 个 12 一组4个执 燃尽风喷口垂直 2 组 3 行器，含连 摆动气动执行器 杆 ZR-KVVP-0.4 5/0.7 3 信号电缆 m 1200 5 kV-4X1.0 ZR-YJV-0.6/ 4 电源电缆 1.0kV m 600 -4X1.0 ZR-KVVP- 测速智能变送器0.45/0.7 5 m 600 5 kV-1 X 2 X 电缆 1.5 6 穿线 宜昌化工热电厂锅炉低氮改造方案 8 卡头 个 48 9 电缆桥架 m 164 六、 仪控 1 AI16端子 台 2 2 AO8端子 台 3 3 配电箱 套 1 七 专用工具 1 无 2 八、 其它 1 燃尽风平台、扶 台炉 3 梯 29

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