低NOx燃燒技術(shù)在我國燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用

摘 要 本文對電站鍋爐中常用的低NOX燃燒器的結(jié)構(gòu)特點、降低NOX排放的原理以及應(yīng)用情況進行了介紹。通過對我國燃煤電站鍋爐NOX生成機理及影響因素的研究，提出了相應(yīng)燃燒或煙氣凈化等綜合治理措施，達到降低NOX排放的目的。

關(guān)鍵詞 低NOX燃燒方式；NOX排放；電站鍋爐

中圖分類號 TK229 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-（2012）112-0200-01

1 燃煤電站鍋爐低NOX燃燒技術(shù)

對燃煤電站鍋爐，只要降低燃料型NOX的生成，就可控制總的NOX排放水平。采用低過量空氣系數(shù)使?fàn)t內(nèi)呈低氧燃燒狀態(tài)，在煤粉燃燒過程中建立過量空氣系數(shù)小于1的富燃料區(qū)，使燃料氮在其中盡可能多地轉(zhuǎn)化成揮發(fā)份N，并在還原性氣氛下促使燃料氮轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥目諝夥旨壢紵夹g(shù)，及利用再燃燃料噴入爐膛的某一部位以還原已生成NOX的燃料分級技術(shù)，都可降低燃煤電站鍋爐NOX的排放量。其原理如圖1、圖2所示。

圖1 空氣分級原理圖 圖2 燃料分級原理圖

電站鍋爐是用能大戶，也是污染大戶，燃煤電站鍋爐的NOX排放濃度普遍超過國家標(biāo)準(zhǔn)，因此，降低電站鍋爐的NOX排放對于保護環(huán)境是非常重要的。

2 低NOX燃燒技術(shù)在我國燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用

我國燃煤電廠在氮氧化物排放控制方面起步相對較晚，國家排放標(biāo)準(zhǔn)于1997年1月才對新建大型燃煤電廠NOX排放提出限值要求。國內(nèi)目前的低NOX燃燒技術(shù)主要有低過量空氣系數(shù)、空氣分級燃燒、煤粉濃淡燃燒技術(shù)及三次風(fēng)細(xì)粉再燃技術(shù)。在燃用煙煤、褐煤的300 MW機組在采用降低NOX措施后，其NOX排放量為460 mg/Nm3～800 mg/Nm，基本上可達到國家標(biāo)準(zhǔn)，其中吳涇電廠11號600 MW機組四角同心反切燃燒鍋爐，由于在設(shè)計中采用了諸如低氧燃燒、空氣分級燃燒和低NOX燃燒器技術(shù)，NOX排放量之低，已達到國際排放先進水平。但燃用低揮發(fā)份無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時還遠不能達到國家標(biāo)準(zhǔn)，燃用貧煤鍋爐的NOX排放量為750 mg/Nm3～1000 mg/Nm3。

2.1 空氣分級燃燒技術(shù)在燃煤電站鍋爐的應(yīng)用

空氣分級燃燒是目前使用最為普遍的低NOX燃燒技術(shù)。我國自20世紀(jì)80年代引進美國CE公司技術(shù)的生產(chǎn)300MW、600MW機組鍋爐以來，均利用CE公司研制出的頂部帶有燃盡風(fēng)（OFA）噴嘴的低NOX燃燒技術(shù)（包括緊湊和分離強化型布置），通過調(diào)整整組燃燒器頂部加裝的燃盡風(fēng)噴嘴，使主燃燒區(qū)二次風(fēng)流量減小，使煤粉氣流在爐內(nèi)垂直方向形成空氣分級燃燒，從而減少NOX排放和降低飛灰損失。

此外，部分四角切圓燃燒鍋爐采用一、二次風(fēng)不同切角布置技術(shù)（包括一次風(fēng)反吹系流、二次風(fēng)采用較大切角布置等）使二次風(fēng)偏離燃燒器噴口處的煤粉氣流，延緩了一次風(fēng)煤粉氣流與輔助風(fēng)的前期混合，爐內(nèi)水平方向也形成空氣分級燃燒，從而有效地降低了NOX排放。

2.2 低NOX燃燒器在燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用

大多數(shù)低NOX燃燒器是根據(jù)分級燃燒技術(shù)降低NOX排放的原理設(shè)計的。國內(nèi)外的大量研究表明，煤粉氣流的濃淡燃燒不僅可以提高其著火和燃燒穩(wěn)定性，在保證較高燃燒效率的前提下，還可以降低NOX排放量。濃煤粉氣流是富燃料燃燒，由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)份析出速度加快，使已生成的NOX與HCN、NHi反應(yīng)生成氮氣，降低NOX排放。

由于一次風(fēng)管中的煤粉濃度受到氣力輸送的影響而不可能有很大改變，濃淡燃燒器采用濃縮裝置將一次風(fēng)煤粉氣流分成濃淡兩股應(yīng)用于鍋爐設(shè)計和改造中，如FW公司的旋風(fēng)分離式燃燒器、CE公司的WR燃燒器以及三菱公司的PM燃燒器，及浙江大學(xué)、西安交通大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)先后開發(fā)的煤粉濃淡燃燒器（采用楔塊、彎頭、扭曲板和百葉窗分離等方法）。

繼三菱公司PM型低NOX燃燒器利用垂直轉(zhuǎn)水平彎頭將一次風(fēng)分為上、下濃淡2股來實現(xiàn)穩(wěn)燃和低NOX燃燒后，我國自主開發(fā)的濃淡低NOX燃燒器不僅可以實現(xiàn)上下濃淡燃燒，還可以實現(xiàn)水平濃淡燃燒，在降低NOX排放的同時，還有效地解決爐內(nèi)水冷壁結(jié)渣、高溫腐蝕等運行問題。其中，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的“風(fēng)包粉”系列濃淡煤粉燃燒技術(shù)已應(yīng)用于全國若干臺煙煤、貧煤和無煙煤的電站鍋爐上，并被國內(nèi)多家鍋爐設(shè)計制造單位在新產(chǎn)品設(shè)計或技術(shù)改造中所采用。

2.3 低氧燃燒技術(shù)在燃煤電站鍋爐的應(yīng)用

在燃用揮發(fā)份高，燃盡性能好的煙煤和褐煤鍋爐中，爐膛內(nèi)可以采用低氧燃燒（氧量小于3%）來減少NOX的生成。如吳涇電廠11號600MW機組鍋爐燃用優(yōu)質(zhì)神木煙煤，煤粉氣流易于著火和燃盡，運行中爐內(nèi)維持較低過量空氣系數(shù)，爐膛出口氧量小于3%。有些四角切向燃燒的鍋爐，為防止?fàn)t內(nèi)水冷壁結(jié)渣，燃燒器分為上下2組布置，并使上面1組燃燒器的最下排一次風(fēng)噴嘴與下面1組燃燒器最上排一次風(fēng)噴口之間保持較大的間距，使主燃燒器區(qū)為低氧燃燒而降低NOX的生成量。吳涇電廠11號600 MW機組鍋爐的煤粉燃燒器就分上下2組布置，其中上面3層噴嘴間距為2000 mm，下面3層噴嘴間距為1650 mm。

3 本章小結(jié)

鑒于目前國內(nèi)燃煤電站鍋爐采用諸如低過量空氣系數(shù)、空氣分級燃燒、煤粉濃淡燃燒及三次風(fēng)細(xì)粉再燃等低NOX燃燒技術(shù)后，燃用煙煤、褐煤的機組NOX排放基本上可達到國家標(biāo)準(zhǔn)，有的甚至達到國際先進水平，而燃用低揮發(fā)份無煙煤、貧煤和劣質(zhì)煙煤時還遠不能達到國家排放標(biāo)準(zhǔn)的事實，應(yīng)對以上煤種采用空氣分級燃燒時揮發(fā)份N和焦炭氮比例、主燃區(qū)的過量空氣系數(shù)、燃盡風(fēng)的補入位置等對降低NOX排放的影響繼續(xù)進行試驗研究以指導(dǎo)實際鍋爐上空氣分級燃燒的實施。同時，在試驗研究的基礎(chǔ)上，在條件具備的前提下盡量利用天然氣、其它烴類氣體或超細(xì)煤粉的再燃技術(shù)來降低電站鍋爐NOX的排放水平以達到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

參考文獻

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作者簡介

何云龍（1987—），男，本科，助理講師，電氣工程。

王琳（1986—），女，本科，助理講師，能源工程。