燃煤锅炉低氮燃烧改造技术原理及方案..

3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（2）浓淡偏差型－撞击式（浙大）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（2）浓淡偏差型－带稳燃挡板（清华）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（2）浓淡偏差型－多重富集型MELNB（清华）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
几种燃烧器的计算机模拟结果：
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
2 低氮燃烧的调整技术 2.1 基本原理 2.2 低氧燃烧技术 2.3 分级配风技术 2.4 配煤掺烧技术
2.1 基本原理
• 低氮燃烧的基本原则：控制燃烧温度以减少“热力”型NOx 的生成，和（或）减少燃料氮与燃烧空气中氧的混合，通过形 成富燃区域将燃料NOx还原成N2，以减少“燃料”型NOx， 在煤热解完成后，再将二次风分级送入以完成焦炭燃烧。
低氮燃烧及改造
广东电网公司电力科学研究院
目录
1 低氮燃烧的必要性
1.1 NOx生成类型 1.2 低NOx控制方法 1.3 低氮燃烧必要性
2 低氮燃烧的调整技术
2.1 基本原理 2.2 低氧燃烧技术 2.3 分级配风技术
2.4 配煤掺烧技术
3 低氮燃烧改造
3.1 低NOx燃烧器 3.2 空气分级的燃烧器布置 3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 3.4 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点
1.1 NOx生成类型
• 氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，包括NOx （一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2) )、氧化二氮(N2O)等。在氮 氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%。 • NOX按生成机理的不同分为三类：热力型 、快速型和燃料型， 其中燃料型占60%～ 95%。 • 研究表明，煤中氮几乎全部以有机物的形式存在。形态主要 是吡咯型、吡啶型和季氮，其中吡咯型氮和吡啶型氮是煤中氮 的主要存在形式。
• 因此，三次风是否有利于降低NOx，需要根据锅炉的实际情 况，如煤种、三次风带粉量、三次风处的过量空气系数等， 通过试验确定。
2.3 分级配风技术
• 磨煤机停运时，提高并投入三次风冷却风，相当于增加了燃 烬风，则对降低NOx是有利的； • 某300MW机组锅炉的三次风冷却风管从Ф154×4.5改造为 Ф273×5，NOx排放下降100mg/m3，但效率略有降低。
2.2 低氧燃烧技术
低氧燃烧技术存在的问题： • 飞灰可燃物升高 • 锅炉热效率有可能下降 • 结渣、高温腐蚀、高温氧化等不利因素增加 • 壁温有可能超温 • 汽温可能超温或欠温
2.2 低氧燃烧技术
如何实现低氧燃烧： • 采用更细的煤粉细度 • 保证均匀的风粉分配 • 合理的配煤掺烧方案 实现方法：
2.4 配煤掺烧技术
450
450
400
400
NOx 浓度 （ppm，@6% O2） NOx浓度 （ppm @6% O )
2
350
350
300
300
250
250
200 28.0 28.5 29.0 29.5 30.0 30.5 31.0
煤中挥发分 （％）
200
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
煤中含氮量 （％）
3 低氮燃烧改造
烟煤锅炉低氮燃烧系统改造包括两个方面: • 选用低NOx燃烧器 • 在燃烧器布置上强化空气分级
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
技术关键：借燃烧器不同结构控制煤粉着火并组织好“分 段”燃烧 。 （1）热回流型燃烧器，如WR型燃烧器、双通道大速差 燃烧器等； （2）浓淡偏差型燃烧器，如PM燃烧器等； （3）浓淡偏差＋热回流型燃烧器，如稳燃罩燃烧器； （4）双调风旋流燃烧器 （5）烟气再循环低NOx燃烧器
（4） LNASB低NOx燃烧器（三井－巴布科克公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） Opti-FlowTM低NOx燃烧器（ABT公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） 径向浓淡旋流煤粉燃烧器（秦裕琨等）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） 可控浓淡分离旋流燃烧器（浙大）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
2.3 分级配风技术
• 周界风提供煤粉燃烧初期所需的氧量，以及用于保护燃烧器， 改变周界风相当于改变二次风沿炉膛轴向的分配。
• 减少周界风量，燃烧器区域的氧化性气氛变弱，还原性气氛 增强，燃烧器区生成的NOx量降低。
• 周界风调整要考虑煤粉的着火距离和燃烧器的安全。
2.3 分级配风技术
周 界 风 调 整 试 验 结 果
（4）双调风旋流燃烧器
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4）DRB－XCL型（B-W公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4）DRB－4ZTM型（B-W公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4）DRB－4ZTM型（B-W公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） CF/SF型（FW公司）
2.3 分级配风技术
径向空气分级燃烧
2.3 分级配风技术
通过燃烧优化试验方法，在炉膛轴向形成下部富燃料、 贫氧；上部富氧、贫燃料的燃烧方式。 • 燃烬风调整 • 周界风调整 • 二次风配风调整 • 关于三次风
2.3 分级配风技术
低 负 荷 工 况 的 燃 烬 风 调 整 结 果
2.3 分级配风技术
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） CF/SF型（FW公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） VF/SF型（FW公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） NR系列燃烧器（BHK公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（4） NR系列燃烧器（BHK公司）
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
1.3 低氮燃烧的必要性
• NOx减排, 技术已不是障碍, 关键要选择适合自己的技术; • 无论对于SCR或SNCR, 先采用低氮燃烧技术, 都可节约投 资和运行成本; • 采用低NOx燃烧技术, 大部分在役老机组都有较大的减排空 间; • 近几年投运的新机组, 大多已采用了先进的低氮燃烧技术， 基本没有改造空间，但还可通过燃烧优化降低NOx排放。
1.1 NOx生成类型
空气中的氮
N2
燃料氮的转化 杂环氮
NOx
生
烃生成物中
成
结合的氮
和
破
氰
坏
（HCN，CN）
的
化 学
氰氧化物 （OCN，HNCO）
途
径
NOx
氨类（NH3， NH2，NH，N）
还原性气氛
氧化性气氛
N2
再燃
烃生成物 CH,CH2
N2O H
NOx
1.1 NOx生成类型
热力型 燃料型 快速型
3.1 低NOx燃烧器 3.2 空气分级的燃烧器布置 3.3 烟煤锅炉低氮燃烧系统改造实例 3.4 无烟煤锅炉低氮燃烧改造要点
3 低氮燃烧改造
煤中氮析出机理研究表明： • 烟煤中挥发分氮占主要比例，控制烟煤NOx的 生成主要是控制挥发分氮。 • 烟煤挥发分氮的析出速度很快，因此主要是要 控制烟煤的着火初期NOx析出。 • 控制烟煤NOx，空气分级是非常有效的措施。
2.3 分级配风技术
（2）径向空气分级燃烧 将二次风射流轴线向水冷壁偏转一定角度，形成一次风
煤粉气流在内，二次风在外的径向分级燃烧。此时，沿炉膛 水平径向把煤粉的燃烧区域分成位于炉膛中心的贫氧区和水 冷壁附近的富氧区。由于二次风射流向水冷壁偏转，推迟了 二次风与一次风的混合，降低了燃烧中心氧气浓度，使燃烧 中心α<1，煤粉在缺氧条件下燃烧，抑制了NOx 的生成。由 于在水冷壁附近形成氧化性气氛，可防止或减轻水冷壁的高 温腐蚀和结焦。同时,在一次风和炉膛水冷壁之间形成一层风 膜,达到风包粉的效果,同样起到了防止炉内防结渣的目的。
1.1 NOx生成类型
• 热力型氮：空气中氮在高温下氧化产生
O2 N 2O N O N 2 NO N N O2 NO O
在高温下总生成式为
N2 O2 2NO
NO

1 2 O2

NO2
1.1 NOx生成类型
• 快速型氮： 在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，由于燃料挥发物中
低NOx燃烧器特点：
3.1 低NOx燃烧器（LNB）
（5） 烟气再循环低NOx燃烧器（三菱公司）
3.2 空气分级的燃烧器布置
强化空气分级燃烧的主要形式： （1）整体炉膛分级燃烧系统即OFA系统，整体炉膛分级燃烧系 统以轴向空气分级燃烧为基础。 （2）同轴燃烧系统CFS以径向空气分级燃烧技术为基础。 （3）低NOx同轴燃烧系统LNCFS，不仅在炉膛轴向，同时 在燃烧器区域的炉膛径向实现分级燃烧。 （4）TFS2000燃烧系统（CE公司），采用紧靠最上层一次风 煤粉喷口的紧凑布置燃尽风（CCOFA）和远离最上层一次风煤 粉喷口的多层分离燃尽风（SOFA）的多级OFA与CFSⅠ的组合 形式。
• 安全稳定燃烧和减排NOx恰好构成了一对矛盾，现行各种低 NOx燃烧方法对炉内火焰稳定性和燃料的完全燃烧程度都有明 显不利的影响，因此选择合理的NOx控制措施必须兼顾燃烧经 济性和安全性的影响。
2.2 低氧燃烧技术
氧量 (%) NOx (mg/mg3, @6% O2)
10
2#炉
800
9
8
NOx
7
通过燃烧优化试验，在经济性、安全性和低NOx 排放之间取得平衡，得到经济运行氧量曲线。
2.3 分级配风技术
（1）轴向空气分级燃烧 在燃烧器上方一定位置处开设一层或多层燃尽风喷口，将
助燃空气沿炉膛轴向分级送入炉内。在第一阶段，将供入炉膛 的空气量减少到总燃烧空气量的70%～75%左右，燃料先在贫 氧条件下燃烧。此时第一燃烧区内过剩空气系数α<1，降低了 燃烧区内的燃烧速度和温度水平。使燃料中的N在还原性气氛 中转化成NOx的量减少，而且将已生成的NOx部分还原，使 NOx排放量减少。在燃尽风喷口附近的第二燃烧区内，喷入的 空气与第一燃烧区内生成的烟气混合，剩余燃料在α>1的富氧 条件下完成燃烧过程。