低氮燃烧及改造

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。
不同煤种的NOx排放
燃用高挥发分，低氮分的煤有利于降低锅炉NOx的排放。
2.4 配煤掺烧技术
NOx(mg/m3)
500.0 400.0 300.0 200.0 100.0
0.0 0
20
40
60
80
100 120
神华煤中优混煤掺烧比例（％）
2.4 配煤掺烧技术
烟煤占25%时的NOx排放较低
3 低氮燃烧改造
SCR 控制NOx
氨的 喷射系统
氨的 输送系统
氨的 储存系统
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。
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）
低氮燃烧及改造
广东电网公司电力科学研究院 2009年9月
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
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
• 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。
2.3 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
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
碳氢化合物高温分解生成的CH自由基可以和空气中氮气反应生 成HCN和N，再进一步与氧气作用以极快的速度生成。
NOx脱除效率 ％
1.2 低NOx控制方法
100 各种脱硝技术的脱硝效率
80% 80
40～ 70％
60 30～ 50％
40 30～40％
燃料再燃 控制NOx 空气分级 控制NOx
低NOx 燃烧器
20
15～ 20％
0
空气分级 低NOx燃烧器 再燃 SNCR SCR
燃尽风 主燃区
SNCR 控制NOx
SCR的 催化剂系统
结论：适当关小周界风
2.3 分级配风技术
300MW贫煤锅炉配风试验结果
2.3 分级配风技术
• 增加运行磨煤机，即增加三次风量，相当于形成分级燃烧， 在某种程度上对降低NOx是有利的，但对飞灰可燃物和锅炉 热效率有不利影响。
2.3 分级配风技术
• 也有学者认为三次风的存在导致了相当数量的NOx生成，对 降低NOx不利，主要是三次风细粉中的燃料氮在大过剩空气 系数下氧化造成，并得到一些试验证明。
1.1 NOx生成类型
• 燃料型氮：由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。
煤燃烧中的氮化学
一次热解
二次热解
氧化
还原
挥发分氮
碳黑氮
原煤氮
焦炭氮
HCN NH3
N2O
还原
NO
N2
残余焦炭氮
煤氮的反应路线取决于氮的赋存形态及其所处的反应环境!
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
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。
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）
2.3 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
2.3 分级配风技术
“火上风”喷口
一次风煤粉 和二次风
α: 1.1~1.2 α: 0.8~0.9
轴向空气分级燃烧
2.3 分级配风技术
NOx (ppm)(6% O2)
600
500
400
300
200
100
0
1.3 1.2 1.1
1
0.9 0.8
一级燃烧区过量空气系数a1
N:1.0% N:1.15% N:2.6%
（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）
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。
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