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1、低NOx排放煤粉燃烧控制技术哈尔滨电站设备成套设计研究所有限公司,1 NOx的危害,煤燃烧过程中生成的氮氧化物主要是NO及NO2，另外，还有少量N2O等生成，统称NOx。NO能使人中枢神经麻痹并导致窒息死亡，N2O会造成哮喘和肺气肿，破坏人的心、肺、肾及造血组织的功能丧失，其毒性比NO更强。无论NO、NO2或N2O，在空气中的最高允许浓度为5mg/m3（以NO2计）。 NOx和SO2一样，在大气中会通过干沉降和湿沉降方式落到地面，最终的归宿是硝酸盐或硝酸。硝酸型酸雨的危害程度比硫酸型酸雨的更强，因为它对水体的酸化、对土壤的淋溶贫化、对农作物和森林的灼伤破坏、对建筑物和文物的腐蚀损伤等方面丝毫不
2、逊于硫酸型酸雨。同时NOx中的N2O也会引起全球气候变暖的因素之一，虽然其数量极少，但其温室效应能力是CO2的200300倍。,1.1 不同浓度的NO2对人体健康的影响,1.2 NOx对建筑物的影响,1.3 美国洛杉机光化学烟雾,美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。1952年美国洛杉矶发生光化学烟雾，附近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷的森林，29严重受害，33中等受害，其余38也受轻度损害。,2 “十二五”国家主要污染物总量控制(GB13223-2011),GB13223-1996:火电厂大气污染物排放标准，对NOx无要求。（待考证） GB13223-2003:火电厂大气污染
3、物排放标准，对NOx要求。 无烟煤：1300 mg/m3； 贫煤：650 mg/m3； 烟煤：450 mg/m3； GB13223-2011:火电厂大气污染物排放标准，对NOx要求。 基本：100 mg/m3； 局部时段（2003年12月31日以前）：200 mg/m3；,火电厂大气污染物排放标准GB13223-2003,火力发电锅炉及燃气轮机组氮氧化物排放浓度以二氧化氮计，mg/m3时段的划分第1 时段：2003 年12 月31 日前建成投产或通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目第2 时段：2004 年1 月1 日起至2009 年12 月31 日前通过建设项目环境影
4、响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目第3 时段：自2010 年1 月1 日起，通过建设项目环境影响报告书审批的新建、扩建、改建火电厂建设项目,欧洲标准：200 mg/m3 ，挥发分较高、发热量高的商品煤。 美国标准： 180 mg/m3，全部挥发分较高的烟煤； 日本标准： 150 mg/m3，基本是燃烧原煤（包括洗块、洗中、洗末） 中国标准： 200 mg/m3，2003年以前投产的锅炉。 100 mg/m3，2003年以后投产的锅炉。 劣质煤（洗中煤、洗末煤）挥发分低、灰分高、发热量低、高水分的煤种。,一汽集团热电厂：设计煤种：褐煤，挥发分； 700 mg/m3，经过低NOx燃烧技术
5、改造后（30%-50%），300-420 mg/m3 经过SNCR脱硝（40%）： 180-252 mg/m3 经过SCR脱硝（55%）： 81-113.4 mg/m3,3 煤燃烧过程中氮氧化物生成机理,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、在高温区停留时间以及氧的分压有关。 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，生成温度低于热力型，但与氧浓度关系密切，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C5H5N、C6H5NH2等。煤中氮有机化合物的CN结合键能较小，
6、在燃烧时容易分解。从氮氧化物生成的角度看，氧更容易首先破坏CN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%。 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。,1、煤粉燃烧炉各类型NOx生成量与炉膛温度的关系,2、锅炉燃用不同的煤种时NOx排放量数值,影响燃煤电站锅炉NOx生成的主要因素4.1 锅炉燃料特性的影响,煤挥发分中的各种元素比会影响燃烧过程中NOx生成量，煤中氧/氮（O/N）比值越大，NOx排放量越高。 在相同O/N比值条件下，转化率还与过量空气系数有关，过量空气系数大，转化率高，使
7、NOx排放量增加。,4.2 锅炉过量空气系数的影响,当空气不分级燃烧时，降低过量空气系数，在一定程度上会起到限制反应区内氧浓度的目的，因而对热力型NOx和燃料型NOx的生成都有明显的控制作用，采用这种方法可使NOx生成量降低15%20%。但是CO浓度会随之增加，燃烧效率下降。当采用空气分级时，可以有效NOx排放量，随着一次风量减少，二次风量增加，N被氧化的速度降低，NOx排放量也相应下降。,4.3 锅炉燃烧温度的影响 燃烧温度对NOx排放量的影响已取得共识，即随着炉内燃烧温度的提高，NOx排放量上升（见右图）。,影响NOx生成的主要因素是： 一、炉膛温度水平，炉膛温度越高，NOx排放量越大；
8、二、高温燃烧区的含氧量，过量空气系数越高，NOx排放量越大。因此在低NOx燃烧器设计时，在高温区低氧、在相对低温区过氧的燃烧方式。,炉膛温度水平分布,煤粉燃烧器区域的温度水平最高，通常我们称之为火焰中心。约1700 左右。随着煤粉粒子的旋转移动，水冷壁的吸热，烟气温度水平逐渐下降。 我国热力计算规定的火焰中心是：上下一次风中心标高+3m。为燃烧器的火焰中心。可以这样认为，对于410 t/h锅炉，上一次风喷口中心+4.2m，烟气温度水平约降低350左右。因此，我们把炉膛分为三个区域。,5 NOx的控制技术与分析,目前控制NOx排放的措施大致分为两类： 一类低NOx燃烧技术，通过各种技术手段，改变
9、燃烧条件来控制燃烧关键参数，以抑制NOx生成或破坏已生成的NOx，达到减少排放的目的。 一类是烟气净化技术，脱除烟气中的NOx。包括湿法脱氮技术和干法脱氮技术。湿法脱氮技术有选择性催化还原（SCR）法、选择非催化还原（SNCR）法、吸收法。干法脱氮技术有吸附法、等离子活化法、生化法。,5.1 低NOx燃烧技术切向燃烧（直流）,采用低NOx燃烧器煤粉燃烧器区域水平空气分级（CFS系统）沿炉膛高度方向深度空气分级（SOFA燃尽风）,5.2 远通纸业改造75t/h锅炉实例,改造前：500-600 mg/m3改造后：290-350 mg/m3脱销效率：48%左右,5.3 辽阳石化公司热电厂410t/h
10、锅炉改造实例,改造前：550 mg/m3改造后：280-350 mg/m3脱销效率：44%左右,改造前：800-1000 mg/m3改造后：424-550 mg/m3脱销效率：44%左右,5.4 平果铝业热电厂220t/h锅炉改造实例,5.5 中山鸿兴纸业公司75t/h锅炉改造实例,改造前：720 mg/m3改造后：330-380 mg/m3脱销效率：54 %左右,低氮改造+SNCR CFD模型技术,低氮改造+SNCR CFD模型技术,SmartBurn 低氮燃烧器,SmartBurn SOFA喷嘴,燃尽风流线图,低氮改造+SNCR CFD模型技术,低氮改造+SNCR CFD模型技术,低氮改造
11、+SNCR CFD模型技术,第一汽车集团公司热电厂8号锅炉是北京锅炉厂设计制造的BG-130/39-M5型锅炉。锅炉采用单锅筒、“”型布置、自然循环、固体排渣，室内钢架支撑形式，轻型炉墙结构。前部竖井为燃烧室，尾部竖井由上至下交替布置了两级省煤器和两级空气预热器，在水平烟道中布置了两级蒸汽过热器，在两级蒸汽过热器中间，设置了喷水减温系统。 锅炉采用正四角切向布置的直流煤粉燃烧器，制粉系统采用钢球磨机中储仓热风送粉，假想切圆为500mm，平衡通风。 原设计也未曾考虑NOx的控制排放，现阶段7号锅炉NOx的排放超标。 参考国内外火电机组的NOx控制趋势和当地的环保发展要求，建议第一汽车集团公司热电
12、厂8号锅炉首先采用低NOx燃烧控制技术来降低NOx排放量，基于煤粉燃烧器的结构特点、燃煤特性和锅炉运行情况，吉林省慧盛机电设备有限公司特别委派技术人员对贵厂进行了深入的了解，针对低NOx燃烧控制技术问题，在慎重综合现场运行状况和所提供的设备及燃煤资料基础上，提出具体的低NOx燃烧控制技术改造方案。,6 工程概况,6.1 设计煤质,6.2 煤粉燃烧器,传统燃烧器的NOx排放量,7 改进措施,SOFA燃尽风,停磨时温风送粉系统,送粉系统乏气管道,1）、 一次风喷口采用先进的水平浓淡分离燃烧技术，采用水平钝体，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）
13、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） 中二次风采用延迟混合型一、二次风的偏置二次风设计，确保NOx大幅度减排； 5） 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3600 mm左右）SOFA燃尽风，采用分级送入的高位分离燃尽风系统，燃尽风喷口能够水平方向摆动，有效控制汽温及其偏差。 6） 所有的二次风分风门的电动执行器固定在风道之上，使得执行器与风门一起膨胀。,低NOx煤粉燃烧器+CFS+SOFA的功能,7.1.2 低NOx煤粉燃烧器水平浓淡煤粉燃烧器,一、低NOx煤粉燃烧器稳燃原理： 浓度约为0.40.5 kg/kgair为一
14、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可以达到0.60.8 kg/kgair，这股气流位于向火侧，形成内切圆；煤粉浓度提高后，其着火温度降低，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低，淡煤粉气流的煤粉浓度可以达到0.30.1 kg/kgair，以空气为主，位于背火侧，形成外切圆。,7.1.3 低NOx煤粉燃烧器的性能,一、低NOx煤粉燃烧器低NOx排放原理 燃料燃烧时，燃料氮几乎全部迅速分解而形成HCN、N、CN、NH等中
15、间产物（自由基），这些中间产物若与氧化物（O、O2、OH）反应生成NO，若与NO反应生成N2；在浓相煤粉燃烧中，由于燃烧初期煤粉浓度高，在波形钝体的作用下着火提前，含氮自由基在还原气氛下析出，并与已生成的NO反应，使得由燃料氮转化来的中间产物还原为N2，从而大大减少了NO的排放。,二、低NOx煤粉燃烧器CFD数值模拟计算,7.1.4 煤粉燃烧器区域水平空气分级同心式燃烧系统（ CFS ）设计的概念,正切贴壁送风(CFS-I)，在水冷壁壁面附近形成氧化性气氛，形成炉膛中心是富燃料，水冷壁四周为富氧气氛，形成“风包粉”结构，有利于防止燃烧器区域结渣和高温腐蚀。,偏置二次风CFS的作用,7.1.5
16、深度空气分级抑制NOx的作用,SOFA燃尽风降低NOx排放原理,影响NOx生成的主要因素是： 一、炉膛温度水平，炉膛温度越高，NOx排放量越大； 二、高温燃烧区的含氧量，过量空气系数越高，NOx排放量越大。因此在低NOx燃烧器设计时，在高温区低氧、在相对低温区过氧的燃烧方式。,炉膛温度水平分布,煤粉燃烧器区域的温度水平最高，通常我们称之为火焰中心。约1700 左右。随着煤粉粒子的旋转移动，水冷壁的吸热，烟气温度水平逐渐下降。 我国热力计算规定的火焰中心是：上下一次风中心标高+3m。为燃烧器的火焰中心。可以这样认为，对于410 t/h锅炉，上一次风喷口中心+4.2m，烟气温度水平约降低350左右
17、。因此，我们把炉膛分为三个区域。,7.1.6 深度垂直空气分级SOFA燃尽风设计的概念,可以水平摆动、和垂直摆动的SOFA燃尽风,火电厂氮氧化物防治技术政策中明确提出:“低氮燃烧技术应作为燃煤电厂氮氧化物控制的首选技术。”这是因为，低氮燃烧技术是根据氮氧化物的生成机理，主要通过采用低NOx煤粉燃烧器、空气水平分级燃烧、深度垂直空气分级燃烧等方法降低煤粉燃烧过程中氮氧化物的生成量的技术。这类技术设备相对简单，投资、运行费用较低，是经济、有效的技术措施。所以，从技术成熟性和成本节约性的角度来看，低氮燃烧技术更加适合我国电力行业的现状。 1、 350mg/m3(O2=6%)是比较理想的目标； 2、 理由如下： 满足国家的目前环保指标 对燃烧效率的影响最小化 最大限度地保证水冷壁不发生高温腐蚀 更低的数值可以通过燃烧调整得到 对锅炉参数的影响最小 经济性较好,6 结 论,谢谢！,
