循环流化床锅炉低氮改造

hg8023 · 发表于 2015-11-3 19:22:06

<循环流化床锅炉低氮燃烧技术改造>

　　
 随着我国经济的飞速发展，工业废水、废气等排放物对环境的污染也进一步加深；热电厂排放烟气中的SO2及NOx也是造成大气污染的因素之一。因此，近年来国家对电厂烟气排放作了详细的规定（各地区标准不一）。为更好的执行国家排放标准，使我们生活的环境更清洁，我公司技术人员联合有关国家专业院校，共同研究，开发出了一整套循环流化床锅炉低氮燃烧技术，现简介如下：
１、氮氧化物的产生机理
在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机理一般分为如下三种：
（a）热力型 
    燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。
随着反应温度T的升高，其反应速率按指数规律。当T<1500℃时，NO的生成量很少，而当T>1500℃时，T每增加100℃，反应速率增大6-7倍。
热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式) 
                        O2+N→2O+N
                      O+N2→N0+N
                      N+O2→NO+O
     在高温下总生成式为
                         N2+O2→2NO
                      NO+1/2O2→NO2
   （b）瞬时反应型(快速型)
快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。
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，其形成时间只需要60ms，所生成的与炉膛压力0.5次方成正比，与温度的关系不大。
上述两种氮氧化物都不占NOx的主要部分，不是主要来源。
（c）燃料型NOx
     由燃料中氮化合物在燃烧中氧化而成。由于燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度，在600－800℃时就会生成燃料型，它在煤粉燃烧NOx产物中占60－80％。
在生成燃料型NOx过程中，首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N，CN，HCN和等中间产物基团，然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成，故燃料型的形成也由气相氮的氧化（挥发份）和焦炭中剩余氮的氧化（焦炭）两部分组成。
燃料中氮分解为挥发分N和焦炭N的示意图
2、脱氮技术原理
 
对于没有脱硝设备和脱硝燃烧器的燃煤锅炉来说，也就是采用低氮燃烧技术来减少NOx的生成机会。
1）在燃用挥发分较高的烟煤时，燃料型NOx含量较多，快速型NOx极少。燃料型NOx是空气中的氧与煤中氮元素热解产物发生反应生成NOx，燃料中氮并非全部转变为NOx，它存在一个转换率，降低此转换率，控制NOx排放总量，可采取：
（1）减少燃烧的过量空气系数；
（2）控制燃料与空气的前期混合；
（3）提高入炉的局部燃料浓度。
2）热力型NOx：是燃烧时空气中的N2和O2在高温下生成的NOx，产生的主要条件是高的燃烧温度使氮分子游离增本化学活性;然后是高的氧浓度，要减少热力型NOX的生成，可采取： 
（1）减少燃烧最高温度区域范围;
（2）降低锅炉燃烧的峰值温度;
（3）降低燃烧的过量空气系数和局部氧浓度。
 　　具体来说，就是在保证锅炉燃烧安全的前提下，采取以下措施来减少氮氧化物的生成：
2.1低过量空气燃烧
使燃烧过程尽可能在接近理论空气量的条件下进行，随着烟气中过量氧的减少，可以抑制NOx的生成。这是一种最简单的降低NOx排放的方法。一般可降低NOx排放15~20%。但如炉内氧浓度过低(3%以下)，会增加化学不完全燃烧热损失，引起飞灰含碳量增加，使锅炉燃烧效率下降。因此，在锅炉运行时，应选取最合理的过量空气系数。
2.2空气分级送入炉膛
基本原理是将燃料的燃烧过程分阶段完成，采用倒三角的配风方式。在第一阶段预燃阶段，将从一次风室供入炉膛的空气量减少(相当于理论空气量的80%)，使燃料先在缺氧的富燃料燃烧条件下燃烧。此时密相区内过量空气系数α<1，因而降低了燃烧区内的燃烧速度和温度水平。因此，不但延迟了燃烧过程，而且在还原性气氛中降低了生成NOx的反应率，抑制了NOx在这一燃烧中的生成量。第二阶段：燃烬阶段，为了完成全部燃烧过程，完全燃烧所需的其余空气则通过布置在密相区中上部及过渡区的专门二次风喷口送入炉膛，与密相区下部在“贫氧燃烧”条件下所产生的烟气混合，在α>1的条件下完成全部燃烧过程。这一方法弥补了简单的低过量空气燃烧的缺点。在密相区内的过量空气系数越小，抑制NOx的生成效果越好，但不完全燃烧产物越多，导致燃烧效率降低、引起结渣和腐蚀的可能性越大。因此，为保证既能减少NOx的排放，又保证锅炉燃烧的经济性和可靠性，必须正确组织空气分级燃烧过程。
2.3燃料分级燃烧
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应，重新还原为N2。利用这一原理，将主要燃料送入密相区，在α>1条件下，燃烧并生成NOx。送入密相区的燃料称为一次燃料，其余15~20%的燃料则在主燃烧器的上部送入悬浮区，在α<1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在密相区中生成的NOx在悬浮区(再燃区)内被还原成氮分子，送入悬浮区的燃料又称为二次燃料，或称再燃燃料。在再燃区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。在采用燃料分级燃烧时，为了有效地降低NOx排放，再燃区是关键。因此，需要研究在再燃区中影响NOx浓度值的因素。
３、循环流化床低氮燃烧改造工艺
３.1前期技术分析
通过对现运行的循环流化床锅炉运行工况的了解，经分析，其主要原因如下：
锅炉燃烧不合理，一、二次风没有做到合理分配，炉膛温度偏高，使得锅炉出口NOx含量偏高。
３.2技改措施和工艺要求
针对以上的具体分析，特别提出了以下的低氮燃烧技改措施和基本原理性工艺要求。
3.2.1 控制供煤系统的燃煤颗粒度
    保证锅炉入口燃煤粒度控制在10mm以下，以降低锅炉一次风用量（煤粉粒径控制不在本次改造范围）。
3.2.2二次风的合理分级
现运行的循环流化床锅炉普遍存在一次风用量偏多，二次风用量偏少的情况，低氮燃烧改造后一次风量会降低，一次风风量降低后，可适当增加二次风风量。但由于原锅炉设计一次风量较大，因此二次风管道配置偏小，因此需对二次风道进行改造；同时需对二次风喷嘴进行改造，在每个二次风管道上设置手动调节门，根据锅炉燃烧情况，调整调节门开度，达到二次风的最佳合理分配。为了更好的进行分级配风，减少NOx的生成。
除了考虑高度方向的分级，还要求对水平方向进行分级，以达到炉膛氧量分配均匀的目标。水平方向的二次风分级主要通过适当调整两侧和中间风管管径的办法来实现。
对于目前设计的传统二次风母管前后联络风箱，这部分风箱一般都需要适当扩大，以满足二次风特殊送风比例关系的要求，否则会影响静压风箱或者等压风箱二次风分配原理，不利于二次风取风点的均匀性。
3.2.3 二次风喷口、射流水平角度和调节阀门的选择
为了不妨碍二次风形成直线型非扩散射流，采用直管段直接插入炉墙。在选材时，与高温物料接触的这一小段金属管件，必须选用耐磨抗高温金属材质。
为了增加二次风在炉膛内的穿透性，提高燃烧效率，适当调整二次风入炉射流的水平夹角。
3.2.5 尾气再循环
在控制燃煤颗粒度的条件下，降低锅炉一次风的风量。同时为了有效减小锅炉一次风含氧量，又满足锅炉一次风流化风量需求，本方案设计从引风机出口挡板门后增设一台离心风机，将引风机出口净烟气通过加压后，送入锅炉一次风机入口，充当锅炉一次风。以有效降低一次风含氧量，增加风量分配调节裕度。
4性能保证
通过锅炉低氮燃烧改造，投标方保证：
1）低氮燃烧改造后，锅炉燃烧效率不小于现有水平，锅炉飞灰、渣的残碳含量不能大于现运行值；
2）不降低现有锅炉运行出力；
3）锅炉出口NOx较原始浓度降低30-50%。

菜蜂 · 发表于 2015-11-10 05:24:07

很好！很强大！

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