电站燃煤锅炉低NOX燃烧技术ppt课件

电站燃煤锅炉低电站燃煤锅炉低NOX燃烧技术燃烧技术一、煤粉燃烧过程中一、煤粉燃烧过程中NOX的生成途径的生成途径 煤粉燃烧过程中所生成的氮氧化物主要是NO和NO2，通常把这两种氮氧化物合称为NOX。其中NO约占95%以上。煤粉燃烧过程中因NOX的生成机理不同可分为热力NOX、燃料NOX和快速NOX。q热力NOX：热力NOX是燃烧用空气中的N2在高温下氧化而生成的氮氧化物。q燃料NOX：燃料NOX是燃料中的有机氮化合物在燃烧过程中氧化形成的氮氧化物。q快速NOX：快速NOX是碳氢化合物在燃烧时分解的中间产物与N2反应得到。在在煤煤粉粉的的燃燃烧烧过过程程中中，燃燃料料NOX约约占占70 90%，热热力力NOX约约占占10 30%，快速，快速NOX所占比例所占比例 5%，通常被忽略。，通常被忽略。电站燃煤锅炉低NOX燃烧技术一、煤粉燃烧过程中NOX的生成途11影响热力影响热力NOX生成的主要因素生成的主要因素q热力NOX起源于空气中的N2，主要是在1800K以上的高温区产生，其化学反应为N2+O=NO+NN+O2=NO+H 上述反应在高温下的特点是正反应速度比逆反应速度快，且与反应温度、反应时间和O2的浓度成正比，因此影响热力NOX生成有温度：在燃烧过程中，温度越高，生成的NOX量越大。煤粉锅炉中的燃烧温度通常高于1500，因此易产生较多的NOX。过剩空气系数：由于O2的浓度对热力NOX有直接的影响，因此过剩空气系数对NOX有着明显的影响。在煤粉锅炉燃烧过程中，当=1.11.2范围时，NOX的生成量最大，而偏离这个范围时，NOX的生成量会明显减少。时间：当N和O处于高温区的时间越长，N和O的反应越充分，则生成的NOX越多。1影响热力NOX生成的主要因素温度：在燃烧过程中，温度2 煤中的含氮量约在0.43%，这些氮在燃烧中被分解后释放，形成NHi、HCN等中间产物，通过与OH、O、O2等进行反应，一部分转换为NO，其余的还原成N2。因此，燃煤中的含N量越高，燃烧过程中煤中N转化为NOX也就越多。2影响燃料影响燃料NOX生成的主要因素生成的主要因素由于燃料氮在较低的温度下分解，所以燃料NOX的生成对温度的依赖性比较低。研究表明，当燃料过浓时，即当量比较大时，燃料氮向NO的转化率减小，在=1.4时达到最小值。煤粉燃烧过程中生成的燃料NOX源于煤中挥发分所含氮和焦炭所含氮，焦炭中的氮向NOX的转化率很低，主要还是挥发分中的氮燃烧生成NOX。煤中的含氮量约在0.43%，这些氮3挥发分挥发分NOX的多少，将具体取决于下述三个因素：的多少，将具体取决于下述三个因素：q 着火区段中挥发分释出量 挥发分释出量越多，较多的燃料N以气相释出转入挥分中，因而生成的挥发分NOX也越多。而挥发分释出量与煤种和热解温度有关，煤种挥发分高，热解温度高，则挥发分释出量多，因而挥发分NOX也多。q 着火段中的氧浓度 氮化合物只有经过氧化反应才能生成NOX。着火段中氧浓度增加，则挥分发分NOX增加。反之，当氧浓度减少，挥发分N不易转变成NOX；且由于此时挥发分N浓度较高，挥发分N的相互复合反应以及对NOX的还原反应增强，使挥发分NOX减少。q 在着火段中的停留时间 在空气较多时，燃料氮释出并转变成NO需要一定的时间，若在着火段中停留时间较长，则生成的NOX增加.在富燃工况下，氮化合物的还原分解或相互复合反应增强，着火段中停留时间长，使NO和HCN，NH3等得到充分分解和复合反应，则挥发分NOX减少。挥发分NOX的多少，将具体取决于下述三个因素：43.炉内炉内NOX的生成特性的生成特性煤粒在炉内的燃烧过程可以分为三个阶段：煤粒在炉内的燃烧过程可以分为三个阶段：q初始阶段，温度低，反应十分缓慢；q挥发分释出并着火燃烧阶段，温度急剧升高；q焦炭燃尽阶段，氧气浓度浓度减少，氧化反应减慢。三个阶段的三个阶段的NOX的生成或分解反应有所不同的生成或分解反应有所不同q第一阶段，NOX的生成或分解都很少；q第二阶段，温度很高，氧浓度大，NOX的生成和分解反应都进行得很快，但NOX的生成反应要快得多，因而NOX浓度急剧增加。也有部分NOX转变成N2。当炉温达到最高值时，NOX浓度也达到最大值；q第三阶段，进入焦炭燃尽阶段，氧浓度减少，这时虽然不断地生成焦炭NOX，但是，已经生成的NOX中有部分被焦炭还原分解生成N2而逐渐减少。3.炉内NOX的生成特性煤粒在炉内的燃烧过程可以分为三个阶5挥发分挥发分NOX和焦炭和焦炭NOX情况的说明：情况的说明：q挥发分NOX是燃料NOX的主要组成部分，它是在燃烧初始阶段形成的，也即在距燃烧器很近的地方生成的。所以，燃烧器运行工况变化将影响挥发分NOX的多少。换句话说，可以通过改进燃烧器的设计与运行工况来控制燃料与空气的混合程度，从而使挥发分NOX减少。炉内NOX的生成特征(a)NOX生成过程 (b)燃料N向NOX和N2的转变率q焦炭NOX是在火焰尾部生成，这时燃料与空气已混合在一起，所以，改变燃烧器运行工况对焦炭NOX生成的影响不大。因此，焦炭NOX一般不容易控制。q由于焦炭可将已生成NOX还原分解，故NOX减少，焦炭NOX的转变率较低，约为1216%。即使挥发分NOX的转变率较高，但总的燃料NOX的转变率也只有2050%。其主要与燃料中含N量、挥发分、过剩空气系数和燃烧温度等因素有关。挥发分NOX和焦炭NOX情况的说明：炉内NOX的生成特征焦炭6燃煤火焰 对NOX的影响4.煤粉燃烧过程中热力煤粉燃烧过程中热力NOx与燃料与燃料NOx的有关影响因素：的有关影响因素：q 炉温 在煤粉锅炉中，最高温度Tmax=1600，与煤种及燃烧工况有关。l炉温较高，故热力NOX比例较大；l当燃用褐煤和其他劣质煤时，炉温度低，热力NOX较少，燃料NOX相对较多。快速NOX一般均很少。q 过剩空气系数 对燃料NOX和热力NOX都有影响，当值增加时，热力NOX增加。l当1），通过和碳氢化合物及碳氢化合物的中间产物，如HCN，与NO进行还原反应（逆反应），从而减少NO。在再燃区的燃尽阶段补入空气，使炉内的燃料最终燃尽。采用再燃法技术的锅炉一般都能将NOX的排放量约60%。再燃法降低NOX技术在锅炉中应用 再燃法的实际应用：再燃法降低NOX技术在锅炉16 右图电站锅炉过剩空气系数与NOX排放量和锅炉经济性的关系(a)1-200MW；2-50MW。(b)500MW燃煤机组锅炉燃烧调整试验结果。3.低氧燃烧低氧燃烧 低氧燃烧是在炉内过剩空气系数较低的工况下运行。对于燃气与燃煤的扩散火焰，NOX最大量处在1区域，故当减少时，NOX减少。实际锅炉采用低氧燃烧时，可降低NOX，且锅炉排烟热损失减少，对提高锅炉热效率有利；但CO、CnHm、烟黑等有害物质相应增加，飞灰可燃物可能增加，使燃烧效率降低。故在确定低范围时，必须兼顾燃烧效率、锅炉效率和NOX等有害物质最少的要求。右图电站锅炉过剩空气系数与NO17q液态排渣煤粉炉为1025%q固态排渣煤粉炉则在15%以下q燃用着火困难的煤时，由于炉温降低受到燃烧稳定性的限制，故不宜采用。4.烟气再循环烟气再循环将部分低温烟气直接送入炉内，或与空气（一次风或二次风）混合送入炉内。因烟气吸热和稀释了氧浓度，使燃烧速度和炉内温度降低，因而热力NOX减少。NOX的降低与烟气再循环率的关系q烟气再循环法特别适用于燃用含N量少的燃料；q对于燃气锅炉，NOX降低最显著，可减少2070%；q燃用重油时，NOX减少1050%；液态排渣煤粉炉为1025%4.烟气再循环NOX的降低与18 再循环烟气量一般以烟气再循环率r来表示，它是再循环烟气量与无再循环时的烟气量的比值，即 当r增加时，NOX减少。当r太大，炉温降低较多，燃烧不稳定，化学与机械不完全燃烧热损失增加。因此，再循环率r一般不超过30%。一般大型锅炉限制在一般大型锅炉限制在1020%，这时这时NOX降低降低2535%再循环烟气引入示意图再循环烟气量一般以烟气再循环率r来表示，它195.低低NOX燃烧器燃烧器（1）PM燃烧器PM燃烧器是基于过剩空气系数对NOX的变化关系，利用煤粉的浓淡偏差使部分燃烧在空气不足下进行，即燃料过浓燃烧；另一部分燃烧在空气过剩下进行，即燃料过淡燃烧。过浓燃烧或过淡燃烧时都不等于1，前者1，故又称非化学当量比燃烧或偏差燃烧。q 过浓燃烧：因氧气不足，燃烧温度不高，所以燃料NOX和热力NOX都不高。q 过淡燃烧：因空气量很大，燃烧温度降低，使热力NOX降。浓淡偏差燃烧在总风量不变时，调整上下喷口的燃料与空气的比例，并保证浓淡两部分燃烧气体充分混合并燃尽。方法较简单，NOX显著减少。5.低NOX燃烧器浓淡偏差燃烧在总风量不20（2）日立公司新型旋流低日立公司新型旋流低NOX燃烧器燃烧器q特点：特点：分级送风、将一、二、三次 风混合推迟。加装稳焰环，提高火焰稳定性，可明显减少飞灰中可燃物。（3）美国）美国ABT公司低公司低NOX旋流燃烧器旋流燃烧器（OPTI-FLOW燃烧器）燃烧器）（2）日立公司新型旋流低NOX燃烧器（3）美国ABT公司低21ABT公司公司OPTI-FLOW燃烧器燃烧器ABT公司OPTI-FLOW燃烧器22OPTI-FLOW燃烧器用于四角切圆锅炉燃烧器用于四角切圆锅炉A.二次风流量分配器，控制该二次风以确保火焰的稳定和低NOX燃烧。B.二次风的遮护板，防止外部空气直接进入炉膛和低NOX喷嘴旁路。C.可调节喷嘴角度并防止煤粉回吹。OPTI-FLOW燃烧器用于四角切圆锅炉23（4）DRB燃烧器燃烧器 美国BW公司开发的DRB型双调风燃烧器是一种低NOX燃烧器，主要特点是二次风分为内外两个部分。q 内层二次风作引燃煤粉用q 外层二次风用来补充已燃烧煤粉所需的空气，使之完全燃烧内、外层二次风的旋转方向是一致的，燃烧器对冲布置在炉膛的前后墙上。内层二次风经轴向叶片形成旋转射流，通过改变轴向叶片的角度可实现内层二次风道的关闭以及内层二次风的旋转强度的调节。外层二次风流经切向叶片形成旋流强度很高的外层二次风射流，外层二次风的旋流强度可通过调节切向叶片的角度得到改变。内、外层二次风的风量比例约为6:4。调整内层二次风的旋转强度，可以将炉膛内的高温烟气卷吸到煤粉着火区，使得煤粉得到点燃和稳定燃烧。调整外层二次风的旋转强度，可控制外层二次风与已燃煤粉气流的混合过程，在炉膛内实施分级送风燃烧，既保证了煤粉的燃尽，也降低了NOX的生成。（4）DRB燃烧器内、外层二次风的旋转方向是一致的，燃烧器对24B&W公司公司调风旋流燃烧器调风旋流燃烧器B&W公司调风旋流燃烧器25（5）阿尔斯通公司的四角切园低氧化氮燃烧系统采用下列三种关键技术）阿尔斯通公司的四角切园低氧化氮燃烧系统采用下列三种关键技术q同心切园燃烧系统同心切园燃烧系统q分离式分离式OFA（组合上二次风和（组合上二次风和/或分离上二次风）或分离上二次风）q 特别设计的煤粉火嘴特别设计的煤粉火嘴一次风一次风,燃燃料和二次风料和二次风同心切园燃烧系统同心切园燃烧系统的水平断面图的水平断面图 同心燃烧系统偏同心燃烧系统偏离二次风离二次风（5）阿尔斯通公司的四角切园低氧化氮燃烧系统采用下列三种关26四角切园燃烧系统四角切园燃烧系统TangentialFiringSystem一次风一次风,燃燃料和二次风料和二次风Primary Air,Fuel,&Secondary Air四角切园燃烧炉膛的水平断面图四角切园燃烧炉膛的水平断面图 Plan View of Tangentially Fired Furnace四角切园燃烧系统一次风,燃料和二次风PrimaryAir27q 分离式分离式OFA降低氮氧化物降低氮氧化物分离式OFA降低氮氧化物28q煤粉火嘴煤粉火嘴利用钝体产生的扰动强化扰动利用钝体产生的扰动强化扰动混合和使着火点提前混合和使着火点提前起伏突变的表面形状能控制风起伏突变的表面形状能控制风煤的混合和着火点煤的混合和着火点煤粉火嘴利用钝体产生的扰动强化扰动混合和使着火点提前29 低氮氧化物燃烧系统低氮氧化物燃烧系统 Low NOx Firing System带导向翼的组合式上二带导向翼的组合式上二次风次风带钝体带钝体煤粉火嘴煤粉火嘴同心燃烧系统同心燃烧系统低氮氧化物燃烧系统30低氮氧化物同心燃烧系统低氮氧化物同心燃烧系统LowNOxConcentricFiringSystem(LNCFS)低氮氧化物煤粉火嘴低氮氧化物煤粉火嘴LowNOxCoalNozzleTips组合式上二次风组合式上二次风-I,III类类CloseCoupledOverfireAir(CCOFA)-LevelsI&III单级分离上二次风单级分离上二次风-II,III类类Single-levelSeparatedOverfireAir(SOFA)-LevelsII&III同心燃烧系统同心燃烧系统ConcentricFiringSystem(CFS)LNCFS Level III低氮氧化物同心燃烧系统LowNOxConc31HTNR型低型低NOx旋流式燃烧器旋流式燃烧器 巴布科克一日立的HT-NR型低NOx旋流式燃烧器（东锅引进）是在燃烧器一次风管中设置调节杆，一次风管出口装有齿状环形稳焰器，在环形二次风管内装有隔板。挥发分燃烧区；还原区；NOx分解区；碳燃尽区 HTNR型低NOx旋流式燃烧器巴布科克一32电站燃煤锅炉低NOX燃烧技术ppt课件33特点特点：1.调节杆可沿轴向移动，控制火焰位置。2.齿状环形稳焰器可将一次风管出口的煤粉引向中心回流区，阻止粗煤粉颗粒向回流区外扩散，并在齿环的外围形成小回流区，有利于着火区的高温烟气回流，促使煤粉快速、稳定着火。3.隔板的作用是将三次风（即外二次风）分割为两股，从不同位置上送入着火后的煤粉气流中，推迟了三次风与火焰的混合，以利形成还原性气氛和宽广的还原区，促进NOx的还原。4.在还原区后，送入二次风，促进还原区残留的未燃尽物与空气混合，实现完全燃烧。浓燃料区域（=0.4）；中间加入空气的区域（=0.7）；加入三次风的燃尽区（=1.2）与普通的双调风燃烧器相比，同一未燃尽物条件下，可减少40%的NOx。特点：浓燃料区域（=0.4）；中间加入空气的区域（34FW技术的双调风旋流式燃烧器技术的双调风旋流式燃烧器 结构与工作原理结构与工作原理:1.一次风通道由内、外套筒的环形通道和环形通道外围的四个椭圆形喷嘴组成。2.内套筒可以通过调节机构向前或向后移动。3.调节内套筒的位置是为了改变一次风的速度，控制一次风与二次风的混合状态，改变内回流区的位置和大小。目的是控制火焰形状，调节着火点位置，控制NOx的生成量。4.煤粉气流由切向进入一次风环形通道，在环形通道中产生弱旋转，同时利用外套筒上的混合器（防涡流杆），可使一次风通道中的煤粉分布均匀。5.煤粉气流通过椭圆形通道时，被分隔成四束气流，有利于扩大煤粉气流与热烟气的接触面，使煤中挥发物尽快析出，既可稳定燃烧，还能形成还原性气氛，使挥发物中的氮转换成N2，以减少NOx的生成量。FW技术的双调风旋流式燃烧器结构与工作原理:356.二次风为分级配风，二次风由切向进入多孔均流板和外调挡板，通过双调风通道从两个独立的环形喷口射出。7.内二次风通道中装有可调挡板，用来调节内二次风的旋流强度。8.内二次风量和外二次风量的比例可由均流孔板外部的可移动式套筒挡板控制。FW双调风低NOx燃烧器 二次风为分级配风，二次风由切向进入多孔均流板和外调挡板，通36带中心风的旋流式燃烧器带中心风的旋流式燃烧器 特点：1.带中心风的旋流式燃烧器在结构上与双调风旋流式燃烧器大致相同，但燃烧器出口气流在旋流二次风和中心直流风以及稳焰器的共同作用下形成两个回流区。2.内二次风具有很强的旋流强度，使燃烧器出口气流产生较大的回流区，由于中心风（三次风）的作用，促使煤粉气流中大部分煤粉集中在两个回流区中，扩大了煤粉气流与回流区中热烟气的接触面积，有利于煤粉气流稳定着火。3.在火焰初始阶段，由于煤粉浓度高，形成富燃料区，而在火焰外围形成富氧区。即火焰形成二级燃烧，以实现低NOx燃烧。带中心风的旋流式燃烧器特点：37带中心风的低NOx燃烧器 带中心风的低NOx燃烧器38两级燃烧与两级燃烧与MACT（mitubishiadvancedcombustlontechnology）燃烧技术）燃烧技术 1.两级燃烧是把燃烧所需要的空气量两段送入炉膛，第一级的空气量大约为80%左右，从主燃烧区送入；第二级的空气量大约为20%左右，从燃烧区的上方送入，两级喷口之间的距离为1.52m。采用两级燃烧方式，主要用于降低NOx的生成量。2.采用两级燃烧法，在燃烧中心区（第一段燃烧区）过量空气系数小于1，为缺氧燃烧。由于燃料不能完全燃烧，火焰温度比较低，因而温度型NOx的生成量减少；同时，由于缺氧，燃料型NOx的生成量也减少。当第二级空气送人后，因炉膛的冷却作用，火焰温度已降低。因此，在第二段燃烧区域中，虽然过量空气系数大于1，火焰中有剩余氧存在，但因温度低，燃料型和温度型NOx的生成量都大幅度降低。3.采用两级燃烧法，应保证第二级空气与燃尽区火焰的混合良好，否则将造成不完全燃烧；一次燃烧区内由于缺氧，形成还原性气氛，这将使灰熔点降低，不仅容易引起结渣，还会产生水冷壁的高温腐蚀；由于燃烧分段进行，火焰拉长，如果组织不好，焦炭难以燃尽，还会引起炉膛出口处的受热面结渣。两级燃烧与MACT（mitubishiadvancedc39两级燃烧与MACT燃烧 两级燃烧与MACT燃烧40A-MACT炉内脱氮技术炉内脱氮技术 1.MACT技术是控制主燃烧区的燃料与空气比为0.80.9，在主燃烧器上方设置OFA供风，使主燃烧区产生的碳氢化合物被活化，并在OFA的上部留有足够的空间，使主燃烧区生成的NOx到达OFA区时，由于缺氧而被还原成N2。2.在主燃烧器的上二次风OFA喷口上部再设置一层附加空气AA（addition air）未燃物与AA供风混合后，被充分燃烧。3.将AA供风进一步细分为上、下两层或多层，不仅可促进未燃物与空气的均匀混合，提高燃烧效率，而且能提高附加风的调节性能。4.这种方式称为AMACT燃烧技术，advancedMACT（A-MACT）炉内脱氮技术可将NOx控制在120300mg/m3标准状态下。A-MACT炉内脱氮技术MACT技术是控制主燃烧区的燃料与41A-MACT炉内脱氮技术示意图 A-MACT炉内脱氮技术示意图42扩大还原燃烧技术扩大还原燃烧技术 扩大还原燃烧技术是新型低NOx旋流式燃烧器及IAP供风方式相配合，形成另一种风格的燃烧技术。1.对于低挥发分煤，仅依靠燃烧器进行火焰内脱氮难以达到预期效果，为此，推出扩大还原燃烧技术（INPACT）。2.这种技术的核心是在主燃烧区与燃尽区之间留有较大的空间，并注入IAP供风（分级风），形成HCN、NH；、HC等还原性气氛，促使NOx还原。3.同时采用分级技术还可有效的控制未完全燃烧。4.有关文献的数据表明，采用扩大还原燃烧法与原来的两段燃烧法相比，在燃料与空气比为0.80.9的范围内，NOx减少了35%，由300400mg/m3（标准状态下）降低到200280mg/m3（标准状态下）。扩大还原燃烧技术扩大还原燃烧技术是43扩大还原燃烧技术 扩大还原燃烧技术44丹麦史密斯穆勒公司四角切圆配风技术丹麦史密斯穆勒公司四角切圆配风技术主要特点：主要特点：l燃烧器火焰低氧燃烧+风包煤+多级配风l风包煤和多级配风加强保护水冷壁不受高温火焰的直接侵蚀，避免水冷壁高温腐蚀，降低超临界锅炉水冷壁的局部热强度。lOBA配风可使燃烧初期产生的NOx被还原，从而控制并降低燃烧过程中NOx的生成量，同时也进一步保护了水冷壁。lOBA配风从炉膛四壁上沿切圆周向垂直射入，加强了火焰后期空气与可燃物的混合，避免了混合不良问题，同时对四角切圆燃烧固有的残余旋转造成的热偏差起削弱作用。丹麦史密斯穆勒公司四角切圆配风技术OBA配风从炉膛四壁上沿切45自主新开发的外卷吸烟气式低自主新开发的外卷吸烟气式低NOX煤粉燃烧器煤粉燃烧器l利用渐缩气流抽吸炉内烟气；l高温烟气与煤粉气流混合加快了挥发分的析出和着火；l由于烟气混合，降低了氧气的浓度，从而抑制了NOX的生成。自主新开发的外卷吸烟气式低NOX煤粉燃烧器46l中心钝体形成烟气的中心回流区，对煤粉燃烧起到稳燃作用。l在燃烧器出口前的直管段中安装三角形导流块，可以进行煤粉的浓淡分离燃烧。l适合于烟煤、无烟煤、劣质煤等。中心钝体形成烟气的中心回流区，对煤粉燃烧起到稳燃作用。47自主新开发的锯齿边稳燃腔燃烧器自主新开发的锯齿边稳燃腔燃烧器 该燃烧器利用锯齿边进行浓淡分离，同时利用锯齿边形成高温烟气回流，与钝体形成的中心烟气回流一起加热煤粉气流，促进煤粉的稳定燃烧，也可抑制了NOX的生成。在燃烧器出口前的直管段中也可安装三角形导流块进行煤粉的浓淡燃烧。该燃烧器适合于烟煤、贫煤、无烟煤和劣质煤的稳燃，并对降低NOX排放有一定的效率。锯齿边式稳燃腔燃烧器示意图 自主新开发的锯齿边稳燃腔燃烧器锯齿边式稳燃腔燃烧器示意图48