1、精品word.僅供參考330MW亞臨界機組鍋爐低氮燃燒改造方案（優選.)rdXXXXXX發電有限公司1330MW亞臨界機組鍋爐低氮燃燒改造初步方案北京巴布科克威爾科克斯有限公司BABCOCK&WILCOXBEIJINGCO.LTD.2013年4月目錄一、前言2二、鍋爐概況21.鍋爐容量及主要參數21/13doc格式可編輯精品word.僅供參考2.設計依據33.鍋爐運行條件4三、鍋爐現狀及原因分析5四、低氮燃燒改造初步方案9五、低氮燃燒改造后的預期效果13六、后記13一、前言XXXXXX發電有限公司1330MW亞臨界機組鍋爐自投運以來，滿負荷時NOx排放值高達350550mg/Nm3，負荷降至1

2、80MW時，NOx升高至800mg/Nm3（折算到6%氧量）。由于國家對環保要求越來越嚴，國家最新環保標準火電廠大氣污染物排放標準GB13223-2011已經頒布，按新標準要求，火電機組的NOx排放濃度不超過100mg/Nm3（折算到O2=6%）。自2012年1月1日起，新建火力發電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標準執行；自2014年7月1日起，現有火力發電鍋爐的NOx排放濃度限值按新標準執行。如果執行最新國家環保標準，就需要對鍋爐進行相應的改造，以滿足鍋爐出口的NOx排放值達到不超過100mg/Nm3（折算到O2=6%）的要求。對于NOx排放值超過600mg/Nm3以上的機組，多采用“低氮燃燒

3、改造+SCR”相結合的方法。受電廠的委托，我公司針對低氮燃燒方面提出相應的降低NOx改造初步方案。二、鍋爐概況XXXXXX發電有限公司1330MW亞臨界機組鍋爐采用北京巴威公司B&WB-1196/17.5-M型鍋爐，本鍋爐是按引進的美國B&W公司RBC鍋爐技術設計制造并符合ASME標準技術生產的產品，該型鍋爐為亞臨界參數、一次中間再熱，固態排渣，單爐膛平衡通風，半露天，全懸吊結構，自然循環單鍋筒鍋爐。鍋爐設計燃料為褐煤，采用中速磨冷一次風正壓直吹式制粉系統，每臺鍋爐配有六臺MPS-HP-190型磨煤機，正常運行時投運五臺磨煤機，一臺作為備用，五臺磨煤機可滿足鍋爐最大出力。一臺磨煤機向同墻同層的

4、4只燃燒器供粉，燃燒器分三層對稱布置在鍋爐的前后墻，前、后墻每層各4只燃燒器，共24只燃燒器，前后墻為對沖燃燒方式，并配置B&W標準的雙調風EI-XCL型旋流煤粉燃燒器。本鍋爐采用鋼構架結構，在尾部豎井下設置兩臺三分倉容克式空氣預熱器。1.鍋爐容量及主要參數鍋爐容量及主要參數見表1。2/13doc格式可編輯47.28實際煤種28.97.88符號MtMadAarVdafCar單位%褐煤設計煤種29.6514.4723.4948.3733.57精品word.僅供參考表1鍋爐容量及主要參數名稱過熱蒸汽流量過熱器出口蒸汽壓力過熱器出口蒸汽溫度再熱蒸汽流量再熱器進口蒸汽壓力再熱器出口蒸汽壓力再熱器進口蒸

5、汽溫度再熱器出口蒸汽溫度省煤器進口給水溫度2.設計依據鍋爐燃用褐煤，煤質情況見表2：單位t/hMPa(g)oCt/hMPa(g)MPa(g)oCoCoCBMCR119617.505419994.2014.011341541280表2煤質情況煤質名稱檢測項目全水分空氣干燥基水分收到基灰分干燥無灰基揮發分收到基碳3/13doc格式可編輯THA105617.305418903.7393.570329541272精品word.僅供參考煤質名稱檢測項目收到基氫收到基氮收到基氧全硫收到基低位發熱量哈氏可磨指數煤灰變形溫度煤灰軟化溫度煤灰流動溫度煤灰中二氧化硅煤灰中三氧化二鋁煤灰中三氧化二鐵煤灰中氧化鈣煤灰

6、中氧化鎂煤灰中氧化鈉+氧化鉀煤灰中二氧化鈦煤灰中三氧化硫其它符號HarNarOarSt,arQnet,arHGIDTSTFTSiO2Al2O3Fe2O3CaOMgONa2O+K2OTiO2SO3單位%MJ/kg/103103103褐煤設計煤種2.220.5710.170.3312.053601.151.301.4563.8915.3113.103.000.405.400.002.100.00實際煤種11.1583.鍋爐運行條件鍋爐運行方式：機組采用定壓運行，也可采用定-滑-定方式運行。鍋爐帶基本負荷，并可調峰。制粉系統：采用中速磨正壓直吹冷一次風制粉系統，每爐配6臺磨煤機（5臺運行，1臺備用）

7、，煤粉細度R90=35%。4/13doc格式可編輯精品word.僅供參考三、鍋爐現狀及原因分析1.NOx的形成機理NOx有三種生成機理：第一種為熱力型，系由空氣中的氮與氧在較高溫度下反應生成，該反應一般在1500以上進行，關；第二種為燃料不大，生成溫度低合過程也對其有顯烴基化合物在欠氧為NO，其轉化率與料型NOx比例較其生成量與溫度、在高溫區停留時間以及氧的分壓有型，為煤中的有機氮氧化生成，其生成量與溫度關系于熱力型，但與氧濃度關系較密切，煤粉與空氣的混著影響；第三種為瞬發型（或稱快速型），系由燃料中火焰中與氣體中氧反應生成氰化物，其中一部分轉化化學當量及溫度有關。煤粉燃燒所生成的NOx中，燃

8、大，約為60%80%以上，熱力型約占總量的20%，而瞬發型反應生成的NOx只占很小比例。右圖為煤粉鍋爐中三種類型的NOx生成量與爐溫的關系及各自生成的范圍。2.影響NOx產物生成的主要因素從NOx的形成機理可以看出，煤粉在燃燒過程中產生的NOx主要是燃料型NOx，其次是熱力型NOx，瞬發型（或稱快速型）NOx所占比例較小不超過5%，在設計中一般不予考慮。影響NOx產物生成的主要因素是：燃燒區域溫度、提供的氧量大小、反應時間及燃料中的氮含量。任一因素的增長將直接導致氮氧化物生成的增加。3.原鍋爐的主要熱工參數爐膛尺寸：寬x深x高=15600 x13500 x60000mm。6臺中速磨煤機，對應6

9、層燃燒器，前墻3層、后墻3層，每層布置4只EI-XCL型旋流燃燒器，每臺鍋爐共24只燃燒器，為了保證低負荷穩燃能力，燃燒器采用了相對較集中的布置。鍋爐目前的總體布置圖見圖1、圖2。5/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖1鍋爐總體布置圖(縱向剖視)6/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖2鍋爐總體布置圖(前視圖)本工程的EI-XCL燃燒器（見圖3）是一種適用于煙煤、褐煤的低NOx雙調風旋流燃燒器，這種燃燒器不但具有較好的燃燒效果，而且本身也是一種低NOx燃燒器，降低NOx的原理見圖4，燃燒過程分為4個區：A區為富燃料揮發分析出區；B區為還原性物質生成區；C區為NOx分解區；D區

10、為焦炭的燃盡區。煤粉的主要燃燒過程為：一次風風粉混合物進入爐膛后，在回流高溫煙氣的加熱下，使揮發分快速析出，有利于煤粉著火；一次風中的煤粉著火后，首先與數量較少的內二次風混合實現低氧濃度的富燃料燃燒，由于處于缺氧燃燒狀態，一方面能抑制NOx的生產，另一方面燃燒后會生產大量的還原性物質，而大量的還原性物質能將燃燒過程中生成的NOx分解還原成氮氣（N2），隨著燃燒過程的推進，煤粉再與數量和剛性相對較大的外二次風混合進一步燃盡，煤粉燃燒的整個過程中，控制了二次風引入的時機和數量，燃燒區域內的溫度水平整體降低，因而這種燃燒器既有利于降低燃料型NOx的生成，也有利于降低熱力型NOx的生成。燃燒器設計數據

11、見表3.表3燃燒器設計數據（按設計煤種項目一次風溫THA-100%鍋爐負荷）單位7/13doc格式可編輯數值60精品word.僅供參考二次風溫366磨煤機入口風溫一次風速二次風速（內環）二次風速（外環）一次風率煤粉細度R90磨煤機運行臺數m/sm/sm/s%32816.518.531.535.9355圖3EI-XCL型旋流燃燒器圖4旋流燃燒器原理圖4.鍋爐NOx排放值高的原因從NOx生成機理來看，燃燒器區域熱負荷是影響NOx排放水平的一個重要參數，燃燒器區域溫度的高8/13doc格式可編輯精品word.僅供參考低取決于燃燒器區域熱負荷的大小。本工程原設計燃燒系統因為未設置OFA（NOx噴口），

12、導致燃燒系統沒有形成良好的分級送風效果，雖然本工程所用燃燒器為低氮燃燒器，但是隨著國家環保要求越來越嚴格，現在仍然達不到國家最新環保標準。四、低氮燃燒改造初步方案根據前面第三節“鍋爐現狀及原因分析”，要降低鍋爐的NOx排放值，必須從降低燃燒區域溫度水平、控制主燃燒區的氧量大小、控制煤粉燃燒時與空氣混合的程度和反應時間等方面著手來確定改造方案，同時兼顧鍋爐總體性能。1.增設NOx噴口為了最大限度的降低NOx，需在燃燒系統中設計OFA噴口（NOx噴口），NOx噴口與上排燃燒器中心留的距離根據煤的反應特性確定。增設NOx噴口與燃燒器空氣分級一樣，分級風口的設置，利用燃燒空氣在空間大分級燃燒的原理，降

13、低了主燃燒區域的氧濃度，將主燃燒區域的空氣量控制在理論空氣量以下，一方面，有效地控制了主燃燒區域的溫度，從而降低了熱力型氣氛中，因而大大降低了燃料型成N2。NOx的生成量，另一方面，由于主燃燒區域處于理論空氣量以下的還原性NOx的生成，同時，缺氧燃燒生成的還原性物質有利于將已生成NOx還原NOx噴口布置于燃燒器上方，供風形式與燃燒器的二次風基本相同，從二次風總風道引入，風箱兩側分風道上安裝相應的調節擋板及風量測量裝置，可以根據負荷的變化調節供風量。單只NOx噴口具有獨立的供、配風及風量測量系統，通過調風盤來調節各個噴口之間的風量平衡。NOx噴口設中心風和外環風兩個風區，中心風為直流以保持進風的

14、剛度，能確保后期送入的風有足夠的穿透力，將風送入爐膛中心；外環裝有旋流葉片，產生的旋轉氣流幫助空氣與煙氣充分混合，既為煤粉的后期燃燒提供了必需的氧量，又能確保后期送入的風沿爐膛寬帶方向和近壁處均勻分布。因此，B&W公司的這種雙風區NOx噴口后，既能保證粗顆粒的煤粉在后期通過補風燃盡，也能確保前期生成的還原性氣體在后期通過補風及時氧化燃燒，保證煙氣中的CO處于很低甚至可忽略的水平。美國B&W公司研制的雙風區NOx噴口（見圖5、圖6）。9/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖5雙風區NOx噴口圖6雙風區NOx噴口（剖視圖）本工程NOx噴口布置在距離上層燃燒器約5000mm高度，方案布置見圖

15、7。10/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖7燃燒系統布置圖2.更換原有燃燒器分級送風是降低NOx排放量的基礎，而燃燒器是降低NOx排放量的關鍵。好的燃燒器不但能保證較高的燃燒效率、良好的低負荷穩燃能力，而且通過燃燒器合理的分級送風來控制煤粉與空氣的混合程度，達到控制燃燒強度和反應時間的效果，從而能降低煤粉燃燒溫度的峰值，因此，性能優良的燃燒器既能降低燃料型NOx，也能降低熱力型NOx的生成。從上述表3中看到一次風率設計值為35.9%，實際運行中由于煤種的偏差，一次風率值可能會更高，一次風率越大，對應的二次風率就越小，用于組織燃燒的二次風就會減少，如果再采用了分級送風的方式后，用于組

16、織燃燒的二次風就更少了。對于旋流燃燒器而言，是通過二次風產生的旋流來卷吸高溫煙氣，從而提供煤粉著火、穩燃的熱量，因而需要燃燒器的二次風與一次風的質量之比滿足一定的要求。所以，現有燃燒器較大的一次風率不利于組織燃燒和較低NOx排放。本次改造，由于現有一次風率偏大，再加上本工程增設NOx噴口，為了解決一、二次風配比失調問題，我公司選用濃縮型XCL燃燒器(如圖8所示)，這種燃燒器可以適應較大的一次風率，主要原理為：來自磨煤機的一次風煤粉氣流在經過濃縮型XCL燃燒器彎頭前，先通過一段偏心異徑管加速，大多數煤粉由于離心力作用沿彎頭外側內壁流動，在氣流進入一次風濃縮裝置之后，使50%左右的一次風和10%1

17、5%的煤粉分離出來，經乏氣管垂直向下引到乏氣噴口直接噴入爐膛燃燒，其余50%左右的一次風和8590%的煤粉由燃燒器一次風噴口噴入爐內燃燒，從而使燃燒器噴口的一次風率降低一半，這樣燃燒器噴口的二次風與一次風的配比處于合理的范圍之內，有利于燃燒器組織燃燒，為降低NOx排放量創造更有利的條件。11/13doc格式可編輯精品word.僅供參考圖8濃縮型XCL燃燒器簡圖眾所周知，風粉分配的均勻性無論對提高燃燒效率、防止結渣和高溫腐蝕還是減少NOx的生成都有重要意義。濃縮型XCL燃燒器采用了控風和測風裝置，以維持運行中各燃燒器之間風量的平衡以及單只燃燒器內、外二次風風量的合理分配。每個燃燒器都設有兩個測風

18、裝置，分別位于內、外二次風通道的入口處，它是一個環形畢托管，由獨立的兩個母管連著六根徑向布置的測量管組成。該裝置用于調試時調平各燃燒器間的空氣流量以及內、外二次風風量的配比。用戶可以在每個燃燒器上安裝兩只差壓計，分別與內外兩個測風裝置的母管相連?？傊?，通過采用濃縮型XCL低NOx燃燒器、增設NOx噴口，煤粉的燃燒過程充分利用了分級配風的技術，可最大限度地減少NOx的生成，以滿足用戶對NOx排放的要求。3.更換部分水冷壁由于更換燃燒器和增設NOx噴口，需對燃燒器區域及NOx噴口區域水冷壁進行改造，更改燃燒器及NOx噴口處水冷壁開孔。1）增加NOx風箱及分風道由于新增NOx噴口，因此需要增加NOx風箱及NOx分風道，為NOx噴口供風。同時分風道增加調節擋板、膨脹節及風量測量裝置，NOx風箱增加風壓測量裝置。2）盡可能采用原油槍、高能點火器及火檢燃燒器的設計原則上不會對油槍、高能點火器、油火檢以及煤火檢產