常见直流燃烧器改低氮燃烧技术比较

常见直流燃烧器改低氮燃烧技术比较

王文鼎

(中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司陕西西安710000)

摘要：本文就目前西北区域内常见直流燃烧器改造技术，选取两种典型的改造技术进行对比分析。其基本原理均是进行分级燃烧和对煤粉进行浓淡分离，但在具体方案上存在不同。相比较于哈博深改造燃尽风在水平方向摆动，哈工大改造燃尽风可在水平和垂直方向摆动；哈工大技术适用于燃用烟煤及褐煤的机组，而哈博深机组对煤质适用性更广；对于不投助燃设备哈工大技术最低负荷为40%，而哈博深最低负荷为30%。

关键字：直流燃烧器低氮燃烧燃烧器改造

1.前言

根据《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的要求，全国现役燃煤机组超低排放NOx的标准为50mg/Nm3，如果仅仅通过增加喷氨量来降低NOx不仅会增加电厂的经济成本，还会造成空预器堵塞、腐蚀等影响锅炉安全运行的恶果[1]。因此降低NOx排放最根本的做法是对燃烧器进行改造，从源头上减少NOx的生成[2]。

由于新建机组本身就采用低氮旋流燃烧器，不存在改造的问题，而老旧机组多采用四角切圆燃烧方式的直流燃烧器，为满足环保要求相继进行了低氮燃烧器改造。因此本文针对常见的直流燃烧器改低氮燃烧技术进行比较。

2.低氮燃烧器改造技术对比

本文就目前西北区域内十余台机组直流燃烧器改低氮燃烧器进行了调研。采用较多的技术为哈尔滨工业大学自主研发的水平与垂直方向分级低氮燃烧技术（以下简称哈工大燃烧技术）与哈尔滨博深科技发展有限公司研发的“分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧技术（以下简称哈博深燃烧技术）。因此本文将这两种技术作为典型进行比较。

水平与垂直方向分级低氮燃烧技术（哈工大燃烧技术）是通过水平浓淡（在一次风喷嘴后二次风大风箱内安装高浓缩比百叶窗式煤粉浓缩器）煤粉燃烧与炉内空气垂直分级燃烧相结合而形成立体分级燃烧，通过在炉内组织垂直方向的空气分级燃烧、垂直方向上的燃料分级和空气分级燃烧，形成立体分级燃烧。“分拉垂直亲和浓淡煤粉燃烧”立体分级低氮燃烧技术（哈博深燃烧技术）通过在炉内组织垂直方向的空气分级燃烧、垂直方向上的燃料分级和空气分级燃烧，形成立体分级燃烧。前者由北京国电龙高科环境工程技术有限公司相继应用于山西大唐国际临汾热电有限责任公司1、2号机组，大唐太原第二热电厂10、11号机组，大唐渭河热电厂的低氮改造。后者由哈尔滨博深科技发展有限公司相继应用于山西大唐国际云冈热电有限责任公司1、2、3、4号炉的改造。

二者的技术路线都是在炉内形成分级燃烧，即将原来全部送入主燃烧区域的二次风分两个阶段送入，使燃烧过程分为主燃区和燃尽区。这使得在主燃烧区的空气量必然较之前少，从而形成贫氧燃烧而使燃烧速度和燃烧温度都降低，热力型NOx的生成量减少[3]，同时生成还原性气氛对燃料型NOx中间生成物HCN及NH3等具有还原作用，降低NOx生成。在主燃烧区域未燃尽的燃料在燃尽区继续燃烧，一部分残留氮化合物氧化为NOx，但是由于温度较低，NOx生成量也相对较小。同时在燃烧器喷口处进行浓淡分离，不仅有利于煤粉及时着火保持燃烧稳定性，同时对于浓煤粉是贫氧燃烧，对淡煤粉是富氧燃烧，即都不在其理论当量比附近燃烧，这也有利于降低NOx的生成。

二者的技术方案基本相同，均为：

1）采用高位燃尽风系统。增加燃尽风的量并提高燃尽风高度，将有组织燃烧风量沿炉膛垂直方向分级供入，主燃区有组织空气量与理论空气量的比值由原来的λp=1.2变为λp=0.84~0.9，燃尽风量提高到占总空气量约为25%~30%，燃尽风喷口风速采用较高风40m/s至50m/s，燃尽风喷口均可以摆动，用根据锅炉运行状况（燃尽、NOx排放、过热器汽温偏差等）进行喷口角度的适当调整，调节炉膛出口烟温偏差，并保证过热器管壁不出现超温问题；

2）主燃烧区域二次风喷口采用收缩型结构，推迟一、二次风的混合。由于燃尽风量的增加，主燃烧区域二次风量减小，因此缩小二次风喷口保证出口的二次风风速达到较高风速。保证最下层较大二次风喷口面积，使其具有较大出口二次风动量，起到在最下层托粉的作用，减少炉膛底部的掉渣量和大渣的含碳量推迟一、二次风的混合，同时收缩型的二次风喷口能推迟空气与煤粉的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，有效降低NOx生成量；

3）采用煤粉浓缩技术。二者都是通过在设备上进行改造，以达到高煤粉浓缩比；

4）推迟浓淡一次风的混合速度。二者都在一次风浓淡喷口之间设置垂直V型隔板，推迟浓淡一次风的混合速度。采用这样的措施，可以推迟浓淡煤粉气流的混合，减少燃烧过程中含N基团与O2反应机会，降低NOx生成量。高浓度的浓一次风煤粉气流，能强化一次风的着火和稳燃性能，利用早期快速析出挥发分降低NOx生成量，可保持高的煤粉颗粒的燃尽度。一次风喷口出口四周设计有偏置型周界风喷口，对运行或停运的一次风喷口起到冷却保护作用，一次风在向火侧和上下两侧设有小扳边，推迟周界风与一次风的混合，在一次风喷口背火侧设计较大出口动量的侧二次风，对炉膛水冷壁面起到防止结渣、防止高温腐蚀的保护作用。

虽然二者主体思路基本相同，但是在技术参数上存在一些差别：

1）哈工大燃烧器技术的燃尽风喷口摆动角度更大，燃尽风喷口不仅可以在水平方向上摆动水平方向上摆动±10°，而且在垂直方向上可以垂直摆动±15°，而哈博深燃烧器技术只能在水平方向上摆动±10°；

2）哈工大煤粉浓缩器的煤粉浓缩率能达到1.6~2.0以上，浓淡一次风风量比在1.0~1.2以内，哈博深的煤粉浓缩率能达到1.3~1.8以上，浓淡一次风风量比在1.0~1.1以内，煤粉浓缩器采用复合陶瓷，更具有耐磨性。

3）哈工大煤粉浓缩技术是在水平方向进行浓淡分离，而哈博深燃烧技术是在燃烧器入口煤粉输粉管道的弯头部分进行改造，使煤粉在垂直方向上进行浓淡分离；

4）哈工大燃烧技术能适用燃用烟煤与褐煤种，最低不投油稳燃负荷不大于40%额定负荷，哈博深燃烧技术适用煤质较广，在燃烧烟煤时最低不投油稳燃负荷不大于30%额定负荷。

3.总结

经过改造后各机组NOx较原来均有一定程度下降，但同时出现锅炉效率下降、锅炉结焦严重、减温水用量大等一系列问题。这是目前低氮燃烧器的通病，需要在运行过程中不断进行调整。因此在二者NOx降低量基本相同的情况下，燃烧调整手段的多样性和灵活性将作为重要的评价因素以应对煤质的改变等一系列问题，因此以下几点需要特别重视。

1）哈工大技术燃尽风不仅可以在水平方向上摆动，也可以在垂直方向上摆动，对于调节锅炉飞灰含碳量、气温等更加灵活。

2）哈工大技术比较适用于燃用烟煤及褐煤的机组，而哈博深技术对于煤质适用性较广。

3）对于不投助燃哈工大技术最低负荷为40%，而哈博深最低负荷为30%。

参考文献:

[1]曹志勇,谭城军,李建中,金东春,陆建伟,陈彪.燃煤锅炉SCR烟气脱硝系统喷氨优化调整试验[J].中国电力,2011,44(11):55-58.

[2]王春桥,卢宏源,王怀欣.火电厂贫煤锅炉低氮燃烧器改造浅谈[J].低碳世界,2017(02):79-80.

[3]旷金国.高效空气分级燃烧控制燃煤NOX排放的技术理论研究[D].上海交通大学,2010.

[4]PuG,WangW,PengR,etal.NOemissionofco-combustioncoalandbiomassblendsinanoxygen-enrichedatmosphere[J].EnergySources,2016,38(23):3497-3503.

[5]殷捷.分级燃烧控制大型燃煤锅炉NO_x生成的试验研究[D].同济大学,2007.

[6]刘丽珍.浓淡燃烧低NO_x燃烧器研制的探讨[J].煤气与热力,2000(05):349-351+359.

附件：

作者简介：王文鼎，男，汉族，27岁，硕士研究生学历，中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司，助理工程师，联系地址：陕西省西安市经开区凤城七路155号，邮编710000。