低氮燃烧脱硝技术之旋流对冲燃烧器适配脱硝改造探索

北极星环保网讯:我国一次能源结构中约70~80%由煤炭提供，每燃烧一吨煤炭，约产生5~30kg氮氧化物。随着国内节能减排环保指标的日益提升，低NOx燃烧器在各发电公司不断得到应用，目前，国内通过燃烧系统改造达到降低NOx排放量的主要技术是：浓淡分离燃烧器加燃尽风系统。

据中国环保产业协会组织的《中国火电厂氮氧化物排放控制技术方案研究报告》的统计显示，火电约占全国NOx排放总量的35~40%。在普遍安装高效率脱硫装置后，电站锅炉排放的NOx已成为主要的大气污染固定排放源之一。

1研究方向及低氮燃烧器工作原理

对于煤粉燃烧，NOx主要分为燃料型NOx和热力型NOx。燃料型NOx是燃料中的N元素转化生成的，约占60%--80%，其生产量的多少主要取决于燃料特性、燃料的化学当量比及在还原性或氧化性气氛中停留时间。热力型NOx是空气中的N在高温下燃烧形成的，约占20～40%，炉膛内温度是其主要决定因素。

目前国内降低NOx排放的主要研究方向是浓淡分离燃烧器+燃尽风系统。浓淡分离燃烧技术的核心内容是：煤粉喷入位置正对中心回流区的中心部分，增加了穿过回流区的煤粉量，并延长了煤粉在回流区的停留时间。使煤粉在还原性气氛中燃烧，延长在还原性气氛中的停留时间，可有效抑制NOx的形成。

中心回流区为低氧还原性气氛区，有利于抑制燃料型NOx的形成。二次风分成了内外旋流二次风两部分，通过调节风门挡板开度，可改变二次风分级燃烧的程度。浓淡燃烧与二次风分级燃烧相结合，可实现最大限度的降低NOx的生成。同时，在炉膛上部加开燃尽风喷口，实现了炉内轴向空气分级燃烧，降低了主燃区过量空气系数，使主燃区还原性气氛增强，可进一步降低烟气中NOx的排放量至350mg/Nm3以下。

2调研情况

目前国内旋流式低NOx燃烧器在300MW～600MW机组上已经开始得到应用，但数量并不多。盘电技术人员针对大唐乌沙山电厂、北仑电厂、托克托电厂的实际应用情况进行了调研。

2.1北仑电厂

2号炉为加拿大产亚临界汽包炉，前后墙对冲煤粉炉。2010年由东方锅炉厂完成了低氮燃烧器的改造，首次改造后由于炉内热负荷发生变化，温度场后移，造成过热器、再热器超温严重，一度达到减温水全投仍无法控制气温的局面，后经对燃烧器的二次改造、受热面改造后，目前运行状况逐渐稳定，NOx的排放量至350mg/Nm3以下，减温水量接近改前指标。

但由于北仑电厂为汽包炉，蒸发段受热面高度限制，燃尽风加在最上层燃烧器上方4.3米位置，和最佳跨度7米相差较多，因此，改造后在燃烧器上部集中燃烧的问题没有得到根本解决，燃烧器上部区域存在局部高温腐蚀现象，后经燃烧调整后继续观察运行中。

2.2大唐乌沙山电厂

2号炉为哈尔滨锅炉厂制造的600MW超临界直流炉，2011年4月由哈尔滨工业大学设计完成了低NOx燃烧器改造。改造前NOx排放在450mg/Nm3以上，改造后满负荷状态下最低NOx排放达到170mg/Nm3，低负荷情况下亦能达到300mg/Nm3以内的地区排放指标，但受改造时工期的影响只对燃烧器做了局部改进。

运行中同样存在的问题是如过分强调NOx排放指标，增大燃尽风开度会导致再热器减温水量增加，改造后飞灰及排烟温度基本保障在修前值。目前乌沙山电厂和哈尔滨工业大学签了另外三台炉的燃烧器改造合同，计划对改造方案进行优化，增加对燃烧器扩口的改造等措施，预计会达到更佳的改造效果。

2.3大唐托克托电厂

2011年10月完成了一台机组的低NOx燃烧器改造，由哈尔滨工业大学设计。改造后NOx排放指标从500～600mg/Nm3降至300～400mg/Nm3（燃烧方式没有进行优化、燃尽风开度在60%以内的情况下），减温水修前、修后没有明显变化，炉膛结焦状况运行两个月未见异常。详细情况如下：

4号机组600MW亚临界煤粉锅炉采用哈尔滨工业大学中心给粉旋流燃烧器低氮氧化物技术改造后运行稳定。

改造后600MW负荷调试期间运行时锅炉NOx排放量平均为238mg/m3(O2＝6％)，与改造前600mg/m3(O2＝6％)左右相比，降低了60%；此时锅炉过热器减温水总量和再热器减温水总量分别是194.9t/h和22.4t/h，与改造前基本相同；排烟温度、飞灰及大渣可燃物含量基本相同。

改造后450MW负荷调试期间运行时锅炉NOx排放量平均为227mg/m3(O2＝6％)，与改造前550mg/m3(O2＝6％)左右相比，降低了59%；此时锅炉过热器减温水总量和再热器减温水总量分别是141.5t/h和3.0t/h，与改造前基本相同；排烟温度、飞灰及大渣可燃物含量基本相同。

改造后300MW负荷调试期间运行时锅炉NOx排放量平均为242mg/m3(O2＝6％)，与改造前500mg/m3(O2＝6％)相比，降低了52%；，此时锅炉过热器减温水总量和再热器减温水总量分别是86.7t/h和0t/h，与改造前基本相同；排烟温度、飞灰及大渣可燃物含量基本相同。

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