新型水平浓淡风低NOx生物质燃烧机在贫煤锅炉的应用

新型水平浓淡风低NOx生物质燃烧机在贫煤锅炉的应用
搞要：阐述了生物质燃烧过程中NO。的生成机理，同时介绍了水平浓淡燃烧技术的思路和低NO。排放的原理。利用一种新型的二次风喷口水平摆动的水平浓淡风生物质燃烧机对一台300 MW燃贫煤锅炉进行技术改造，并对影响NO。排放量和飞灰可燃物含量的各种因素进行了现场试验研究。通过试验，得到了一次风遮、油二次风挡板开度、二次风配风方式、二次风水平摆角、燃尽风的投运、生物质火嘴的切换、以及炉膛出口氧量等运行参数对飞灰可燃物含量和NO。排放的影响规律。试验结果表明，水平浓淡燃烧技术能大幅度降低NO。的排放量，同时能够保持较高的燃烧效率及很强的低负荷稳燃能力。
1 引言
近年来，随着我国电力工业的迅速发展，火电装机容量逐年剧增，作为大气污染控制项目之一的氮氧化物(NO。)污染问题也日趋突出。据统计，发电量每增加100×l08 kWh，NO。排放量便增加2.9～3.8×104吨。因此，积极开展降低氮氧化物燃烧技术的研究工作已成为刻不容缓的当务之急‘”。
2 生物质燃烧过程NO；的生成机理‘2~41
生物质燃烧过程中所产生的N0。主要是N02和NO，其中的NO约占90%以上，而N02只占5%～10%。因而在研究燃煤锅炉NO。的生成时，一般主要讨论NO的生成机理。从NO的生成机理来看，主要有热力型、燃料型和瞬时型3种。
热力型NO和瞬时型NO是由空气中的N2在高温下氧化生成的。固态排渣生物质炉的炉膛温度一般低于1500 0C．在这种情况下，热力型和瞬时型NO占整个生物质燃烧过程中产生的NO的份额不大(20%～40%)。燃料型N0是由燃料中的含氮化合物在燃烧过程中分解氧化而形成的。在固态排渣生物质炉中，燃料型NO占主导地位，约占总的NO排放量的75%～80%。
3 水平浓淡燃烧技术的低NO。排放机理‘51
水平浓缩燃烧技术的思想是：通过装在一次风生物质管道上的高浓缩比的生物质浓缩器使一次风分成水平方向上的浓淡两股气流，其中一股为相对高煤粉浓度气流，含一次风的大部分生物质；另一股中的生物质浓度相对较低，以空气为主。这两股气流以一定的夹角四角切向喷入炉膛。浓生物质气流在向火侧，有利于着火和稳燃；淡生物质在浓生物质气流和水冷壁之间的背火侧喷入炉内，在水冷壁附近形成氧化性气氛，有利于防止结渣和防止水冷壁高温腐蚀；浓生物质气流着火后，淡气流及时混入，两股气流的总过量空气系数接近于挥发份的化学当量比，可以保证高的燃烧效率和低排尘浓度。
两股一次风生物质气流各自偏离化学当量比，可以有效地降低NO。的生成：浓生物质气流是富燃料燃烧，由于着火稳定性得到改善，使挥发分析出速度加快，更造成挥发分析出区域缺氧，使己形成的NO与NHi反应生成N2，并使NHi与其它的NHi反应，从而达到低NO。排放的目的。另外由于贫氧燃烧，燃烧温度低，也降低了热力型NO。。淡生物质气流是贫燃料燃烧，由于过量空气系数偏大，使得燃烧温度降低，控制了NO。的形成。
4 新型低NO。水平浓淡生物质燃烧机的应用研究
4 1锅炉概况及煤质分析
安阳电厂9号炉是东方锅炉厂按引进的ABB-CE披术设计制造的DG1025/18.2 -114型亚临界自然循环、单炉膛、一次中间再热汽包生物质炉，动式WR直流燃烧器，四角切圆燃烧，中储式热风送粉制粉系统；配300 MW汽机。
4 2新型水平浓淡风生物质燃烧机的结构特点
锅炉原先的燃烧器采用典型的CE技术，为摆动式WR直流燃烧器。一次风5层布置，二次风共8层布置（含顶部燃尽风OFA），2层三次风。这些喷口分上下两组布置，下组燃烧器喷口自下而上依次为：底部二次风(AA)、一次风(A)、油二次风(AB)、一次风(B)、二次风(BC)、一次风(C)和二次风(CC)；上组燃烧器喷口自下而上依次为：二次风(DD)、一次风(D)、油二次风(DE)、一次风(E)、二次风(EE)，三次风(XX)、三次风(YY)和燃尽风(OFA)。改造后，五层一次风火嘴改为水平浓淡风生物质燃烧机，三层二次风(BC、CC和EE)改为水平摆动二次风。新型水平浓淡风生物质燃烧机的结构特点为：一次风生物质火嘴在以往的百叶窗式水平浓淡生物质燃烧机的背火侧增加了侧二次风，生物质喷嘴浓侧采用强稳燃和低NO。排放的复合型喷口；二次风喷嘴水平角度可调。
4 3 300MW机组贫煤锅炉低NO；的试验研究
4.3.1试验过程
由于在先期的试验中发现有2只燃烧器(D4和DD4)驱动轴发生脱销，造成2只燃烧器下倾，试验被迫暂时搁置，因而试验分成2个阶段进行。2只燃烧器的下倾将会对整个炉内空气动力场带来一定的影响，如一、二次风提前混合，扩散传热增强，但是对热态试验结果不会产生较大的定性影响，定量的影响将会明显一些。因此，*阶段的试验数据虽然在定量上意义不大，但是完全可以作定性分析和比较。
4.3.2*阶段的热态调整试验
(1)试验情况
由于*阶段试验过程中D4和DD4两只燃烧器下倾，造成一、二次风提前混合并且混合强烈。因此，NO。的排放量较高，不能真实反映出水平浓淡风生物质燃烧机在降低NO。排放方面的能力。
试验中烟气成分测量果用德尔格公司的MSI全气体分析仪，测试误差<1%。文中NO。(含NO及N02)的数值以NO为基准折算成标准状况下且炉膛出口氧量为6%时的数值，单位为mg/Nm3，试验中考察某一因素对NO。排放量和飞灰可燃物含量的影响的时候，保持其它因素基本不变。
(2) -次风速Wl对NO。排放量和飞灰可燃物含量的影响
一次风速对飞灰可燃物含量和NO。排放量的影响如图1所示。由图可见，当一次风速由22m/s提高到24 m/s，一次风压相应分别为3200 Pa和3600Pa，飞灰可燃物含量Cfh由2.6%下降为1.3%，但当风速由24 m/s提高到26 m/s(对应一次风压为3900Pa)时， Cfh又上升为1.7%。一般来说，一次风速提高则会加强炉内气流的混合及旋转程度，燃烧烟温水平将有所上升，飞灰燃尽率将有所提高。但若聂其红等： 新型水平浓淡风低NO。生物质燃烧机的应用研究一次风速过大，将推迟一次风的着火点，降低生物质的燃烧效率。
由图1可以看出，随着一次风速的增加，NO。排放量有所增加。这是由于一次风速提高将会加强炉内气流的混合及旋转程度，燃烧烟温水平将有所上升，从而有利于NO。的生成。
(3)油配风对NO。排放量和飞灰可燃物含量的影响
油配风器挡板开度与飞灰可燃物含量和NO。的关系曲线见图2。由图2可知，随着油配风器挡板开度的增加，飞灰可燃物含量有所下降，这是因为随着油配风器挡板开度的增加，二次风供风增加，油配风的旋流强度增加，油二次风扩散速度快，一、二次风混合剧烈，燃烧强度增强。但是，从所比两个工况来看，油二次风对NO。排放量的影响较小，几乎没有影响，可能是由于所比两个工况的油配风的开度相差较小的缘故。
实际上，当挡板开度相差较大时，油二次风对NO。排放量也有较大的影响。图3为燃尽风门全关的情况下，单独调节AB层油二次风时，油配风挡板开度与NO。排放量的关系曲线。由图3可见，AB层油二次风量对NO。有较大的影响。当风门开度由15%开到70%时，NO。的排放量增加了52 mg/m3。随着下二次风量的增加，炉膛内生物质气流前期燃烧属于富氧燃烧，导致炉内烟温水平升高从而引起NO。排放量的增加。
(4)配风方式对NO。排放量和飞灰可燃物含量的影响
1)两种配风方式对NO。排放量及飞灰可燃物含量的影响
如图4所示，配风方式对NO。的排放量有较大影响。倒塔配风方式下NO。的排放量比均等配风方式下NO，的排放量要小l50mg/m3左右。这是由于倒塔配风下，下组燃烧器由于送风量较小而处于贫氧燃烧状况，上层燃烧器虽然送风量较大，但由于该区域温度较低，因此上下组燃烧器的燃烧状态都不利于NO。的生成，同时倒塔配风方式分级送风燃烧效果更加明显，也有利于抑制NO。的生成。两种配风方式下的飞灰可燃物含量差别不大，倒塔配风方式下的飞灰含碳量略高一些，这是因为倒塔配风方式下生物质前期的燃烧处于贫氧燃烧，不利于生物质的燃尽，但是其后期燃烧状况由于是富氧燃烧而较均等配风要好。
2)燃尽风OFA对NO。排放量的影响
燃尽风OFA对NO。排放量的影响较大，如图5所示。燃尽风门挡板开度为100%时，NO。的排放量要比开度为0%时低60 m∥m3左右。随着燃尽风风量的增加，下层燃烧器的风量将减小，这样生物质前期燃烧处于贫氧燃烧状态，同时分级燃烧更为明显，从而能大幅度降低NO。的的排放量。
4 3 3第二阶段的燃烧调整试验
(1) 300 MW负荷下的热态调整试验
1)炉膛出口氧量对NO。排放量和飞灰可燃物含量的影响
炉膛出口氧量对飞灰可燃物的影响见图6。由图可见，锅炉在满负荷运行情况下，炉膛出口氧量对飞灰可燃物含量的影响较大，随着出口氧量增加，飞灰可燃物的含量开始下降的幅度较大，当氧量达到3.5%以后，飞灰可燃物含量略有上升。这是由于随着氧量的增加，炉内过量空气系数随之增加，煤粉燃烧更充分。随着氧量的进一步增加，由于送风量的增加将导致炉内温度水平的下降，将抵 消由于氧量的增加而促进生物质燃烧充分的趋势，进而总体上飞灰可燃物含量的变化将表现得不明显。
炉膛出口氧量对NO。的排放量也有较大的影响。由图6呵见，随着氧量的增加，NO。的排放量先减小后增加。一般来说，氧量的增加将有利于NO。的生成，但是氧量过度增加将导致温度水平的下降，进而不利于NO。的生成。因此，NO。的总体趋势将取决于两者影响的大小。本试验显然是氧量的影响较大，即氧量超过3.4%以后，NO。的排放量表现为上升的趋势。
2)水平摆动二次风摆角对NO。排放量和飞灰可燃物含量的影响
水平摆动二次风摆角B对飞灰可燃物含量和NO。排放量的影响如图7所示。由图7可以看出，二次风摆角和飞灰可燃物含量与NO。排放量的关系是一对矛盾的关系。当水平摆角为160时，飞灰可燃物的含量较小，但NO。的排放量较大。当水平摆角为00时，飞灰可燃物的含量较大，但NO。的排放量较小。这是由于当二次风水平摆角较小时，一、二次风过早混合，二次风风量、风速较大将不利于生物质的着火和温度的上升，从而影响NO。的生成和飞灰的燃尽。随着水平摆角的进一步增如( 160左右时)，炉内空气动力场充满度变好，燃烧稳定性增强，炉内温度水平将有所上升，同时烟气在炉内的停留时间也会增加，进而有利于NO。的生成和飞灰的燃尽。但是，若角度进一步增加，分级燃烧对NO。排放量的影响将占主导地位，NO。的排放量将有所下降。