大容量鍋爐高效低NOx旋流煤粉燃燒技術(shù)

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1、大容量鍋爐高效低NOx旋流煤粉燃燒技術(shù)編寫:曾令艷博士陳智超博士后校對(duì)：孫銳教授博導(dǎo)審核：李爭(zhēng)起教授博導(dǎo)批準(zhǔn)：秦裕琨院士哈爾濱工業(yè)大學(xué)燃燒工程研究所2011年4月旋流燃燒技術(shù)的原理旋流式燃燒器是其出口氣流為旋轉(zhuǎn)射流。氣流旋轉(zhuǎn)的情況有兩種，一種是一次風(fēng)粉氣流和二次風(fēng)都旋轉(zhuǎn)，一種是二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)而一次風(fēng)為直流。旋轉(zhuǎn)氣流離開燃燒器噴口進(jìn)入爐膛后，在中心處形成回流區(qū)，卷吸爐內(nèi)的高溫?zé)煔庵寥紵鲊娍诟浇訜岵Ⅻc(diǎn)燃煤粉。并但，二次風(fēng)不斷和一次風(fēng)粉混合，使燃燒過(guò)程不斷發(fā)展，臻于燃盡。除了中心回流區(qū)的高溫?zé)煔饩砦?，在燃燒器噴出氣流的外圍也有高溫?zé)煔獗痪砦Ｐ魅紵饕揽扛邷鼗亓鲄^(qū)作為穩(wěn)定的熱源，提高

2、了火焰穩(wěn)定性，并可以單獨(dú)組織燃燒。2.NO兀形成及分類對(duì)于大型煤粉鍋爐，NOx主耍分為燃料型NOx、熱力型NO兀及快速型NO兀三種。燃料型NO兀是由燃料中N元索轉(zhuǎn)化生成的，它在揮發(fā)分著火后便開始生成，主要受煤種和過(guò)量空氣系數(shù)的影響。隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加，燃料型NOx生成量增加，而且揮發(fā)分高的煤種受過(guò)量空氣系數(shù)的影響高于揮發(fā)分低的煤種。熱力型NCK是由燃燒空氣屮的N2在高溫下生成的，它與溫度關(guān)系很大，在溫度小于1500°C時(shí)生成量很少，當(dāng)溫度人于1500°C時(shí)，生成量明顯增加，同時(shí)熱力型NOx的牛?成量也隨著過(guò)量空氣系數(shù)的增加而增加?？焖傩蚇O兀是燃燒時(shí)產(chǎn)生的坯(CN)等撞擊燃燒空氣

3、中的氮?dú)夥肿佣a(chǎn)生CN、HCN,然后CN、HCN在火焰峰面處被氧化生成NOx。燃料型NO兀占全部NCk的70%?85%,熱力型NCk占15%?20%,快速型NOx一般小于5%,因此在煤粉爐中一般不予考慮。3.前蘇聯(lián)鍋爐采用的旋流燃燒器前蘇聯(lián)鍋爐采用的旋流燃燒黠多為蝸殼型旋流燃燒器，例如北京高丿

4、:電廠采用的雙蝸売燃燒器、神華綏屮電廠的切向葉片型燃燒器以及國(guó)華盤山電廠應(yīng)用的切向可調(diào)葉片型燃燒器均為前蘇聯(lián)生產(chǎn)的產(chǎn)品。神華綏屮屯廠燃燒器結(jié)構(gòu)如圖1所示，燃燒器由4個(gè)通道組成，由內(nèi)向外，屮心投入中心風(fēng)，并裝有火焰監(jiān)視器；第2層投入煤粉和一次風(fēng)；第3層投入循環(huán)煙氣；第4層投入二次風(fēng)。屮心風(fēng)、一次

5、風(fēng)、循環(huán)煙氣均通過(guò)設(shè)置的軸向旋流葉片產(chǎn)生旋流，旋流葉片軸向角均為40°,且不可調(diào)。二次風(fēng)通過(guò)切向旋流葉片產(chǎn)生旋流，旋流葉片的角度可調(diào)。鍋爐機(jī)組共配備48只旋流煤粉燃燒器，分4層對(duì)沖布置在爐膛的前、后墻，每層裝有12只。1.二次風(fēng)2.煙氣3.一次風(fēng)4.屮心風(fēng)圖1神華綏中電廠燃燒器結(jié)構(gòu)1.中心管2.一次風(fēng)通道3.二次風(fēng)可調(diào)葉片4.二次風(fēng)通道5.一次風(fēng)固定葉片圖2國(guó)華盤山電廠燃燒器簡(jiǎn)圖國(guó)華盤山電廠燃燒器結(jié)構(gòu)如圖2所示，屮心管內(nèi)是油槍和火檢，一次風(fēng)通道內(nèi)裝有軸向固定葉片，葉片設(shè)計(jì)角度為45。，二次風(fēng)通道內(nèi)裝有切向葉片，葉片角度可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。圖3是一次風(fēng)通道現(xiàn)場(chǎng)照片。一次風(fēng)粉混合物進(jìn)入燃燒器

6、后，受軸向葉片的作用，產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)。二次風(fēng)切向進(jìn)入燃燒器，經(jīng)過(guò)環(huán)形通道，與一次風(fēng)同方向旋轉(zhuǎn)，一次風(fēng)脫離一次風(fēng)噴口后，被二次風(fēng)卷吸，在預(yù)混段混合，一起噴入爐膛。其中，二次風(fēng)葉片角度可通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)，來(lái)改變進(jìn)入爐膛氣流的旋流強(qiáng)度。圖3國(guó)華盤山電廠燃燒器一次風(fēng)通道照片3?北京巴威公司采用的旋流燃燒器北京巴威公司采用的旋流燃燒器多為強(qiáng)化點(diǎn)火雙調(diào)風(fēng)燃燒器(EI?DRB),例如神華內(nèi)蒙古國(guó)華準(zhǔn)格爾發(fā)電廠、西柏坡電廠#2爐、邯鄲電廠#11、#12爐、寧夏人壩發(fā)電廠#1爐。強(qiáng)化點(diǎn)火雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器(EI-DRB)的結(jié)構(gòu)如圖4所示。煤粉氣流在一次風(fēng)管內(nèi)經(jīng)導(dǎo)向器和圓錐導(dǎo)向器后以直流的形式噴入

7、爐膛。二次風(fēng)分成兩部分，內(nèi)二次風(fēng)道屮設(shè)有軸向可動(dòng)葉片，外二次風(fēng)道屮安裝可調(diào)節(jié)的切向或軸向葉片，使內(nèi)、外二次風(fēng)旋轉(zhuǎn)。一?般，一次風(fēng)量占15%?30%,內(nèi)二次風(fēng)量占35%~45%,外二次風(fēng)量占55%?65%。通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)外二次風(fēng)的比例和氣流的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，可以調(diào)節(jié)一、二次風(fēng)的混合。1-導(dǎo)向器2-均流裝置3-調(diào)風(fēng)盤操作桿4-內(nèi)二次風(fēng)軸向葉片5-外二次風(fēng)切向葉片6-外二次風(fēng)通道7-內(nèi)二次風(fēng)通道8-窺視孔圖4強(qiáng)化點(diǎn)火雙調(diào)風(fēng)旋流燃燒器（EI?DRB）的結(jié)構(gòu)示意圖2.鍋爐運(yùn)行存在的問(wèn)題及原因分析1）前蘇聯(lián)鍋爐蝸殼型旋流燃燒器前蘇聯(lián)鍋爐投運(yùn)后，統(tǒng)￡各廠上下的共同努力，機(jī)組能夠達(dá)到額定負(fù)荷岀力，煤粉燃燒效率

8、高，運(yùn)行安全、穩(wěn)定，但還存在低負(fù)荷穩(wěn)燃能力差，排煙中NO兀含量較高及點(diǎn)火用油量大等問(wèn)題。例如國(guó)華盤山屯廠，國(guó)家屯站燃燒工程技術(shù)研究中心在2005年8月測(cè)得#1鍋爐尾部排煙中NO兀平均含量為599.5mg/Nm3；華北電力科學(xué)研究院在2006年4刀測(cè)得#1鍋爐尾部排煙中NOx平均含量為490.5mg/Nn?,未達(dá)到當(dāng)?shù)貙?duì)環(huán)保減排的要求。產(chǎn)生以上問(wèn)題的主要原因是現(xiàn)用的切向可調(diào)葉片型旋流燃燒器是早期產(chǎn)品，技術(shù)落后，該燃燒器對(duì)NO兀影響分析如下：旋流燃燒器依靠旋轉(zhuǎn)