三次风是指热风送粉的储仓式制粉系统中通过专用喷口送入炉膛的乏气,可以对未分离的少量煤粉加以利用,产生热量。位置通常布置在拱式燃烧炉膛前、后燃烧器的上方。
简介
由于不断提高的环保要求,煤燃烧带来的污染物排放问题日益受到人们的
关注,锅炉NOx排放控制日趋严格,各种炉内低氮燃烧方式得到研究和应用。
国内 200MW 以下的小容量锅炉多采用“乏气送粉”和“热风送粉”中储式制粉系统,中储式热风送粉锅炉将磨煤后的三次风送入炉膛燃烧,三次风温度低、水分高、煤粉浓度小,若三次风布置方式不当,会影响炉膛煤粉气流的燃烧组织,导致NOx 排放量大、炉膛受热面沾污、炉膛烟温偏差、排烟温度高等状况。
为解决某130t/h 热风送粉锅炉 NOx 排放量大的问题,决定对燃烧器进行改造,在保证锅炉安全运行的前提下,通过热态调试,控制炉膛出口的NOx 排放量,并提高锅炉性能参数。
设备概述
某130t/h锅炉为单汽包、
集中下降管、固态排渣、自然循环型布置煤粉炉,锅炉型号为UG-130/9.8-M4型,炉膛截面为6690mm×6690mm,制粉系统为中储式热风送粉系统,配2台QMG-250/390型钢球磨煤机,采用直流燃烧器,正四角布置,切向燃烧,一二次风假想切圆直径均为Φ500mm,燃烧器喷口布置从下到上依次为下二次风喷口、下一次风喷口、中二次风喷口、上一次风喷口、上二次风喷口,上三次风喷口,经过对改造前摸底试验结果的研究分析,锅炉主要现状为:
(1) 满负荷锅炉排烟温度139 ~ 147℃,锅炉效率90.8%~91.8%,减温水总量约8t/h。
(2) 炉膛中心区域处于过氧燃烧状态,炉内出现高温高氧环境,燃烧器配风方式为均等配风方式,不利于低NOx控制,
氮氧化物排放量为559~665mg/Nm3(标态,干基,6%氧量)。
(3) 三次风喷口风速高达90m/s左右,较高的三次风率影响主燃区的煤粉气流组织,导致锅炉尾部烟道甲乙侧烟气温度偏差大,水冷壁区域有结渣倾向,同时现有的三次风布置方式,不利于降低NOx排放量。
燃烧器改造
燃烧器改造方案如下:
(1) 一次风管内采用扭转板+钝体装置,在炉膛垂直方向上形成浓淡分离燃烧。一次风气流提高煤粉浓度,可减少煤粉着火热,降低着火温度,缩短着火时间,提高火焰传播速度,燃烧器的稳燃性得到增强。同时一次风喷口处的钝体结构增强了烟气回流,卷吸炉膛高温烟气,有助于一次风煤粉气流快速着火。
(2) 中二次风射流方向与一次风射流方向反切4°,强化主燃烧区煤粉气流的扰动及混合,提高煤粉的燃尽率。
(3) 在主燃烧器上方约2.8 m处布置2层燃尽风喷口,燃尽风喷口设置水平+垂直摆动机构,通过喷口摆动调整炉内燃烧状态,作为控制主汽温度和炉膛出口烟温的辅助手段。
三次风布置方式
双尺度低NOx燃烧技术,通过在炉膛中心处建立高温低氧还原区,利用纵向三区不同的煤粉场、温度场、氧量场分布、形成纵向空气分级燃烧,可大幅度降低NOx生成。由摸底试验结果可知,该锅炉三次风率偏大,如何优化处理三次风的布置方式,减小其对炉膛低氮燃烧氧量分布的干扰,是本次改造的要点。
总结
(1) 小容量锅炉通过低氮改造,利用纵向三区不同的煤粉场、温度场、氧量场分布、形成纵向空气分级燃烧,可大幅度降低NOx生成。可有效控制炉膛出口的NOx排放量。
(2) 三次风的布置方式不仅影响炉内煤粉场、温度场、氧量场分布,也影响最终的NOx排放量。锅炉改造前后双磨运行的NOx排放量,排烟温度,水平烟道烟温偏差均高于单磨运行。
(3) 三次风经浓淡分离后从炉膛下部区域喷入炉膛,与炉膛出口之间的距离变长,炉膛出口气流残余旋转减弱,可有效抑制水平烟道烟温偏差,同时三次风携带的煤粉气流在主燃烧区生成的NOx,由于炉膛下部还原气氛的作用,被还原为N2,有助于减少NOx的最终生成量。三次风下移后有可能出现燃烧不稳定的状况,可通过合理组织炉内气流分布,避免因三次风下移而可能出现的影响稳燃及炉渣上升的问题。