超臨界鍋爐煤粉燃燒技術(shù)分析

超臨界鍋爐煤粉燃燒技術(shù)分析

為實(shí)現(xiàn)高效、低nox排放、低負(fù)荷、低油穩(wěn)定燃燒、確保冷壁安全運(yùn)行，減少熱量偏見(jiàn)，采用新的高速和超級(jí)別鍋爐，實(shí)現(xiàn)低粘度燃燒。國(guó)產(chǎn)化超臨界和超超臨界機(jī)組采用與B&W、三井、日立、三菱、阿爾斯通等公司合作為主的超臨界技術(shù),新型的煤粉燃燒技術(shù)展現(xiàn)出為實(shí)現(xiàn)同一目標(biāo)而實(shí)施的不同技術(shù)構(gòu)思。1tm燃燒系統(tǒng)的組成及原理B&W公司最新開(kāi)發(fā)的DRB4ZTM旋流式煤粉燃燒器如圖1所示。用于北京巴威公司供貨的600MW超臨界鍋爐。燃燒器由入口一次風(fēng)管道接口處的陶瓷內(nèi)襯的彎頭、錐形的擴(kuò)散器、用以優(yōu)化煤粉氣流流場(chǎng)的導(dǎo)向器、用以調(diào)節(jié)過(guò)渡區(qū)氣流的可調(diào)節(jié)的滑動(dòng)擋板、內(nèi)外二次風(fēng)的調(diào)節(jié)葉片、帶線性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的風(fēng)量調(diào)節(jié)盤(pán)、燃燒器風(fēng)量指示器、配高能點(diǎn)火器的油槍、火焰探測(cè)裝置用套管、觀察孔等組成。DRB4ZTM燃燒器的主要特點(diǎn)是在雙調(diào)風(fēng)旋流式燃燒器的基礎(chǔ)上,供風(fēng)進(jìn)一步多級(jí)化,尤其是在一次風(fēng)外圍設(shè)置了過(guò)渡性供風(fēng),其核心技術(shù)是在火焰內(nèi)實(shí)現(xiàn)脫氮。即燃燒器供風(fēng)分為四個(gè)區(qū)域:第一個(gè)區(qū)域是一次風(fēng)的空氣和煤粉的混合物;第二個(gè)區(qū)域?yàn)榄h(huán)繞在一次風(fēng)外圍的過(guò)渡區(qū);第三和第四區(qū)域分別為內(nèi)外二次風(fēng)。燃料的初始燃燒階段發(fā)生在煤粉濃度比較高的噴嘴附近。處于過(guò)渡區(qū)域的空氣推遲內(nèi)二次風(fēng)與著火后的煤粉氣流的混合,并增強(qiáng)了煤粉氣流卷吸火焰核心區(qū)高溫?zé)煔獾淖饔?同時(shí)在火焰外圍富氧區(qū)形成的NOx被還原成氮?dú)狻?nèi)外二次風(fēng)按一定的比例通過(guò)調(diào)風(fēng)器進(jìn)入燃燒器。這股空氣可提供煤粉充分燃燒所需的氧氣,并且在鍋爐爐墻附近保持氧化性的氛圍。在鍋爐前后墻的最上層燃燒器之上布置燃燼風(fēng)(OFA)系統(tǒng),如圖2所示。它的作用是實(shí)現(xiàn)火焰在爐膛內(nèi)進(jìn)一步脫氮和為煤粉的充分燃燼補(bǔ)充充足的氧量。采用滑動(dòng)套筒用來(lái)控制每個(gè)OFA噴口的空氣流量。進(jìn)入每個(gè)OFA噴口的空氣分為中心風(fēng)和外部風(fēng)。中心風(fēng)具有一定的穿透力,可以使空氣和爐膛深處的火焰混合;外部風(fēng)具有一定的旋流強(qiáng)度,可以促進(jìn)可燃物和空氣的充分混合。每只OFA噴口的各股風(fēng)量可以被調(diào)節(jié)和控制。手動(dòng)的可調(diào)風(fēng)盤(pán)用以調(diào)節(jié)中心風(fēng)的空氣流量;手動(dòng)的可調(diào)節(jié)葉片用以調(diào)節(jié)外圍風(fēng)的旋流強(qiáng)度;進(jìn)入OFA噴口的二次風(fēng)量由風(fēng)箱入口的擋板來(lái)控制。2調(diào)風(fēng)器+旋轉(zhuǎn)nr燃燒煤粉的原理東方鍋爐公司與巴布科克日立公司合作制造的600MW超臨界鍋爐和1000MW超超臨界鍋爐采用日立技術(shù)的NR燃燒器。NR燃燒器由環(huán)形穩(wěn)焰器、煤粉濃縮器、外周空氣導(dǎo)管、調(diào)風(fēng)器等組成。NR燃燒器供風(fēng)也分為3個(gè)區(qū)域,煤粉由一次風(fēng)送入,助燃風(fēng)由內(nèi)二次風(fēng)和外二次風(fēng)(或稱三次風(fēng))供給,如圖3所示。環(huán)形穩(wěn)焰器為陶瓷制的齒形環(huán)狀,穩(wěn)焰環(huán)的內(nèi)側(cè)形成一次空氣旋流,促進(jìn)卷吸高溫?zé)煔馐姑悍垲w粒迅速著火。煤粉氣流通過(guò)煤粉濃縮器時(shí),獲得周向運(yùn)動(dòng)的速度分量,大部分煤粉靠近環(huán)形穩(wěn)焰器周?chē)?從而提高了穩(wěn)焰環(huán)附近的煤粉濃度,增強(qiáng)了穩(wěn)燃能力,適應(yīng)于低負(fù)荷穩(wěn)定燃燒。外周空氣導(dǎo)管用于控制最外周的三次風(fēng)的混合,加強(qiáng)火焰內(nèi)脫氮效果。調(diào)風(fēng)器由旋流葉片組成,二次風(fēng)通過(guò)旋流葉片促進(jìn)火焰外周三次風(fēng)和內(nèi)部高溫還原火焰間的混合,以提高燃燒效率。NR燃燒器能快速點(diǎn)燃煤粉,維持高濃度煤粉火焰,急速降低火焰中的氧氣濃度。使煙氣中產(chǎn)生的一部分NO,在高溫缺氧火焰中被CH等碳?xì)浠衔锓纸?并最終還原成N2,從而減少NOx的產(chǎn)生。在煤粉燃燒器的上部布置了一層燃燼風(fēng)噴口(AAP),其作用是補(bǔ)充燃料后期燃燒所需的空氣,同時(shí)實(shí)現(xiàn)分級(jí)燃燒,抑制NOx的生成,其實(shí)質(zhì)仍然是實(shí)現(xiàn)在爐膛內(nèi)脫氮,其原理與圖2所示的基本相同。3轉(zhuǎn)射流,三次風(fēng)國(guó)內(nèi)Q電廠600MW超臨界鍋爐采用軸向葉輪式多級(jí)配風(fēng)旋流式燃燒器。燃燒器供風(fēng)分為4級(jí),一次風(fēng)為煤粉空氣的混合物,二次風(fēng)通過(guò)軸向可動(dòng)葉輪式旋流器產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)射流,三次風(fēng)(即外二次風(fēng))沿火焰外圍通過(guò)調(diào)節(jié)葉片形成弱旋轉(zhuǎn)氣流,既防止火焰貼壁,又滿足火焰后期的可燃物與空氣混合。其主要特點(diǎn)是在軸向可動(dòng)葉輪式雙調(diào)風(fēng)燃燒器的基礎(chǔ)上,在內(nèi)二次風(fēng)和三次風(fēng)之間增設(shè)另一股直流四次風(fēng)。這股四次風(fēng)的主要作用是在高溫火焰外圍形成空氣屏蔽,以推遲三次風(fēng)與火焰的混合,有利于還原火焰中的NOx。同時(shí),在燃燒器上方的爐膛四壁還設(shè)置高速OFA燃燼風(fēng),使高溫火焰與高速OFA風(fēng)均勻混合,促進(jìn)燃料燃燼。高速OFA風(fēng)與常規(guī)配風(fēng)的比較示于圖5。4直接式煤粉爐4.1燃燒噴嘴結(jié)構(gòu)上海鍋爐公司引進(jìn)阿爾斯通技術(shù)制造的600～1000MW超臨界鍋爐采用強(qiáng)化著火(EI)的煤粉噴嘴,在煤粉噴嘴四周布置有燃料風(fēng)(周界風(fēng)),在每相鄰兩層煤粉噴嘴之間布置有一層輔助風(fēng)噴嘴,包括上下2只偏置的CFS噴嘴,在主風(fēng)箱上部設(shè)有2層緊湊燃燼風(fēng)(CCOFA)噴嘴,在主風(fēng)箱下部設(shè)有一層火下風(fēng)(UFA)噴嘴,主燃燒器與爐膛出口之間布置有類似于OFA風(fēng)(SOFA風(fēng)箱)。燃燒器噴嘴結(jié)構(gòu)如圖6所示。燃燒器一次風(fēng)管內(nèi)裝有煤粉濃縮器,如圖7所示。4.2次燃燒及燃燒非碳化合物nox燃燒由哈爾濱鍋爐廠為玉環(huán)電廠提供的1000MW超超臨界鍋爐采用三菱PM型燃燒器+最大可控制技術(shù)(MACT)配風(fēng)技術(shù)。PM型燃燒器如圖8所示。MACT的核心技術(shù)是控制主燃燒區(qū)的燃料與空氣比為0.8～0.9,在主燃燒器上方設(shè)置OFA供風(fēng),使主燃燒區(qū)產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锉换罨?并在OFA的上部留有足夠的空間,使主燃燒區(qū)生成的NOx到達(dá)OFA區(qū)時(shí)因缺氧而被還原成N2。在主燃燒器的上二次風(fēng)OFA噴口上部再設(shè)置一層附加空氣AA,還原區(qū)的未燃燼物進(jìn)入燃燼區(qū)后與AA供風(fēng)混合,且被充分燃燒。爐內(nèi)脫氮原理如圖9所示。據(jù)資料介紹,經(jīng)過(guò)進(jìn)一步改進(jìn)的MACT燃燒技術(shù)可將NOx控制在60×10-6～150×10-6內(nèi)。特別值得注意的是在大型超臨界鍋爐上,直流式燃燒器的布置采用了2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的反向切圓燃燒方式,將對(duì)流熱偏差與整體單一火焰輻射系統(tǒng)的輻射熱偏差相互抵消,使熱偏差大大降低,成為Π型布置的超大容量切圓燃燒鍋爐解決煙溫偏差的最佳途徑,如圖10所示。采用這種燃燒方式可使?fàn)t膛四周水冷壁出口工質(zhì)溫度的偏差值控制在40℃以下,圖11給出了玉環(huán)電廠1000MW超超臨界鍋爐爐膛四周水冷壁出口工質(zhì)溫度偏差。5亞臨界機(jī)組鍋爐燃料燃燒技術(shù)方面取得了明顯的改進(jìn)本文綜合分析了以國(guó)內(nèi)新一代超臨界鍋爐為主的煤粉燃燒技術(shù)的特點(diǎn),如燃燒器配風(fēng)多級(jí)化;設(shè)置火焰內(nèi)還原脫氮措施;采用煤粉濃縮技術(shù)和增強(qiáng)著火區(qū)的熱煙氣回流穩(wěn)定燃燒;改進(jìn)燃燼風(fēng)的配置,提高爐內(nèi)脫氮效果和提高燃燒效率;采用旋流式燃燒器對(duì)沖燃燒或直流式燃燒器反向雙切圓輻射對(duì)流互