富氧低氮燃燒技術(shù)

重慶市富燃科技有限責(zé)任公司富氧低氮燃燒技術(shù)二O一四年三月目錄技術(shù)背景氮氧化物產(chǎn)生的機(jī)理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀3.1煙氣脫硝3.2空氣分級(jí)燃燒技術(shù)3.3燃料分級(jí)燃燒技術(shù)富氧低氮燃燒技術(shù)介紹4.1富氧低氮燃燒技術(shù)的提出4.2富氧低氮燃燒技術(shù)的機(jī)理4.3富氧低氮燃燒技術(shù)的優(yōu)勢4.4富氧低氮燃燒技術(shù)系統(tǒng)組成富氧低氮燃燒技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)5.1富氧低氮燃燒項(xiàng)目技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)5.2富氧低氮燃燒項(xiàng)目設(shè)備裝置關(guān)鍵點(diǎn)6技術(shù)預(yù)期效益6.1#鍋爐預(yù)期減排NOx效果6.2富氧低氮燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析7.結(jié)論1.技術(shù)背景煤在燃燒過程中會(huì)生成二氧化硫、氮氧化物、粉塵等污染物，這些污染物對(duì)我們的環(huán)境產(chǎn)生很大的危害，其中氮氧化物（NOx）的危害最大。在研究煤粉燃燒的過程中，如何降低氮氧化物的產(chǎn)生，成了我們必須面對(duì)和解決的重要問題。氮氧化物（NOx）在陽光的作用下會(huì)引起光化學(xué)反應(yīng)，形成光化學(xué)煙霧，從而造成嚴(yán)重的大氣污染。七十年代以來NOx的大氣污染問題已被日益重視，人們發(fā)現(xiàn)：人體健康的傷害、高含量硝酸雨、光化學(xué)煙霧、臭氧減少以及其他一些問題均與低濃度NOx有關(guān)系，而且其危害性比人們?cè)仍O(shè)想的要大得多。2.氮氧化物產(chǎn)生的機(jī)理NOx主要是在煤粉燃燒過程中，由煤粉自身含的氮和空氣中的氮產(chǎn)生的，其主要物質(zhì)有：NO、NO2、N2O、NH3、CHN等，其生成的種類與煤種情況、燃燒溫度、過量空氣系數(shù)等有關(guān)。其中NO為主要的排放物。NOx可分為：燃料型/熱力型/快速型。其中燃料型NOx占大多數(shù)。熱力型NOx是空氣中的氮直接氧化產(chǎn)生的，與溫度的高低有密切的關(guān)系，當(dāng)爐內(nèi)火焰溫度高于1500°C時(shí)，溫度每增加100°C，NOx的產(chǎn)生速度就會(huì)提高6~7倍。燃料型NOx是煤粉中的氮物質(zhì)受熱分解后氧化產(chǎn)生的，與溫度沒有多大的關(guān)系，但與空氣過量系數(shù)有密切的聯(lián)系，它是煤粉燃燒過程中NOx的主要生成途徑，研究表明，燃料型NOx占鍋爐NOx排量的

60%~80%NO生成與還原最主要的反應(yīng)如下3.技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀為了解決氮氧化物的排放問題，國內(nèi)外普遍采用了以下幾種減排方法：3.1煙氣脫硝煙氣脫硝，是指把已生成的NOx還原為N2,從而脫除煙氣中的NOx，按治理工藝可分為濕法脫硝和干法脫硝。主要包括：酸吸收法、堿吸收法、選擇性催化還原法、非選擇性催化還原法、吸附法、離子體活化法等。

常見煙氣脫硝方法比較如下:方法適用性及特點(diǎn)八、、優(yōu)點(diǎn)與不足脫硝率投資SCR適合排氣量大，連續(xù)排放源二次污染小，凈化效率高，技術(shù)成熟；設(shè)備投資高，關(guān)鍵技術(shù)難度較大，要求煙氣溫度高，不能脫硫，煙氣易結(jié)露腐蝕后續(xù)設(shè)備和管道。脫硝80%?90%高SNCR適合排氣量大，連續(xù)排放源不用催化劑，設(shè)備和運(yùn)行費(fèi)用少；NH3用量大，二次污染，難以保證反應(yīng)溫度和停留時(shí)間，要求煙氣溫度高，不能脫硫，煙氣易結(jié)露、腐蝕后續(xù)設(shè)備和管道脫硝30%?60%運(yùn)行費(fèi)用高LoTOx處理煙氣量中等的情況可取臭氧氧化脫硝技術(shù)是美國的一項(xiàng)專利技術(shù)、脫硝工況穩(wěn)定、效率高，易控制。適宜在相對(duì)低溫條件下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。但臭氧發(fā)生器價(jià)格昂貴。脫硝80?95%運(yùn)行費(fèi)用較高由此可見各種煙氣脫硝方法基建投資大、運(yùn)行費(fèi)用高，且隨著脫硝裝置的老化，其運(yùn)行成本及運(yùn)行效率都將發(fā)生很大的變化。3.2空氣分級(jí)燃燒技術(shù)煤粉燃燒的過程分階段完成。第一階段是將空氣量減少到總空氣量的70%~75%，使煤粉的燃燒在缺氧狀態(tài)下進(jìn)行，進(jìn)而降低了燃燒區(qū)的燃燒溫度和燃燒速度，因此不但延長了煤粉燃燒的過程，還在還原環(huán)境中抑制了NOx的產(chǎn)生，為了使煤粉完全燃燒，另外所需的空氣量由主燃燒器上方的噴口送入，在a>1的條件下，煤粉完全燃燒。這樣煤粉燃燒所需的空氣分兩級(jí)進(jìn)入，煤粉的燃燒也分為兩級(jí)進(jìn)行，故稱之為空氣分級(jí)燃燒技術(shù)。采用此方法進(jìn)行低氮燃燒，運(yùn)行費(fèi)用低，為確保鍋爐安全運(yùn)行，分級(jí)深度不夠，所以，效果較差，不能達(dá)到排放要求。同時(shí)，須將第一級(jí)和第二級(jí)空氣分配比例調(diào)節(jié)得當(dāng)，否則會(huì)造成煤粉燃燒不盡、結(jié)渣等問題，且會(huì)腐蝕鍋爐壁。3.3燃料分級(jí)燃燒技術(shù)將80%的煤粉通入。＞1的主燃燒區(qū)燃燒（稱為一級(jí)燃燒），先產(chǎn)生大量的NOx，再將20%的煤粉通入。＜1主燃燒區(qū)上方噴口內(nèi)燃燒（稱為二級(jí)燃燒），產(chǎn)生一個(gè)還原環(huán)境，主燃燒區(qū)產(chǎn)生的NOx在還原環(huán)境中被還原為N2,并抑制NOx的產(chǎn)生，最后在二級(jí)燃燒的上方通入所需的空氣，使煤粉燃盡。采用此方法進(jìn)行低氮燃燒，與空氣分級(jí)燃燒技術(shù)有相同的問題，并面臨更嚴(yán)峻的問題，如何把握各級(jí)燃盡率至關(guān)重要。經(jīng)多年的實(shí)際運(yùn)用表明，無論空氣分級(jí)燃燒技術(shù)還是燃料分級(jí)燃燒技術(shù)在實(shí)際的臨爐應(yīng)用中效果均不佳，要么脫硝效果較好但碳的燃盡率低，要么保證了碳的燃盡度但脫硝效果不好?，F(xiàn)許多電廠實(shí)際已放棄該類技術(shù)的應(yīng)用。4.富氧低氮燃燒技術(shù)介紹4.1富氧低氮燃燒技術(shù)的提出傳統(tǒng)低氮燃燒技術(shù)從理論上可以做到降低氮氧化物的排放，但是，第一，必須對(duì)風(fēng)和燃料的調(diào)控適當(dāng)，對(duì)于體積龐大、風(fēng)量/煤量難于控制的鍋爐來說，很難達(dá)到傳統(tǒng)低氮燃燒技術(shù)調(diào)控的標(biāo)準(zhǔn)，碳的燃盡率與降低氮氧化物的排放很難兼顧；第二，技術(shù)使用環(huán)境時(shí)刻在變化，如煤質(zhì)波動(dòng)、工況波動(dòng)，很難滿足傳統(tǒng)低氮燃燒技術(shù)的要求；第三，由于電力行業(yè)的特殊性，要想實(shí)施對(duì)鍋爐時(shí)時(shí)調(diào)控時(shí)是很難做到的。為了解決氮氧化物低排放的問題，結(jié)合傳統(tǒng)低氮燃燒技術(shù)及富氧微油燃燒原理，在安全、易于操作，確保碳燃盡率的前提下，研究發(fā)明了富氧低氮燃燒技術(shù)。富氧低氮燃燒技術(shù)以富氧微油點(diǎn)火穩(wěn)燃技術(shù)為基礎(chǔ)，有機(jī)地結(jié)合了空氣分級(jí)燃燒技術(shù)和燃料分級(jí)燃燒技術(shù)的特點(diǎn)，同時(shí)視為更深度的空氣分級(jí)燃燒技術(shù)和燃料分級(jí)燃燒技術(shù)及火焰內(nèi)還原技術(shù)的結(jié)合。對(duì)鍋爐內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本不做改動(dòng)，僅對(duì)鍋爐現(xiàn)有燃燒器進(jìn)行過富氧微油點(diǎn)火穩(wěn)燃系統(tǒng)的改造，那么這套系統(tǒng)作為點(diǎn)火燃燒器的同時(shí)也作為低氮燃燒器。4.2富氧低氮燃燒技術(shù)的機(jī)理低氮燃燒時(shí)，一次風(fēng)粉由一次風(fēng)噴口進(jìn)入富氧專用燃燒器，通過富氧專用燃燒器，分級(jí)點(diǎn)燃富氧專用燃燒器中的一次風(fēng)煤粉。在富氧專用燃燒器點(diǎn)火時(shí)加入了少量的燃油和氧氣，確保了一次風(fēng)煤粉在富氧專用燃燒器的高著火率（＞95%），并且由于燃燒器內(nèi)濃淡分離的作用，使煤粉的燃燒到達(dá)了深度的燃料分級(jí)燃燒（濃淡比=8:2）。進(jìn)入富氧專用燃燒器的一次風(fēng)煤粉（濃度在0.2~0.6），在脫離燃燒器噴口時(shí)，處于提前著火狀態(tài)，一次風(fēng)煤粉在燃燒器分級(jí)燃燒過程中，耗掉一次風(fēng)中的氧氣，處于一個(gè)深度缺氧還原環(huán)境中，煤粉處于深度不完全燃燒的狀態(tài)，產(chǎn)生大量CO。從而，既嚴(yán)重抑制了氮氧化物的產(chǎn)生又使產(chǎn)生的氮氧化物被大量還原。燃燒不完全的煤粉進(jìn)入爐內(nèi)主燃區(qū)、還原區(qū)，與空氣余量系數(shù)a<1的二次風(fēng)提供的氧氣繼續(xù)進(jìn)行不完全燃燒，使該區(qū)域繼續(xù)處于還原環(huán)境中，從而進(jìn)一步抑制和還原氮氧化物的產(chǎn)生。燃燒不完全的煤粉進(jìn)入爐膛燃盡區(qū)，與送風(fēng)口提供的燃盡風(fēng)進(jìn)行充分燃燒，保證煤粉的燃盡度。富氧低氮燃燒術(shù)在于以極少的燃油和純氧，使一次風(fēng)煤粉在富氧專用燃燒器內(nèi)受高溫?zé)峤猓崆爸鹑紵?，煤粉在一次風(fēng)嚴(yán)重缺氧狀態(tài)著火后進(jìn)入爐膛（即大量CO強(qiáng)還原劑進(jìn)入爐膛），到達(dá)深度空氣分級(jí)燃燒；同時(shí)，煤粉在富氧專用燃燒器實(shí)現(xiàn)濃淡分離，達(dá)到深度燃料分級(jí)燃燒。進(jìn)入爐膛后，低空氣余量系數(shù)的主燃區(qū)、還原區(qū)及高空氣余量的燃盡區(qū)在爐膛中的全方位布置，從而在爐膛中又形成新的燃料分級(jí)和空氣分級(jí)低氮燃燒。在以上雙抑制和還原過程中，既保證了煤粉的高燃盡率，又大幅度抑制和還原燃燒中產(chǎn)生的氮氧化物。在以上燃燒中提供了極少量的氧氣，降低煤粉著火溫度，提高煤粉著火率，強(qiáng)化還原環(huán)境，增加CO的產(chǎn)生量，提高煤粉的燃盡率，以“低氮燃燒的手段，達(dá)成煙氣脫硝的效果”，實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的降排NOx的目的。富氧NOx燃燒機(jī)理如下：由于采用富氧低氮燃燒方式,使燃料中包含含氮原子團(tuán)(HCN、NH3.CN)的揮發(fā)分快速析出，迅速著火。由于在燃燒器內(nèi)一次風(fēng)只提供15%~35%的氧量,因此在燃燒器內(nèi)燃燒屬于深度的缺氧燃燒，此時(shí)燃料氮生成的NOx被迅速還原，即富氧點(diǎn)火是深度火焰內(nèi)還原。以高效管道濃縮器實(shí)現(xiàn)中心濃，四周淡的方式運(yùn)行，這意味著富氧低氮燃燒屬于深度空氣分級(jí)和深度濃淡燃燒，燃燒器噴出是大量的還原劑，爐內(nèi)反應(yīng)如下:富氧低氮燃燒降低NOx原理如下：—揮發(fā)份NOx（主燃區(qū)）」焦炭NOx（全爐膛）抑制NOx生成一」熱力型（全爐膛溫度場）一再燃還原已生成的NOx——」還原燃燒4.3富氧低氮燃燒技術(shù)的優(yōu)勢⑴以極少的燃油和純氧，使一次風(fēng)煤粉在富氧燃燒器內(nèi)著火燃燒，從一次風(fēng)煤粉噴口燃燒進(jìn)入鍋爐，使煤粉在一次風(fēng)嚴(yán)重缺氧狀態(tài)中燃燒進(jìn)入爐膛，產(chǎn)生大量CO強(qiáng)還原劑，到達(dá)深度空氣分級(jí)燃燒。⑵同時(shí)，煤粉在富氧燃燒器內(nèi)實(shí)現(xiàn)濃淡分離，達(dá)到深度燃料分級(jí)燃燒。⑶結(jié)合了燃料分級(jí)和空氣分級(jí)的特點(diǎn)，避免燃燒不盡的缺點(diǎn)。⑷在分級(jí)燃燒中提供了一定量的氧氣，以煤代油，進(jìn)一步降低油耗，降低煤粉著火溫度，提高煤粉著火率，強(qiáng)化還原環(huán)境，增加CO的產(chǎn)生量，提高煤粉的燃盡率，達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的降排NOx的目的。⑸富氧低氮燃燒技術(shù)不受煤質(zhì)波動(dòng)的影響，適用煤種廣泛，可適用于煙煤、貧煤、無煙煤等。⑹富氧低氮燃燒裝置安全、穩(wěn)定，操縱簡單易行，維護(hù)方便。4.4富氧低氮燃燒技術(shù)系統(tǒng)組成4.4.1富氧低氮燃燒系統(tǒng)系統(tǒng)由供氧裝置、復(fù)合型富氧微油槍、高能點(diǎn)火裝置、推進(jìn)器、燃油裝置、壓縮空氣裝置、高壓風(fēng)裝置、燃燒器裝置等組成，其中燃油裝置、壓縮空氣裝置及高壓風(fēng)裝置是利用燃煤鍋爐的主管路接出的分支管路。4.4.2送粉系統(tǒng)系統(tǒng)直接利用燃煤鍋爐的送粉裝置，由鍋爐一次風(fēng)管、磨煤機(jī)等組成，不需對(duì)鍋爐送粉裝置作任何改動(dòng)，但在鍋爐冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)，需保證富氧微油點(diǎn)火調(diào)試節(jié)油系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的送粉裝置運(yùn)行,確保有煤粉進(jìn)入富氧燃燒器。4.4.3控制保護(hù)系統(tǒng)該系統(tǒng)應(yīng)用于富氧微油點(diǎn)火穩(wěn)燃的過程控制與運(yùn)行參數(shù)的采集監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐膛和相關(guān)設(shè)備的保護(hù)與連鎖，確保機(jī)組與項(xiàng)目裝置的安全運(yùn)行。4.4.4輔助系統(tǒng)系統(tǒng)主要由圖像火檢裝置和燃燒器壁溫監(jiān)測裝置組成。5.富氧低氮燃燒技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)5.1富氧低氮燃燒項(xiàng)目技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)⑴“一個(gè)確保、兩個(gè)可能、三個(gè)保證”“一個(gè)確?！保涸谶M(jìn)行富氧低氮燃燒器燃燒時(shí)，應(yīng)確保從每個(gè)富氧低氮燃燒器內(nèi)噴出的煤粉著火燃燒，這樣煤粉在主燃區(qū)才能持續(xù)燃燒。研究表明，在富氧低氮燃燒器運(yùn)用富氧燃燒技術(shù)使煤粉持續(xù)著火。其配比的能量源為：單個(gè)富氧低氮燃燒器，耗油為：3~5kg/h；耗氧為10~15m3/h.即配比上述能量，就能確保鍋爐正常工作狀態(tài)從每個(gè)富氧低氮燃燒器內(nèi)噴出的煤粉著火燃燒?！皟蓚€(gè)可能”：在進(jìn)行富氧低氮燃燒燃燒時(shí)，第一、應(yīng)盡可能使煤粉主燃區(qū)的空氣余量系數(shù)降低與原鍋爐一致(a<1即可)，以達(dá)到操作簡單、可控，以期產(chǎn)生更多的CO。第二、應(yīng)盡可能使煤粉燃盡區(qū)的尺度加大，在燃盡風(fēng)中氧含量的作用下，在增加了煤粉燃盡的時(shí)間的同時(shí)，提高碳的燃燒速度和燃盡率?！叭齻€(gè)保證”：在進(jìn)行富氧低氮燃燒時(shí)，第一、應(yīng)保證爐膛內(nèi)總空氣余量系數(shù)不變，即爐膛內(nèi)整個(gè)風(fēng)量不變，只是更換了另一種供應(yīng)方式：將大部分二次風(fēng)集中在鍋爐上方燃盡風(fēng)噴口供應(yīng)；第二、應(yīng)保證爐膛內(nèi)總煤量不變，即不影響鍋爐負(fù)荷。第三、應(yīng)保證爐膛總?cè)急M度不變，即煤粉在爐膛內(nèi)燃燒時(shí)間不變。鍋爐結(jié)焦問題的處理由于爐膛的還原狀態(tài)，使煤粉中的灰分的熔點(diǎn)降低，極易粘附在爐膛爐墻上，形成結(jié)焦。在實(shí)施富氧低氮燃燒過程中，在鍋爐主燃燒區(qū)域的每個(gè)富氧燃燒器噴口上配比貼壁風(fēng)，從而，既有效地避免燃燒所產(chǎn)生的灰融物接觸水冷壁，又使水冷壁附近處于富氧狀態(tài)，從而根本上解決了鍋爐結(jié)焦問題，如下圖:5.2富氧低氮燃燒項(xiàng)目設(shè)備裝置關(guān)鍵點(diǎn)5.2.1復(fù)合型富氧微油槍(專利號(hào)201220060873.8>201220060928.5)（1）復(fù)合型富氧微油槍綜合采用三類霧化方式 機(jī)械壓力霧化、碰撞霧化和高溫氣化，使燃油達(dá)到最佳的霧化效果，進(jìn)而使霧化燃油與純氧高強(qiáng)度充分燃燒，產(chǎn)生高溫火焰。（2） 油氧從復(fù)合型富氧微油槍噴出，使燃油與氧氣充分混合燃燒，有效地防止了油槍脫火；并控制油火焰，確保燃燒器不被燒損。（3） 充分利用富氧特性（大幅度降低燃油著火溫度、大大加快燃油反應(yīng)速度、大大提高燃油燃燒溫度），確保燃油燃燼，因此，鍋爐點(diǎn)火初期，各類環(huán)保裝置均可正常運(yùn)行。（4） 復(fù)合型富氧微油槍在每次使用完畢后，自動(dòng)啟動(dòng)油管、氧管吹掃進(jìn)行冷卻和清潔：保證油嘴、氧氣噴口不堵塞、不結(jié)焦、能及時(shí)投入使用，確保投氧、投油反應(yīng)時(shí)間。5.2.2供氧裝置（專利號(hào)201220060949.7）（1） 供氧裝置通過特有的自增壓氣化器超低溫電磁閥開關(guān)控制，自動(dòng)保證液氧儲(chǔ)罐內(nèi)壓力恒定，液氧流量均勻、快速。（2） 氧站控制由排液管線上特有的超低溫電磁閥開關(guān)控制和氧氣主管線上的壓力傳感器構(gòu)成對(duì)氧量的閉環(huán)控制，從而滿足鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)燃時(shí)對(duì)氧氣“瞬時(shí)”大流量和氧氣流量、流速、壓力長期穩(wěn)定的要求，同時(shí)又能及時(shí)關(guān)閉供氧系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全可控，以及鍋爐點(diǎn)火穩(wěn)燃中對(duì)氧量的不同需求。（3） 液氧汽化器為空浴式強(qiáng)化汽化器，采用了特有的內(nèi)肋管技術(shù)，在確保安全的前提下，強(qiáng)化了氣化效果，避免了蒸汽式汽化器、水浴式汽化器換熱管內(nèi)外溫差大所造成的材料疲勞，焊道拉裂，導(dǎo)致液氧進(jìn)入汽化器封閉空間等嚴(yán)重安全問題。5.2.3燃油預(yù)處理裝置（專利號(hào)201320429027.3）（1） 油系統(tǒng)中，油嘴的堵塞是一個(gè)很關(guān)鍵的問題，嚴(yán)重的影響油槍功能的發(fā)揮。為確保復(fù)合型富氧微油槍及時(shí)響應(yīng)、穩(wěn)定工作，我公司研發(fā)的燃油預(yù)處理裝置，徹底解決了油嘴堵塞問題，確保了鍋爐點(diǎn)火使用中燃油能足量、穩(wěn)定供給鍋爐點(diǎn)火、穩(wěn)燃。（2） 燃油預(yù)處理裝置出力可調(diào)范圍大，且采用多級(jí)過濾方式，可為復(fù)合型富氧微油槍提供清潔的燃油。燃油預(yù)處理裝置采用自清潔方式，對(duì)過濾柴油的過濾器進(jìn)行自清潔，將過濾器中的燃油粘性不容物質(zhì)排出，以實(shí)現(xiàn)過濾器的自清潔保護(hù)，保持過濾網(wǎng)通透、清潔，從而，保障復(fù)合型富氧微油槍及時(shí)響應(yīng)、穩(wěn)定工作。6技術(shù)預(yù)期效益6.1#鍋爐預(yù)期減排NOx效果根據(jù)富氧低氮燃燒原理及實(shí)際檢測結(jié)果表明，若按以上方案實(shí)施改造，可使鍋爐從目前NOx排放濃度降低80%左右，達(dá)到SCR煙氣脫硝的效果。6.2富氧低氮燃燒技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析6.2.1一臺(tái)300MW鍋爐投資及運(yùn)行費(fèi)用富氧低氮燃燒技術(shù)其基建投資大約：800~1000萬/套；鍋爐富氧低氮燃燒技術(shù)每小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用為：350元/h；全年7000小時(shí)鍋爐工作時(shí)間，其低氮減排運(yùn)行費(fèi)用總計(jì)：245萬元。SCR煙氣脫硝技術(shù)其基建投資大約：4500?6000萬/套；鍋爐SCR煙氣脫硝技術(shù)每小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用為：3000元/h；全年7000小時(shí)鍋爐工作時(shí)間，其低氮減排