高效超临界机组锅炉煤粉燃烧氮氧化物控制新技术

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高效超临界机组锅炉煤粉燃烧氮氧化物控制新技术华北电力大学(071003)　樊泉桂

【摘　要】　分析了国外高效超临界机组锅炉煤粉燃烧新技术，分析了几种在煤粉燃烧过程中控制与降低氮氧化物的新技术和火焰内脱氮和炉内脱氮的新概念。发展高效超临界发电技术，以降低发电煤耗为主和进一步研究开发降低燃烧过程污染物的技术并举，是综合治理电站锅炉污染物排放的主要技术路线。

【关键词】　高效超临界机组　火焰脱氮　炉内脱氮　污染控制



0　前　言

目前电站煤粉锅炉ＳＯ2的排放量控制主要依靠烟气脱硫技术处理。CO2的处理还没有比较成熟的技术可供工业采用。而氮氧化物的生成机理更为复杂。曾经认为采用流化床燃烧技术，可以使NＯx排放量减少80%～90%。但是最新的研究表明，流化床低温燃烧出现的N2O排放是一个更为严重的污染问题。N2O俗称笑气，其在大气中的持续作用时间可以达到30年，是一种对大气臭氧层破坏性极强的有害气体，同时对人的神经系统具有毒害作用。而流化床低温燃烧是产生N2O的最大污染源。因此，控制氮氧化物的排放必须同时考虑到NOx和N2O。而煤粉燃烧属于高温燃烧，只产生NOx。可以预测，煤粉燃烧仍将是今后的主要燃烧技术。因为采用吸收技术处理NＯx的成本比较高，故NＯx的处理技术主要是通过燃烧过程控制。目前NＯx控制技术是通过分级配风的低氧燃烧和降低燃烧器区域的温度实现的。控制电站锅炉燃烧过程产生的污染物的根本性措施是进行综合治理，即提高能源利用率，控制能源消耗和继续开发更高效率的低污染燃烧技术。

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1　发展超超临界发电技术，降低发电煤耗



   90年代以来，有的国家或地区十分注重提高能源利用率和治理污染，主要技术方向是发展超超临界压力、超高温发电机组和进一步研究开发新的燃烧技术并举，从根本上控制污染物的排放总量。



国内亚临界参数300 MW 和600 MW机组的循环热效率为37%，发电煤耗为330~340g/kw.h。与世界目前及未来先进水平相差10~15%，多消耗燃料量25~30%以上。即使采用同等水平的低污染燃烧和处理技术，污染物的总排放量也相应增加了25~30%以上。中国目前已经引进超临界机组，但其运行效率与世界先进水平相比，仍有差距。无论从能源利用，还是从控制污染考虑，中国都迫切需要发展高效超临界机组。图1给出了发电机组的煤耗统计值。



                           图1　机组热效率与煤耗的关系



2        火焰内脱氮新技术



2.1　日本三菱A—PM型燃烧器



日本三菱公司改进了PM型燃烧器，研究开发了A—PM（Advanced—Pollution  Minimun）型燃烧器，其主要技术是将原来的PM型浓、淡燃烧器改进为A—PM型浓、淡、浓燃烧器，如图2所示。



                     图2　A—PM型浓、淡、浓燃烧器



A—PM型燃烧器将单个喷嘴的火焰形成同轴对称火焰，使局部过于集中的浓煤粉气流分解为火焰中心是淡煤粉气流，外围是浓煤粉气流。这种燃烧器的最大优势是在保持低负荷稳燃能力的同时，降低了燃烧器区域的局部高热强度，十分有利于减少超临界锅炉水冷壁发生类膜态沸腾的机会，提高运行安全性。同时在火焰中心区形成NＯx的还原反应，大幅度降低了NＯx的生成量。而在火焰外围的浓煤粉气流区维持了火焰的稳定性。尤其是在喷口内设置的稳焰器，可进一步提高着火稳定性，使低负荷稳燃能力增强。A—PM型燃烧器采用分割风箱结构，可实现单个火焰的灵活调节。同时，与A—MACT技术相结合，具有显著降低NＯx的优势。



2.2　日立NR2、NR3型燃烧器



日立开发的NR2型燃烧器是在旋流式燃烧器一次风管中设置调节杆，一次风管出口装有环形稳焰器，在环形二次风管内装有隔板，如图3所示。



                       图3　低NOx燃烧器



调节杆可沿轴向移动，控制火焰位置，环形稳焰器可确保着火区的高温烟气回流，促使煤粉快速、稳定着火。隔板的作用是将三次风（即外二次风）分割为两股，从不同位置上送入着火后的煤粉气流中，实际上推迟了三次风与火焰的混合，以利形成还原性气氛和宽广的还原区，促进NＯx的还原。在还原区后，送入二次风，促进还原区残留的未燃尽物与空气混合，实现完全燃烧。
日立NR2型燃烧器在1000MW机组的运行实绩表明，无辅助燃料的稳燃能力可达到额定负荷（汽轮机）的15%，与以往的技术相比，同一未燃尽物条件下，可减少40%的NＯx。NR3型燃烧器与扩大还原燃烧技术相结合，在降低NＯx和提高燃烧效率方面效果更为显著。

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3　炉内脱氮新技术



3.1　日本三菱A—MACT炉内脱氮技术



Advanced—MACT（A—MACT）炉内脱氮技术如图4所示。其核心技术是控制主燃烧区的燃料与空气比为0.8~0.9，在主燃烧区上方设置OFA供风，使主燃烧区产生的碳氢化合物被活化，并在上部留有足够的空间，为NＯx充分还原创造条件。还原区的未燃尽组分进入燃尽区后与AA供风混合，被充分燃烧。AA供风分为上、下两层，可促进未燃物与空气的充分混合，提高燃烧效率。



　　　　　　　       　图4　A-MACT炉内脱氮技术图



3.2　IHI扩大还原燃烧技术



对于低挥发分煤，火焰内脱氮难以达到预期效果。为此，日立推出扩大还原燃烧技术（INPACT）。这种技术的核心是在两段燃烧法的主燃烧区与燃尽区之间流有较大的空间，并注入IAP供风，形成HCN、NH3、HC等还原性气氛，促使NＯx还原，如图5所示。同时，采用这种技术还可有效的控制未完全燃烧。文献2列举的数据表明，采用扩大还原燃烧法与原来的两段燃烧法相比，在燃料与空气比为0.8~0.9范围内，NＯx减少了35%，由210PPM降低到130~140 PPM。



　　　　　　　　　　　　图5　IHI扩大还原燃烧技术



4　低NＯx四角切圆燃烧技术



图6是丹麦史密斯穆勒 (FLS miljφ)公司开发的四角切圆组合燃烧技术。其核心技术是燃烧器火焰低氧燃烧＋多级配风。意图是加强炉膛水冷壁对燃烧器火焰的冷却效果，控制并降低燃烧过程中NＯx的生成量，避免水冷壁高温腐蚀和降低超临界锅炉水冷壁的局部热强度。



　　　　　　　　　图6　旋流式燃烧器四角切圆布置及配风方式



5　结束语







本文介绍和分析了国外先进的超超临界发电技术方向和几种应用于超超临界锅炉的低NＯx燃烧技术，同时也注意到在旋流式燃烧器出口处进行煤粉浓缩实现火焰内脱氮的另一类技术动向。这些技术的研究与应用，开启了电站锅炉低污染排放技术发展的新思路。由于超超临界机组的发展已成为必然趋势。



本文作者认为，以发展高效超临界发电技术，降低发电煤耗为主，同时研究开发进一步降低燃烧过程污染物的技术并举，是综合治理电站锅炉污染物排放的主要技术路线。







6　参考文献







[1]　冲田信雄．高温高压蒸气サィクルの最近の技术进步．火力原子力发电．第51卷．第5号．通卷524号．2000．５.



[2]　大桥重信等．火力发电所の环境负荷低减システム．火力原子力发电．第51卷．第5号．通卷524号．2000．５.



[3]　藤川卓尔等．1000MW超高温タ-ビン．ポィラの最新技术．火力原子力发电．第50卷．第12号．通卷519号．1999．12.



[4]　丸田得志等．燃烧技术．火力原子力发电．第50卷．第10号．通卷517号．1999．10.



[5]　樊泉桂著．亚临界与超临界参数锅炉．第一版．北京：中国电力出版社．2000.

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这篇文章没有图，发的比较失败

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学习了。。。。。。。