國(guó)內(nèi)強(qiáng)化燃燒、低NOx直流生物質(zhì)燃燒機(jī)的發(fā)展

摘要：我國(guó)NO。的排放以燃煤電站鍋爐為主，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低NOx生物質(zhì)燃燒機(jī)很有必要。主要介紹了國(guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低NO。燃燒技術(shù)的基本原理。同時(shí)，對(duì)幾種低NOx燃燒技術(shù)在電站鍋爐中的應(yīng)用作了簡(jiǎn)要介紹。并對(duì)低NO。燃燒技術(shù)的應(yīng)用前景作了展望。

目前，環(huán)境污染和能源利用問題在世界范圍內(nèi)已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人類的生存和發(fā)展，發(fā)電機(jī)組燃燒產(chǎn)物中污染物對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染日益受到人們的密切關(guān)注，降低燃燒裝置污染物的排放量已成為燃燒技術(shù)研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量十分豐富，開采量也占有機(jī)燃料的首位，目前我國(guó)絕大多數(shù)火電廠都以動(dòng)力煤作為燃料。

隨著火力發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量迅速增加，其排放的污染物特別是NOx的排放量隨之迅速增加。我國(guó)電站鍋爐NOx的排放水平為350~800×10“，NOx的排放普遍超標(biāo)。多年來的研究表明，燃料在燃燒過程中生成的NOx由于生成路徑和發(fā)生源不同分為三種：熱力型NOx、快速型NOx、燃料型NOx。對(duì)于燃煤電廠，燃料型NOx是其主要的NOx發(fā)生源。NOx已經(jīng)嚴(yán)重威脅人類賴以生存的環(huán)境和人類自身的健康：一方面，NOx是形成酸雨的主要因素之一；另一方面，NOx可以形成光化學(xué)煙霧破壞大氣環(huán)境。因此，降低NOx排放、提高煤炭的利用率對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要的意義圈。

燃煤電廠降低NO。排放的方法大致可分為低NOx燃燒技術(shù)和煙氣NOx凈化技術(shù)。但姻氣凈化技術(shù)配套設(shè)備價(jià)格昂貴，占電站總投資的20%左右，而且其運(yùn)行費(fèi)用也很高圄，制約了其發(fā)展。而低NO。燃燒技術(shù)因具有投資和運(yùn)行費(fèi)用低、技術(shù)成熟、減排效果明顯等優(yōu)點(diǎn)，已得到了廣泛的應(yīng)用。

隨著環(huán)保要求的提高，我國(guó)對(duì)低NOx燃燒技術(shù)的研究不斷深入，近幾年來，通過廠、校間的廣泛合作，取得了理想的成果，并在大型燃煤發(fā)電機(jī)組上得到了應(yīng)用聞。本文總結(jié)了多種國(guó)內(nèi)具2華北電力技術(shù) NORTH CHINA ELECTRIC POWER有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和工程業(yè)績(jī)的低NOx燃燒技術(shù)，以增強(qiáng)對(duì)低NOx燃燒技術(shù)降低NOx排放機(jī)理的認(rèn)識(shí)。

1 雙通道通用生物質(zhì)主生物質(zhì)燃燒機(jī)B -81

1.1基本原理

清華大學(xué)是國(guó)內(nèi)早研究生物質(zhì)燃燒機(jī)的單位之一，圖1為清華大學(xué)發(fā)明的大速差射流生物質(zhì)燃燒機(jī)，具有獨(dú)特的構(gòu)思和優(yōu)異的燃燒性能。大速差射流生物質(zhì)燃燒機(jī)，顧名思義，就是利用速差很大的射流與受限空間組合成的生物質(zhì)燃燒機(jī)。其中一次風(fēng)作為低速射流，并使用具有一定壓力的蒸汽或空氣作為高速射流，由高、低速氣體相互作用而形成回流區(qū)，利用回流區(qū)卷吸大量熱煙氣以穩(wěn)定生物質(zhì)燃燒。但在使用過程中發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)燃燒機(jī)上部有局部結(jié)焦現(xiàn)象，因此它只能作輔助生物質(zhì)燃燒機(jī)用于鍋爐點(diǎn)火或峰值時(shí)使用。為此，清華大學(xué)在此基礎(chǔ)上又研制了雙一次風(fēng)通道生物質(zhì)主生物質(zhì)燃燒機(jī)，并獲得發(fā)明專利。雙通道通用生物質(zhì)主生物質(zhì)燃燒機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要原理如下：

d)該生物質(zhì)燃燒機(jī)與傳統(tǒng)的生物質(zhì)燃燒機(jī)不同，它有兩個(gè)一次風(fēng)通道，即在同一個(gè)生物質(zhì)燃燒機(jī)的上下側(cè)各開一個(gè)一次風(fēng)口，這樣可以保護(hù)一次風(fēng)口，增強(qiáng)燃燒器的燃燒穩(wěn)定性。

Q)兩股一次風(fēng)以貼壁射流形式進(jìn)入一個(gè)突擴(kuò)生物質(zhì)燃燒機(jī)，產(chǎn)生大量高溫回流煙氣，高溫回流煙氣使一次風(fēng)粉的燃燒穩(wěn)定性大犬增強(qiáng)，因此，該生物質(zhì)燃燒機(jī)可以適用燃燒大部分煤種。

(3)生物質(zhì)著火點(diǎn)的位置可以由腰部風(fēng)控制，它給低負(fù)荷穩(wěn)燃及適應(yīng)煤質(zhì)多變的工況提供了調(diào)節(jié)手段。

半）在下一次風(fēng)口兩側(cè)各裝一個(gè)高速蒸汽射流管，可以根據(jù)不同煤種對(duì)著火的不同要求，通過改變高速射流蒸汽的壓力來改變高溫?zé)煔獾幕亓髁?，因此?duì)煤種的適應(yīng)性很強(qiáng)。對(duì)于極難燃煤種來說高速蒸汽可以大大改善其燃燒穩(wěn)定性。

1.2應(yīng)用情況

1991年8月，該生物質(zhì)燃燒機(jī)首先在亮子河電廠220 t/h爐上使用，經(jīng)過1年多運(yùn)行表明，通過控制腰部風(fēng)和高速射流流量的大小，可成功控制生物質(zhì)的著火點(diǎn)。改造后鍋爐可實(shí)現(xiàn)50% N的脫油調(diào)峰，經(jīng)濟(jì)效益顯著。1991年11月，該燃燒器又在富拉爾基發(fā)電總廠670 t/h爐上使用，改造后鍋爐效率提高3.2%，NOx排放量降低17%。之后，該生物質(zhì)燃燒機(jī)已被哈爾濱鍋爐廠成功應(yīng)用于410 t/h、670 t/h、1 025 t/h鍋爐上，運(yùn)行結(jié)果表明，一般均實(shí)現(xiàn)了50%左右的無伴油調(diào)峰，鍋爐效率有所提高，NOx排放量降低，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效盞巨大。

2 可調(diào)生物質(zhì)濃淡低NOx燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)一

浙江大學(xué)熱能工程研究所對(duì)燃煤過程中NOx控制開展了大量理論和試驗(yàn)研究，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況形成了一套有中國(guó)特色的低NOx控制技術(shù)。浙大低NOx控制技術(shù)以爐內(nèi)控制NOx為主，結(jié)合低NO。生物質(zhì)燃燒機(jī)、燃料再燃燒技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃燒優(yōu)化自動(dòng)控制技術(shù)，針對(duì)不同參數(shù)下的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了地優(yōu)化整合和改進(jìn)，研制和開發(fā)了可調(diào)生物質(zhì)濃淡低NOx燃燒及低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)，并在2004年獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。

2.1基本原理

可調(diào)生物質(zhì)濃淡低NO。生物質(zhì)燃燒機(jī)主要通過生物質(zhì)濃淡分離來實(shí)現(xiàn)低NOx燃燒，采用濃淡燃燒技術(shù)，可在生物質(zhì)燃燒機(jī)出口局部形成富燃料區(qū)域，抑制NOx的生成。該低NOx生物質(zhì)燃燒機(jī)的具體結(jié)構(gòu)

d)該濃淡分離器是利用扇形擋塊對(duì)生物質(zhì)華北電力技術(shù)顆粒的慣性導(dǎo)向作用，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)氣流的濃縮和分流，達(dá)到生物質(zhì)濃淡分離的作用。并且濃淡比連續(xù)可調(diào)，當(dāng)濃淡比改變時(shí)，可以顯著地改變生物質(zhì)著火距離，起到了低負(fù)荷時(shí)強(qiáng)化著火和燃燒的作用。

Q)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)風(fēng)大小可以控制鈍體后回流區(qū)的大小，從而改變著火距離，達(dá)到保護(hù)噴口的的，同時(shí)，爐內(nèi)溫度水平降低不大，未影響爐內(nèi)的燃燒。

()分離器將大部分生物質(zhì)分離到濃側(cè)，實(shí)現(xiàn)燃燒前期的氧量控制，使得揮發(fā)分氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，從而降低揮發(fā)分NOx的生成。

6)低NOx生物質(zhì)燃燒機(jī)配合燃料再燃燒技術(shù)、空氣分級(jí)燃燒技術(shù)、燃燒優(yōu)化自動(dòng)控制技術(shù)在保證生物質(zhì)燃燼的同時(shí)，有效地降低了NOx的排放。

2.2應(yīng)用情況

目前該技術(shù)已在上海、浙江、北京等全國(guó)各地70余臺(tái)65 t/h~ 670 t/h不同容量的鍋爐中得到應(yīng)用。鶴壁萬和電廠于1997年將原有生物質(zhì)燃燒機(jī)改為濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)后，負(fù)荷在50%及以上運(yùn)行時(shí)燃燒穩(wěn)定，爐內(nèi)火焰不刷墻，烘燒器區(qū)域基本不結(jié)焦，飛灰和爐渣可燃物含量也沒有增加，煤種適應(yīng)性增強(qiáng)，同時(shí)NOx排放量也有較大幅度地減少嘲。馬頭發(fā)電總廠7號(hào)爐于1997年對(duì)鍋爐下兩層一次風(fēng)生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了改造，改造后鍋爐運(yùn)行的穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和低負(fù)荷穩(wěn)燃能力都有了較大幅度的提高‘塒。巨化熱電廠于1999年對(duì)生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了改造，運(yùn)行以來，未發(fā)生過一次噴嘴燒損問題。由于爐膛溫度水平提高，也較少發(fā)生因煤質(zhì)或燃燒問題而發(fā)生的事故‘111。表1總結(jié)了該生物質(zhì)燃燒機(jī)的應(yīng)用效果。

3“風(fēng)包粉”系列濃淡生物質(zhì)燃燒技術(shù)口2

“風(fēng)包粉”系列濃淡生物質(zhì)燃燒技術(shù)是哈爾濱工業(yè)大學(xué)針對(duì)國(guó)內(nèi)電力工業(yè)對(duì)生物質(zhì)燃燒的需要，明的一套適用于不同爐型、不同煤種的，同時(shí)具有、穩(wěn)燃、低污染、防結(jié)渣、防高溫腐蝕性能的系列生物質(zhì)燃燒技術(shù)。濃淡燃燒的基本思想是一次風(fēng)分成濃淡兩股，利用濃側(cè)生物質(zhì)氣流著火好的特點(diǎn)來提高爐膛穩(wěn)燃性能；濃淡兩股氣流偏離各自燃燒的化學(xué)當(dāng)量比，抑制了NOx的生成。

3.1 水平濃縮生物質(zhì)燃燒技術(shù)

采用“風(fēng)包粉”濃淡燃燒技術(shù)是利用濃淡燃燒形成分級(jí)燃燒技術(shù)。濃生物質(zhì)氣流是富燃料氣流，含氧量低，造成揮發(fā)分析出區(qū)域缺氧，抑制了該區(qū)域燃料型NO。酌生成。淡生物質(zhì)氣流燃燒區(qū)域由于空氣量較大，使得燃燒溫度較低，抑制了熱力型NO。的生成。 “風(fēng)包粉”系列生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)包括水平濃縮生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)、水平濃淡風(fēng)生物質(zhì)燃燒器、徑向濃淡旋流生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)、不等切圓墻式布置直流生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)幾類。其中，百葉窗式水平濃淡生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)應(yīng)用為廣泛。

百葉窗式水平濃淡生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，一次風(fēng)經(jīng)過安裝在生物質(zhì)生物質(zhì)燃燒機(jī)前的生物質(zhì)濃縮器，把一次風(fēng)粉在水平方向上分成濃淡兩股，兩股氣流以一定的夾角噴入爐膛內(nèi)。其中一股為濃一次風(fēng)，該風(fēng)中含有絕大多數(shù)煤粉，這股氣流位于向火側(cè)，形成內(nèi)切圓。另外一股為淡一次風(fēng)，該股風(fēng)中以空氣為主，這股氣流位于背火側(cè)，形成外切圓。淡一次風(fēng)在背火側(cè)噴入，在水冷壁區(qū)形成氧化性氣氛和較低的溫度，可以防止結(jié)渣，避免高溫腐蝕。

3.2應(yīng)用情況

“風(fēng)包粉”系列濃淡生物質(zhì)燃燒技術(shù)開發(fā)較早，該系列燃燒技術(shù)雖然具有降低NOx排放的性能，但是早期上述應(yīng)用效果都不是以降低NOx排放含量作為考核目標(biāo)的。隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排的重視，現(xiàn)在的工程應(yīng)用中已開始將NOx排放作為考核指標(biāo)。該技術(shù)與分級(jí)送分技術(shù)結(jié)合，已在國(guó)內(nèi)多家電廠得到應(yīng)用。北安發(fā)電廠為解決低負(fù)荷穩(wěn)燃能力差、水冷壁掛灰、爐內(nèi)結(jié)焦等問題，采用水平濃淡燃燒技術(shù)對(duì)生物質(zhì)燃燒機(jī)進(jìn)行了改造。改造后，不投油穩(wěn)燃負(fù)荷在40%~45% ECR，水冷壁結(jié)渣現(xiàn)象有所減輕，NOx排放量大為降低。首陽山電廠為了適應(yīng)煤質(zhì)變化的需要，提高鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，對(duì)該廠1號(hào)、2號(hào)鍋爐做了生物質(zhì)燃燒機(jī)改造。改造后，不投油穩(wěn)燃負(fù)荷為40%，避免了爐膛水冷壁和屏式過熱器的結(jié)渣，鍋爐效率為91. 5%，NOx排放量?jī)H為364 mg／mi。安陽電廠2000年的生物質(zhì)燃燒機(jī)改造表明，在額定負(fù)荷下，排煙的NOx可降低到600 mg／mi，飛灰含碳量可降到2. 0%，有效地減輕了水冷壁管的高溫腐蝕，爐內(nèi)結(jié)焦情況得到了有效的改善，也加大了鍋爐對(duì)煤種的適應(yīng)性。表2為該燃燒器的應(yīng)用效果。

4 雙尺度低NO。燃燒技術(shù)口9

雙尺度低NO。燃燒系列技術(shù)是針對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)在爐內(nèi)燃燒方面的不足之處，于2006年由中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司重點(diǎn)扶持推廣。該技術(shù)研發(fā)始于80年代中期，先后經(jīng)歷了五個(gè)階段。其中每個(gè)階段都是雙尺度燃燒發(fā)展的重要組成部分，該技術(shù)是從解決真型爐的實(shí)際問題出發(fā)，多年逐步深入完善總結(jié)而成，實(shí)踐證明雙尺度燃燒技術(shù)對(duì)解決鍋爐存在實(shí)際問題更具有針對(duì)性。該技術(shù)成果獲省部級(jí)科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)，專利一項(xiàng)，并在國(guó)內(nèi)多臺(tái)機(jī)組上得到應(yīng)用。

4.1基本原理

雙尺度低NO。燃燒技術(shù)通過爐流組合使在空間尺度上相關(guān)區(qū)域存在特性上的差異化，實(shí)現(xiàn)在過程區(qū)域上相關(guān)節(jié)點(diǎn)區(qū)段特性上的差異化，終在爐內(nèi)形成有利于放渣、低NOx、穩(wěn)燃功能的三場(chǎng)特性。該技術(shù)的主要特點(diǎn)是，在爐內(nèi)水平方向上劃分為近壁區(qū)和中心區(qū)兩個(gè)區(qū)域；在垂直方向上劃分為兩個(gè)燃燒區(qū)段，每個(gè)燃燒區(qū)段又分別包含一個(gè)氧化區(qū)、一個(gè)還原區(qū)和一個(gè)燃盡區(qū)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)燃燒，達(dá)到降低NOx生成、防止?fàn)t內(nèi)結(jié)渣的目的。

垂直濃淡生物質(zhì)燃燒機(jī)是雙尺度低NOx燃燒技術(shù)的重要組成部分，其基本原理如圖5所示。一次風(fēng)通過生物質(zhì)燃燒機(jī)內(nèi)導(dǎo)流板后進(jìn)行了濃淡分離，形成濃淡兩股生物質(zhì)氖流，由于穩(wěn)燃鈍體是上下兩側(cè)