三、低氮控制措施
根据不同的煤种和炉型,结合实际运行现状,对炉内燃烧的四个区域采取针对性的措施,降低NOx生成的同时,确保燃烧稳定和锅炉效率。
1.热解区控制
常规燃烧时,即便热解区较小,也会造成整体的NOx排放浓度降低。例如含氮量为1%的煤,理论生成NOx浓度超过3000mg/m3,而实际锅炉均没有这么高的NOx排放,原因就在于热解区的存在。低氮燃烧就是要扩大该区域的存在。控制热解区的技术措施如下。
1)煤粉浓淡分离,淡侧提前着火,加热浓侧煤粉,使其脱除挥发分生成焦炭,促进N2的生成,同时还原先期着火煤粉气流生成的NOx。
2)控制较低的一次风率,控制主燃烧区域供风量,将燃烧所需总风量的70%~85%在主燃烧区域送入,达到控制主燃烧器区域煤粉燃烧初期燃烧速率的目的。
3)选择较低的周界风率。
4)炉内烟气再循环,降低炉内燃烧温度水平,一次风喷口掺入炉烟,控制真实一次风率。
5)不同煤种掺烧,挥发分析出的时间差,扩大了热解区的存在。
2.主燃烧区控制
常规燃烧时,主燃烧区域在氧当量大于1的条件下燃烧,燃烧比较剧烈,温度相对较高,富氧、高温的环境导致大量的NOx生成。需要在该区域形成“贫氧”环境,在不影响煤粉燃尽(燃烧初期煤粉颗粒脱气形成焦炭,燃烧中期如果供氧不足,就会在焦炭外表面形成灰壳,最终导致灰壳内部焦炭难以燃尽)的条件下,减小该区域的供氧。“贫氧”条件下煤粉气流的燃烧速率得到了一定程度的扼制,相对于常规燃烧,高温区域也趋于减小,这种设计使得NOx的生成进一步降低,但是由于局部还原性气氛的存在,炉膛结焦和高温腐蚀的风险增加。控制主燃烧区的技术措施如下。
1)控制主燃烧区过量空气系数(不超过0.8)。
2)一、二次风大小切圆设计,在横截面上进行空气分级。
3)一、二次风反切,一次风煤粉气流燃烧中期接触到的来自上游的补氧是“贫氧”的热烟气,燃烧强度降低。
4)二次风部分偏置,二次风喷口的部分面积向炉墙偏置,进一步加强水平方向的空气分级。
3.还原区控制
主燃烧区生成大量NOx,同时生成大量的活性基团NH+、NH2+、CO等。这些活性基团与煤焦表面的活性C(+价)共同在还原区把NOx还原为N2。控还原区技术措施如下。
1)确保较低过量空气系数(为0.9左右)。
2)确保需要的高度。
3)燃尽风( OFA)必须保留,主要考虑汽温调节和结焦。
4.燃尽区控制
燃烧进入后期,炉内上升主气流内存在部分未燃尽碳和部分气体燃料(CO),需要大量的氧气来维持上述可燃物质的燃尽,也就是要在氧当量大于l甚至等于1.2的条件下进行燃烧。此时,合适的氧浓度与扩散速率是使其燃尽的关键。该区的设计需要综合考虑燃尽、烟温偏差和汽温调节等因素。控制燃尽区技术措施如下。
1)确保需要的过量空气,空气系数达1.1N1.2。
2)确保到屏式低温过热器的燃尽距离。
3)较高的SOFA风速,使氧量进入燃烧中心区。
4) SOFA的烟温偏差和气温调节可上下调整。
在上述理论指导下,针对不同的煤种和炉型,根据锅炉实际的燃烧状况,通过差异化分析、个性化设计、精细化实施、系统化调试,可以实现在NOx超低排放的同时,确保锅炉经济、安全、稳定运行。