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N和揮發分對低NOx燃燒鍋爐氮氧化物排放的影響

時間:2017-07-27  來源:本網  作者:admin  瀏覽次數:707

  發電技術N和揮發分對低NOx燃燒鍋爐氮氧化物排放的影響高小濤1,章名耀2(1.江蘇省電力公司電力科學研究院,江蘇南京211103;2.東南大學能源與環境學院,江蘇南京210096)特性對先進低NOx燃燒系統鍋爐NOx排放影響并不顯著。對于同1臺先進低NO燒系統鍋爐的NOx排放質量濃度隨N、揮發分含量的增加有降低的趨勢,煤質仍然是鍋爐NOx排放質量濃度的主要影響因素。

  近年來,新建燃煤電站鍋爐均米用了先進低NOx燃燒系統。低NOx燃燒技術的快速發展和應用,顯著影響鍋爐的運行性能,鍋爐NOx排放特性及各影響因素的影響趨勢也隨低NOx燃燒技術的使用而變化。對采用先進低NOx燃燒系統的鍋爐,主要是根據煤的燃燒特性來實現NOx排放控制,相應的燃煤揮發分含量高則NOx排放濃度一般降低。

  在煤粉鍋爐中燃料NOx占NOx生成量的大部分。燃料NOx的生成量不僅取決于煤中的含氮量,還取決于其他煤質特性參數,這些參數主要通過影響煤的熱解、燃燒特性而影響燃料N的轉化和NOx的生成。影響燃料NOx生成的主要煤質特性是煤中氮和揮發分含量,此外顆粒尺寸分布、熱解速度、揮發分和焦燃燒速度也影響NOx的生成。

  1我國發電用煤中N和揮發分含量我國300MW以上大型鍋爐的典型設計和運行煤種的N含量隨揮發分含量的變化如所示。

  圖中的數據包括中大量大型鍋爐數據,還包括中研究涉及鍋爐的設計和運行煤種,從揮發分含量看,該數據庫涵蓋了無煙煤到褐煤的所有煤種。從可以看出,對于所考察數據庫中的煤種,隨干燥無灰基揮發分含量(V)的增加,收到基N含量(N呈逐漸降低的趨勢,只有少數揮發分很高的褐煤稍偏離這一趨勢。

  2煤質與鍋爐NOx排放量的關系為了研究低NOx燃燒技術對降低鍋爐NOx排放量的影響,首先對2004年以前我國燃煤電廠鍋爐NOx排放量和煤質特性之間的關系進行研究。所整理的數據庫包括300600MW容量鍋爐及少量100200MW鍋爐40余臺的NOx n含置隨揮發分含置的變化排放濃度和煤質分析數據。這些鍋爐大多屬于當時的主力機組,其中主要是直流燃燒器切圓燃燒鍋爐,也包括少量旋流燃燒器墻式燃燒鍋爐。試驗結果包括NOx測量結果和完整的試驗用煤煤質分析丨工業分析、元素分析和發熱量)數據。當1臺鍋爐的NOx排放質量濃度數據包括改變運行參數和變煤種的NOx排放測量結果時,則對相同煤種條件下各試驗工況的NOx排放質量濃度進行平均。為了比較,所有的NOx排放結果數據均折算到過量空氣系數為1.4也就是6%O2、單位為mg/m3的數值。

  2.1揮發分含量鍋爐NOx排放質量濃度與燃煤的揮發分含量之間的關系如所示丨圖中曲線僅用于顯示變化趨勢)。從可以看出,鍋爐燃用煤種主要是貧煤和煙煤,但揮發分含量在20%30%之間的較少,因為這一范圍的煙煤主要是煉焦煤,不用作鍋爐燃料。對于所統計的鍋爐和煤種,燃煤高揮發分含量煤的鍋爐NOx排放量一般較低丨如圖中曲線趨勢所示)。相比起來,燃用貧煤比燃用煙煤的鍋爐NOx排放質量濃度高得多。

  國內外大量的(圖中直線僅用于顯示變化趨勢),其中燃煤的N含量分別采用干燥無灰基氮含量(NdfNar以及Nr與煤收到基低位發熱量(Qnetar)之比3種形式表示。

  可以看出,無論采用何種形式反映燃煤的(b)NO,排放貴和11鍋爐NOx排放質置濃度與燃煤N含屋的關系N含量,其總體的變化趨勢是鍋爐N01:排放質量濃度隨煤中N含量的增加而升高,二者之間近似呈線性關系(見各圖中的趨勢線)。相比起來,(Nar)與NOx排放量之間相關性最差,而其余兩者中  3煤質與低NOx燃燒鍋爐NOx排放的關系2004年起,我國新建電廠開始執行新的污染物排放標準,該標準較1996年版標準對NOx排放的限制更趨嚴格,如燃用煙煤的鍋爐排放標準由650mgm3降至450mgm3,此外還執行排污收費。因此新建電廠為了降低NOx排放以節約運行成本,必須采取更先進技術以控制NOx排放量。

  這一時期的新建燃煤電站鍋爐不僅采用低NOx燃燒器,而且進一步采用低NOx燃燒系統。通常鍋爐均采用低NOx燃燒器和爐內空氣分級燃燒(OFA技術)相結合的技術,此外對運行過量空氣系數的控制也趨于嚴格。在切圓燃燒鍋爐上,燃盡風分成緊湊燃盡風和分離燃盡風(SOFA),其間拉開一定距離布置;而墻式燃燒鍋爐OFA也與主燃燒器拉開距離布置。這樣,爐內燃燒區域形成三部分,即主燃燒區、還原區和燃盡區。主燃燒區過量空氣系數一般控制在1.0以下,其貧氧甚至還原性氣氛抑制主燃燒區NOx的生成,而還原區則提供一定的煙氣停留時間促進已生成NOx的還原。

  由于低NOx燃燒器和主燃燒區低過量空氣系數的應用,顯著影響燃料NOx的生成特性,也意味著可能改變煤質特性因素對鍋爐NOx排放的影響。

  這里通過對近年新建電站鍋爐燃燒調整試驗結果的綜合比較和分析,研究煤質特性因素對采用先進燃江蘇電機工程燒系統鍋爐的NOx排放質量濃度的影響規律。研究包括江蘇省7個電廠共11臺新建鍋爐,其容量包括300MW級,600MW級和1 000MW級,均采用直流燃燒器切圓燃燒方式,燃燒系統均包括低NOx燃燒器、緊湊燃盡風和分離燃盡風,鍋爐的基本信息綜合在表1中。試驗結果包括37個不同的煤種。

  表1低NO.燃燒鍋爐的基本特點項目鍋爐容量/MW燃燒方式切圓燃燒燃燒器及燃燒系統NOx燃燒器+LNCFS系統5層CE低NOx燃燒器+LNCFS系統NOx燃燒器+LNCFS系統燃燒器+MACT系統設計煤種低揮發分煙煤煙煤高揮發分煙煤燃用煤種高揮發分煙煤貧煤/低揮發分煙煤煙煤高揮發分煙煤3.1鍋爐NOx排放質量濃度與燃煤揮發分的關系采用低NOx燃燒系統的鍋爐NOx排放質量濃度與燃煤的揮發分含量的關系如所示。圖中符號表示同一電廠同型鍋爐,誤差線則表示燃用同一煤種時鍋爐運行工況改變引起NOx排放質量濃度變化的標準偏差。原,高揮發分煤因相對N含量低且燃料N的轉換可得到有效抑制,因此這種控制方式對高揮發分煤NOx排放控制更為有效。

  3.2鍋爐NOx排放質量濃度與燃煤N含量的關系采用低NOx燃燒系統的鍋爐NOx排放質量濃度與燃煤的N含量之間的關系如所示。

  口為HY;A為HR;低NO,燃燒鍋爐NO,排放質置濃度與燃煤揮發分含置的關系活為GHT;NO質S濃度和屮低NO,燃燒鍋爐NO,排放質置濃度與燃煤的N含量的關系口為HY;a為HR;(a)NO,排放質置濃度和Nw從可以看出,鍋爐NOx排放質量濃度隨燃煤揮發分的增加呈降低的趨勢,這與中的趨勢是一致的。HY電廠2臺爐燃用煤種為低揮發分煙煤甚至貧煤,其NOx排放質量濃度與中的結果接近;而對于揮發分高于30%的煤種,大多數鍋爐NOx排放質量濃度比中燃用相同揮發分煤的鍋爐低得多,并顯著低于國家標準450mg/m3的限制值,而且相對而言隨揮發分含量的增加,除HR電廠外,鍋爐NOx排放質量濃度的變化并不大。這體現了低NOx燃燒器和燃燒系統在控制高揮發分煤NOx排放質量濃度上的顯著效果。這主要是因為低NOx燃燒系統通過低NOx燃燒器對煤粉的燃燒組織,促進揮發分析及揮發分氮的大量析出,通過主燃燒區低過量空氣系數抑制揮發分氮向NOx的轉化,而爐內深度空氣分級的采用則促進NOx的還對于所考察的采用低N 0%燃燒系統的鍋爐,與(b)相比,(a)顯示鍋爐NOx排放質量濃度隨的增加不再有明顯的增加趨勢,雖然圖中數據點較分散,但除HY電廠鍋爐外,其他鍋爐NOx排放質量濃度隨的增加變化不大,這和許多研究的結果是一致的。

  當N含量以單位發熱量的含量表示時,與(c)相比,(b)表明采用低NOx燃燒系統的鍋爐NOx排放質量濃度隨史(N/Q的增加同樣不再有明顯增加趨勢,只是當(NaO/Qne >0.04后有增加的趨勢。對于同一電廠的同型鍋爐,燃用揮發分高的煙煤,NOx排放質量濃度隨史(N/Qar的增加呈下降趨勢。

  結果表明,與2004年前生產的鍋爐相比,NOx排放質量濃度隨燃煤N含量的增加沒有明顯的增加趨勢,這可能是涉及的煤種絕大多數為煙煤。

  對于燃用揮發分大于30%的煙煤鍋爐,NOx排放量隨燃煤N含量的增加呈降低趨勢,且對同一電廠同型鍋爐這一趨勢明顯,這不同于中的結果。盡管如此,不同煤種N含量變化導致的NOx變化的范圍約在200450mg/m3,考慮到同1臺鍋爐煤質變化的范圍不大,因此,對于高揮發分煤,N含量對NOx變化的影響趨勢不再明顯。

  綜合以上比較煤的揮發分和N含量對不同鍋爐NOx排放質量濃度的影響表明,對于燃用高揮發分煙煤的鍋爐,燃料特性對鍋爐NOx排放影響并不顯著,這主要是因為先進低NOx燃燒系統對高揮發分煤燃料N特別是揮發分N向NOx轉化的有效控制的結果。盡管如此,對于1臺鍋爐,NOx排放質量濃度隨N、揮發分含量的增加有降低的趨勢,雖然煤質變化引起NOx排放質量濃度變化的絕對值小,但考慮到其處于較低的水平,其相對值仍然較大,這也意味著煤質仍然是1臺鍋爐NOx排放質量濃度的主要影響因素。

  4結論比較煤的揮發分和N含量對不同鍋爐NOx排放質量濃度的影響表明,對于燃用高揮發分煙煤的鍋爐,煤質特性對先進低NOx燃燒系統鍋爐NOx排放影響并不顯著。對于同一臺先進低NOx燃燒系統鍋爐的NOx排放質量濃度隨N、揮發分含量的增加有降低的趨勢,煤質仍然是鍋爐NOx排放質量濃度的主要影響因素。

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