一种降低电站煤粉锅炉NOx排放浓度的周界风方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电站锅炉技术领域，具体设及一种降低电站煤粉锅炉NOx排放浓度的 周界风方法。
【背景技术】
[0002] 2014年燃煤机组发电量占我国总发电量的78%左右，运种能源结构在今后的一段 时期内都不会改变。煤燃烧产生的氮氧化物N0x(N0、M)2和的0)是大气污染物的主要来源。 NOx具有毒性，会形成酸雨与光化学烟雾。为了适应更加严峻的环境形势，新《火电厂大气污 染物排放标准KGB13223-2012)将电站锅炉NOx排放浓度限定为lOOmg/m 3,个别炉型和地区 为200mg/m3，因此现役的燃煤锅炉都需要采取有效的措施来降低NOx排放。目前，降低燃煤锅 炉NOx排放主要通过采用炉内低NOx燃烧技术和烟气脱硝技术相结合的方法。
[0003] 烟气脱硝技术，主要包括选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)。 SCR方法使用特定的催化剂，在烟气流经SCR反应器时，喷入氨、尿素等氨基还原剂，选择性 地将NOx转化为化和也0，其反应溫度区间在100-450°C，脱硝效率在90%左右。但SCR系统通 常存在氨和烟气混合不均导致喷氨量增加，运行成本较高、NOx排放不达标、氨逃逸产生二 次污染和设备腐蚀等问题。SNCR方法通过将氨直接注入燃烧室，进而将NOx还原为化，但该方 法实际运行中存在反应溫度区间狭窄，脱硝效率低等问题。
[0004] 低NOx燃烧技术主要包括空气分级燃烧，烟气再循环，空气深度分级燃烧技术，新 型低NOx燃烧器等。采用低NOx燃烧技术可有效降低炉膛出口 NOx排放量，减少SCR系统的喷氨 量，在降低SCR运行成本的同时可减少氨逃逸带来的尾部换热面腐蚀、堵塞问题的影响。低 氮燃烧技术虽然可W有效降低炉膛的NOx排放，但距离满足电站锅炉lOOmg/m 3排放限值还有 较大距离，因此必须配合使用SCR技术才能达到排放标准。
[0005] 煤粉燃烧所产生的NOx主要设及热力型和燃料型，热力型NOx是指空气中的N2在 1500°C W上条件下，被〇2直接氧化成NOx,它主要受溫度和氧浓度影响，可使用扩展的 Zeldovich机理描述。燃料型NOx主要由燃料中的N元素，热解氧化之后形成。根据De soete 模型理论，燃料中的N元素分布在挥发分和煤焦中。挥发分NWHCN和N也的形式释放，畑3和 HCN既可W被氧化为NOx,也可W在NOx和焦炭的作用下被还原为化，运两个反应在煤燃烧过 程中是同时进行的，焦炭N直接被氧化成NOx。煤燃烧过程中NOx主要产生于燃烧初期，因此燃 烧区域的过量空气系数对NOx浓度有有重要影响，降低燃烧区域的过量空气系数，保证燃烧 区域的还原性气氛，运一方面可抑制挥发分含氮中间产物N也和肥N氧化生成NOx,另一方面 促进NOx和焦炭与含氮中间产物HCN和N也发生还原反应。电站锅炉采用低氮燃烧技术可W有 效降低炉膛的NOx排放浓度，但距离满足日益严苛的环境指标仍然有很大差距，需要在机组 上运行SCR系统，可W基本满足NOx的排放标准，但是运样会加大发电厂的运行成本，尤其是 在机组负荷运行条件下（^65%ECR)，运行氧量高于高负荷，主燃烧区域的过量空气系数明 显高于高负荷，削弱了炉内空气分级效果，燃烧初期的空气/燃料比增加，促进了燃烧初期 的NOx的生成反应，削弱了NOx的还原反应，炉膛的NOx排放浓度较高，运进一步增加了SCR系 统运行成本，也可能导致NOx排放超标。
【发明内容】
[0006] 针对现有电站粉煤锅炉的NOx排放问题，本发明提供一种降低电站煤粉锅炉NOx排 放浓度的周界风方法，其目的在于，在保证电站锅炉运行的经济性和安全性的前提下，有效 降低NOx排放浓度，降低SCR系统运行成本。
[0007] 为实现本发明的技术目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] 一种降低电站煤粉锅炉NOx排放浓度的周界风方法，保证炉膛总风量不变的条件 下，使用一次风代替二次风作为冷却煤粉喷嘴的周界风。
[0009] 进一步地，替换后的周界风质量流量逼近替换之前的一半，替换后周界风的流速 逼近替换之前的两倍，并通过增加二次风喷口和燃尽风喷口的质量流量，从而保证炉膛总 风量不变。
[0010] 本发明的有益技术效果体现在：
[0011] 采用风压较高的一次风替代原有周界风，并保证炉膛总风量不变。保证替换前后 周界风动量基本不变，使得替换后的周界风对一次风喷嘴有相同的冷却效果和一次风煤粉 气流的射流刚性。通常替换后的周界风质量流量约为替换之前的一半，因此要求替换后周 界风的流速约为替换之前的两倍。用风压较高的一次风替代原有周界风之后，周界风质量 流量降低，煤粉燃烧初期过量空气系数降低，抑制了燃烧初期NOx的生成，从而降低炉膛NOx 排放浓度。本发明为一种降低电站煤粉锅炉NOx排放浓度的周界风方法，其技术效果主要体 现在：
[0012] (1)用风压较高的一次风替代原有周界风之后，周界风质量流量降低，煤粉燃烧初 期过量空气系数降低，抑制了煤粉燃烧初期NOx的生成，从而降低炉膛NOx排放浓度。
[0013] (2)替换前后周界风动量不变，可W保证对一次风燃烧器相同的冷却效果和一次 风煤粉气流射流刚性。
[0014] (3)SCR系统喷氨量减少，降低了 SCR系统的运行成本。
【附图说明】
[0015] 图1(a)为传统周界风技术原理图，图1(b)为本发明周界风技术原理图，其中，1为 一次风机，2为二次风机，3为空气预热器，4为一次风燃烧器，5为周界风喷口，6为二次风喷 口，7为燃尽风喷口，8为一次风箱，9为二次风箱；
[0016] 图2(a)为炉膛立体结构图，图2(b)为燃烧器布置示意图；
[0017] 图3(a)为65%负荷下替换前的一次风喷口截面溫度分布云图，图3(b)为65%负荷 下替换后的一次风喷口截面溫度分布云图；
[0018] 图3(c)为50%负荷下替换前的一次风喷口截面溫度分布云图，图3(d)为50%负荷 下替换后的一次风喷口截面溫度分布云图；
[0019] 图4(a)为65%负荷下替换前后的沿炉膛高度平均溫度分布对比示意图，图4(b)为 50%负荷下替换前后的沿炉膛高度平均溫度分布对比示意图；
[0020] 图5(a)为65%负荷下替换前后的化浓度沿炉膛高度分布曲线对比示意图，图5(b) 为50%负荷下替换前后的化浓度沿炉膛高度分布曲线对比示意图；
[0021] 图6(a)为65%负荷下替换前后的CO浓度沿炉膛高度分布曲线对比示意图，图6(b) 为50%负荷下替换前后的CO浓度沿炉膛高度分布曲线对比示意图；
[0022] 图7(a)为65%负荷下替换前后的NOx浓度沿炉膛高度分布曲线对比示意图，图7 (b)为50%负荷下替换前后的NOx浓度沿炉膛高度分布曲线对比示意图；
[0023] 图8不同工况下NOx排放浓度对比示意图。
【具体实施方式】
[0024] W下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的 具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实 施方式中所设及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可W相互组合。
[0025] 本实施实例提供在1000 MW塔式锅炉上应用一种电站煤粉锅炉新型周界风技术的 数值模拟。
[0026] 1.锅炉概况
[0027] 研究对象是一台1000 MW超超临界变压运行螺旋管圈直流锅炉，炉膛宽、深、高分别 为:23.16m，23.16m和113.4m。采用单炉膛塔式布置、四角切向燃烧，摆动喷嘴调溫，平衡通 风。锅炉制粉系统采用中速磨冷一次风直吹式系统，配六台中速磨煤机。炉膛结构和燃烧器 布置如图2所示，燃烧方式采用典型的低NOx同轴燃烧系统(LNCFS)。LNCFS在降低NOx排放的 同时，着重考虑提高锅炉不投油低负荷稳燃能力和燃烧效率，通过技术的不断更新，