《某电厂空气分级低NOx燃烧技术改造开题报告》.doc

中国计量学院毕业设计论文开题报告学生姓名： 王文婷 学 号： 0600203202 专 业： 热能与动力工程 班 级： 06热能2班 设计论文题目： 某电厂空气分级低NOx燃烧技术改造 指导教师： 凌忠钱 讲师 二级学院： 计量测试工程学院 2021 年 3 月 28 日开题报告一、 课题的背景和意义 煤炭工业是支撑我国国民经济开展的重要根底工业，经过几十年的开展， 已经有了雄厚的根底。据专家预测，在我国未来一次能源消费中煤炭仍将占到主导地位，即使到2050年，煤炭在我国一次能源消费结构中的比，列也不会低于35，届时，煤炭消费量仍将到达20多亿吨。煤炭在我国一次能源消费结构中占70%以上，是我国主要能源形式，燃煤电站、工业锅炉和工业炉窖是三大煤耗主要设备，除电站锅炉外，全国目前约有55万台燃煤工业锅炉和炉窑，而其中又以层燃工业锅炉主要是链条锅炉，占总量60%以上为主，量大面广，耗煤量约占全国年耗煤总量的1/3。2005年我国发电用煤约占总产煤量的53.6，预计2OlO年煤炭总产量的67以上将用于发电。这就决定了我国电站建设是以燃煤机组为主，大气中污染也将以燃煤型污染为主要特征。燃煤锅炉排放的烟气中含有大量的NOx (包括NO、NO2、N2O3、N2O等)，NOx的排放给自然环境和人类生活带来了严重的危害：对人体的致毒作用； 对植物的损害作用；是酸雨、酸雾的主要原因之一； 与碳氢化合物形成光化学烟雾；参与臭氧层的破坏1。 随着电力建设的迅速开展，氮氧化物的排放日益严重，19992004年，我国火电NOx排放总量增加2357万吨，几乎是19871998年间NOx增长量的总和。2005年，我国氮氧化物排放总量为1800万吨左右，其中火电厂NOx排放比例在50以上。如不进一步采取有效的 NOx排放控制措施，预计到2021年，氮氧化物排放量将到达2900万吨，而且火电厂NOx排放将超过SO ，因此控制火电厂NOx 排放对缓解我国氮氧化物不断增长的趋势至关重要。 由于NOx在煤的燃烧产物中生成复杂，且其对人类乃至整个生态系统的危害大，对其排放量的控制已引起全球范围内的普遍重视，绝大多数国家和地区都制定了较严格的限制NOx排放的法规和标准，中国也于1996年8月开始实施650 mgNm的排放指标规定。近二、三十年来，欧美日等兴旺国家一直在致力于研究降低NOx的燃煤技术。如前苏联的高浓度给粉技术、日本三菱重工的PM型燃烧器、美国BW公司的PAX燃烧器和DRB-XCL双调风旋流燃烧器及德国SM公司SM型旋流燃烧器等都处于世界领先地位。这些技术措施和硬件设备有一个共同特点，改变燃烧器结构和配风，组织浓淡燃烧和分级燃烧。中国近十几年也开始注重研究适合国情的低NOx控制技术，各科研院所及高校在借鉴国外先进技术经验的同时，积极开展试验研究，为促进国民经济开展和改善生态环境具有重要的现实意义。二、 国内外研究现状电站锅炉中NOx生成途径有瞬问型、热力型和燃料型3种类型。瞬间型NOx一般在富燃料碳氢火焰中占优，而在煤粉燃烧中其排放量仅占总量的5；热力型NOx是空气中的 在高温下氧化形成的，与燃烧区域的温度水平和氧浓度有关。一般煤粉炉固态排渣燃烧方式下，当过剩空气系数小于0.95，和温度小于1 500时，热力型NOx可以忽略不计；燃料型NOx是由燃料中含氮化合物在燃烧过程中进行热分解而进一步氧化生成，与燃料特性以及锅炉运行状况关系密切，在电站锅炉NOx排放占主导地位，约为80-902。 电站锅炉NOx排放控制技术可分为一次燃烧控制措施(如低NOx燃烧器、O FA、燃料再燃烧等) 及二次烟气净化措施(SCR、SNCR及组合型SCR& SNCR )。降低NOx排放的首选燃烧控制，当采用燃烧控制措施还不能满足排放标准时，就需要安装烟气脱硝装置。近年来关注的焦点集中在一次燃烧控制措施的研究与开发。一次燃烧控制措施主要包括燃烧优化，炉内空气分级(燃烧器上部燃尽风OFA 或二级燃烧)，燃料分级(局部燃烧器停运、燃料浓淡别离、燃料再燃烧或三级燃烧)，烟气再循环以及低NOx燃烧器。采用一次燃烧措施控制NOx的排放有效可行。燃煤锅炉排放的NOx可分为三类，分别是燃料型NOx、热力型NOx和快速反响型NOx。其中，快速反响型NOx所占比例很小，燃料性NOx约占75以上，热力型NOx约占25以下。热力型NOx主要与烟气温度有关，随烟气温度的降低，热力型NOx的生成量减小，氧浓度(化学当量比)对它的影响很小。燃料型NOx主要与氧浓度有关，在很大范围内几乎与温度无关，当火焰处于缺氧条件下，含氮基团与NO、H反响生成分子N2，燃料型NOx的生成量将降低。因为快速型NOx占总NOx的比例通常在5以下，故在煤粉炉中可不予考虑3,5,6。不同锅炉负荷、过量空气系数、热风温度、制粉系统运行方式燃烧器配风形式、煤种的NOx燃烧排放特性也有所不同7,8。根据燃煤锅炉NOx生成机理，采用分级燃烧是降低NOx的最有效方法。其配风的根本原那么应当是在各燃烧区保证热力型，瞬间型和燃料型NOx都处于较低的生成水平。低NOx燃烧组织原那么既可以通过调整炉膛结构，也可以通过燃烧器结构设计及布置方式来实现。实际上，采用低NOx燃烧技术，应用低NOx燃烧器是降低NOx排放最经济的方法。在低NOx燃烧技术中，还有再燃技术(燃料分级技术)、烟气再循环技术以及采用天然气再燃技术降低NOx排放技术。美国Energy and Environmental Research Corporation 在158 MW 机组锅炉上，采用天然气再燃技术和低NOx燃烧器进行改造，到达了减少66% NOx排放的效果。此外，还可以采用洁净煤燃烧技术，大力开展循环硫化床锅炉及增压硫化床锅炉配燃气轮机的燃气蒸汽联合循环机组，以到达环保要求。目前国内外普遍采用的低NOx燃烧技术有：(1) 分级送风技术 炉内空气分级技术通常称之为两级燃烧，主要是通过减少主燃烧区空气量，同时为了保证适当的总过剩空气量而将一局部空气在主燃烧区上部送入炉内以完成燃尽过程(OFA)。炉内空气分级需要将燃烧空气分成一级风与二级风两局部。一级风(约占总风量的70%90% ) 与燃料混合反响后会形成燃烧温度较低、氧量缺乏、燃料富集的燃烧区域，从而抑制了NOx的生成。二级风(约占总风量的10%30% )那么通过独立布置在燃烧器上部的燃尽风喷嘴送入炉内从而实现分级燃烧。在这一区域完成燃尽过程并使火焰体积增大，从而在温度相对较低的燃尽区进一步抑制了NOx的生成。OFA喷嘴的相对位置及其燃尽风在炉内与烟气混合的充分性是获得高效低NOx燃烧的关键。(2) 燃料分级燃烧技术燃料分级燃烧通常采用的形式是燃料再燃烧技术，因其燃烧过程分成主燃烧区、(二次) 再燃烧区及燃尽区三个区域，所以也称为三级燃烧技术。其目的是把主燃烧区域中生成的NOx在次燃烧区复原成为分子氮气(N2)以降低NOx排放。(3) 低NOx燃烧器低NOx燃烧器总的设计原那么是，使在燃烧器内部或出口射流的空气分级，设计特点是控制每只燃烧器中燃料与空气的混合过程，使燃烧推迟,延长火焰行程， 降低火焰温度峰值，从而减少NOx生成量。 (4) 复合低NOx燃烧技术所谓复合低NOx燃烧技术，就是把分级送风技术、燃料分级再燃技术以及低NOX 燃烧器等结合起来，进行锅炉低NOx燃烧整体优化设计，到达对锅炉综合治理的目的11。纵观低NOx燃烧技术的开展过程，亦可大致划分为三代。第一代低NOx燃烧技术措施：这一代措施不要求对燃烧系统做大的改动，只是对燃烧装置的运行方式或局部运行方式做调整或改良。因此简单易行，可方便地用于现役装置，但NOx的降低幅度十分有限。第二代低NOx燃烧技术措施：这一代措施的特征是助燃空气分级送入燃烧装置，从而降低初始燃烧区(也称一次区) 的氧浓度，相应地也降低火焰的峰值温度。属于这一代措施的有现阶段广泛应用于电站锅炉的各种低NOx空气分级燃烧器。如ABB - CE 公司的整体炉膛空气分级直流燃烧器、同轴燃烧系统(CFS 、CFS ) 、低NOx同轴燃烧系统(LNCFS) 及其种类繁多的变异型式、TFS2000 燃烧系统；B&W 公司的双调风旋流燃烧器(DRB、DRB -XCL) ；Steinmuller公司、德国Babock公司的各种旋流燃烧器等等。第三代低NOx燃烧技术措施：这一代措施的主要特征是空气和燃料都是分级送入炉膛，燃料分级送入可在燃烧器区的下游形成一个富集NH3 、CmHn 、HCN 的低氧复原区，燃烧产物通过此区时，已经生成的NOx会局部地被复原为N2。属于这一代措施是空气/ 燃料分级低NOx旋流燃烧器和用于切圆燃烧方式的三级燃烧。三、 课题根本内容和拟解决的主要问题1. 了解并掌握煤粉锅炉NOx生成机理及控制方法。2. 在不同的二次风配风情况下，NOx排放特性。3. 燃尽风开度对NOx排放特性的影响。4. 不同配风方式下，飞灰排放特性。四、 研究方法及措施1. 根底知识：掌握煤粉锅炉NOx的生成机理及其控制排放方法，通过一系列实例了解掌握控制降低NOX的排放措施。2. 通过某电厂实际使用情况，现场了解在不同的二次风配风情况下，NOx排放特性以及燃尽风开度对NOx排放特性的影响。五、 研究工作进度安排根据现在自己的实际情况与学校老师的要求，研究工作进度具体安排如下：1. 3.14.3 查资料，阅读相关文献，明确设计任务、原理和方案，完成开题报告和文献综述。2. 4.4-5.4现场燃烧调整包括调整二次风、燃尽风开度。3. 5.5-5.15飞灰含碳的测量。4. 5.16-6.11整理相关测量结果，完成毕业论文的撰写及毕业辩论的相关事宜。六、 主要参考文献1 孙国超，鄢晓忠，陈冬林，王旭伟电站燃煤锅炉NOX控制技术的现状及开展J电站系统工程，2021，24(2)：142 庞永梅，王晋权，郭 建，白 涛，陈振洪 空气分级燃烧降低锅炉NOx排放控制技术，2007，6，253 魏恩宗，骆仲泱，岑可法，闰志勇，张惠娟燃煤锅炉低NOx燃烧技术及其试验研究J电站系统工程，2001，17(6)：3613654 Xuchang Xu，Changhe Chen，Haiyin Qi，Rong He，Changfu You，Guangming XiangDevelopment of coal combustion pollution control for SO and NO in ChinaJFuel Processing Technology，2000，62：1531605 付国民煤燃烧过程中NOx的形成机理及控制技术J能源环境保护，2005，19(3)：146 张晓辉，孙锐，孙绍增，秦明立体分级燃烧对NOx排放特性的影响J机械工程学报，2021，45(2)：1992057 刘建忠，曹欣玉，周俊虎，赵翔，周志军，黄镇宇，岑可法煤粉锅炉NOx排放特性及控制的研究J燃料化学学报，2002，30(1)：6108 杨冬，路春美，王永征不同种类煤粉燃烧NOx排放特性试验研究J中国电机工程学报，2007，27(5)：18219 聂其红，吴少华，孙绍增，秦裕琨国内外煤粉燃烧低NOx 控制技术的研究现状J哈尔滨工业大学学报，2002，34(6)：82683710 毕玉森低氮氧化物燃烧技术开展状况J热力发电，2000，2：2911 高小涛，周珏电站锅炉低NOX 燃烧技术的开展与探讨，2003，1，1712 孙信辉低NOx 燃烧技术在电站锅炉中的应用与前景，2003，12，1013 吴碧君，刘晓勤燃煤锅炉低NOx 燃烧器的类型及其开展，2004，4：242714 许传凯，许云松我国低挥发分煤燃烧技术的开展，2001，515 张海，吕俊复，徐秀清，曾瑞良，岳光溪我国燃煤电站锅炉NOx 排放的现状分析和应对措施，2005，116 林泉，潘卫国，李茂德再燃复原NOx 燃烧技术的现状与开展趋势，2004，617 闰志勇，魏恩宗，张慧娟，宋长忠，张虹煤粉锅炉分级燃烧降低NOx排放的试验结果分析，2001，118 Sen Li，Tongmo Xu，Shien Hui，Xiaolin WeiNOx emission and thermal efficiency of a 300 MW utility boiler retrofitted by air staging19 郑海红，王冉阳，任建兴气分级燃烧降低燃煤电站锅炉NOx 生成的技术分析，2006，120 火电厂大气污染物排放标准-GB13223-202121 803电厂_3炉燃烧系统改造后冷热态调试报告22 20210506-瑞明电厂热态试验报告23 锅炉原理及计算(第三版)24 苍国超，吴海姬，王雷，司风琪，徐治皋锅炉运行氧量基准值确定方法的研究，2021，225 佐双吉乌拉山发电厂3号锅炉空气分级燃烧改造及运行试验，2007，426 氧量控制对锅炉效率的影响附件4中国计量学院毕业设计论文开题意见表指导教师意见：指导教师： 2021年4月18日学科系、所审查意见：学科系、所负责人： 年 月 日