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燃氣鍋爐超低排放改造實踐

更新時間:2020-01-02 12:53 來源:冶金動力 作者: 閱讀:2363 網友評論0

摘要: 通過對4#鍋爐進行低氮燃燒器及煙氣再循環進行技術改造,使鍋爐氮氧化物的排放達到了超低排放要求.取得了良好的經濟效益和環保效益.
 
1 鍋爐基本狀況
 
唐鋼南區4# 鍋爐是唐山鍋爐廠設計制造的TG-130/3.8-Q 型中壓(3.8 MPa)、中溫(450 ℃)自然循環鍋爐。鍋爐整體布置為前吊后支的“Π”型布置。
 
煤氣燃燒系統由旋流式噴燃器和爐膛蓄熱穩燃器組成。燃燒器四角布置,火焰假想切圓直徑為穩燃器外圓。煤氣燃燒器分上、中、下三層布置,每個高爐煤氣燃燒器內均配有焦爐煤氣噴管,噴管直徑∮89,用于點火、穩燃。中、下層每只燃燒器均布置有1 支焦爐煤氣槍和1 支高能點火槍。
 
1.1 鍋爐設計參數
 
鍋爐設計參數如下:
 
設計蒸發量(D): 130 t/h;
 
汽包壓力(P): 3.82 MPa;
 
蒸汽壓力(P): 3.82 MPa;
 
蒸汽溫度(t): 450 ℃;
 
給水溫度(tg): 150 ℃;
 
給水壓力(Pgs): 4.6 MPa;
 
熱風溫度(trk): 370 ℃;
 
排煙溫度(tpy): 155 ℃;
 
設計送風量(Q主): 105261 m3/h;
 
煙氣體積(Qy): 361161 m3/h。
 
1.2 鍋爐基本尺寸
 
鍋筒標高: 28880 mm;
 
最高點標高: 32600 mm;
 
爐膛寬度(兩側水冷壁中心線距離): 6336 mm;
 
爐膛深度(前后水冷壁中心線距離): 6336 mm;
 
鍋爐寬度(左右柱中心線距離: 9300 mm;
 
鍋爐深度(Z1 柱尾部后墻中心): 15220 mm;
 
鍋爐最大寬度(包括平臺): 15000 mm;
 
鍋爐最大深度(包括平臺): 18660 mm;
 
鍋爐運轉層標高: 8000 mm。
 
1.3 鍋爐燃料用量(表1)
 
 
1.4 煤氣熱值
 
煤氣熱值的檢測值如下:
 
高爐煤氣:3631 kJ/m3;
 
轉爐煤氣:6379 kJ/m3;
 
焦爐煤氣:16545 kJ/m3 。
 
1.5 煤氣主要成分(表2)
 
 
2 燃燒器
 
2.1 以爐膛整體為低氮設計單元
 
多燃燒器爐膛的燃燒器運行時,相互之間存在除火焰接觸之外的相互影響和關聯,尤其是對于低氮燃燒來講,多燃燒器爐膛的清潔燃燒理念和單燃燒器爐膛清潔燃燒既有相通之處,又不能完全相同。燃燒器低氮改造方案以整個爐膛為整體燃燒單元,從整個爐膛的角度進行低氮設計。鍋爐上、中、下三層燃燒器選取不同技術原理的低氮燃燒器,在不改動水冷壁的前提下,實現整個爐膛協調燃燒。從燃燒氛圍的角度出發,從下往上三層燃燒區域及SOFA 風區域分別設計為還原性燃燒區域、弱氧化性燃燒器區域和強氧化性燃燒區域。(圖1)

下層燃燒器選擇LCRS-2-Ⅰ型半預混強旋流燃燒器。保證在還原性氣氛下,燃料和助燃風混合均勻,盡量避免出現局部氧化性的氛圍,從而有效地抑制NOx 的生成進程。
 
中層燃燒器選擇LCRS-2-Ⅱ型弱旋流分級配風燃燒器。通過分級配風,控制燃燒過程中火焰各位置的燃燒劇烈程度,避免出現局部的氧濃度過高的區域,從而抑制NOx 的生成。
 
上層燃燒器選擇LCRS-2-Ⅲ型直流分級配風燃燒器。通過分級配風,控制燃燒過程中火焰各位置的燃燒劇烈程度,避免出現局部的氧濃度過高的區域,從而抑制NOx 的生成(見圖2),同時為下中層為完全燃盡的燃料及中間產物提供助燃空氣,保證燃料燃盡率。
 
根據NOx 的生成和抑制原理,在還原性氣氛下,NOx 或中間產物被還原成N2。因此在還原性燃燒區域只會生成微量的NOx。隨著燃燒反應的進程,下、中層燃燒區域生成大量的煙氣,隨爐膛向上流動,很大程度的稀釋了上層燃燒區域的氧濃度,雖然該區域空燃比大于一,但由于氧濃度很低,所以NOx 的生成進程也得到了很好的抑制,NOx 的生成量也很小。
 
2.2 高效低氮燃燒器
 
同樣,每一臺燃燒器本身也按照高效低氮結構設計。燃燒器采用高效低氮低熱值燃氣燃燒器LCRS-2。
 
燃燒器主燃料為高爐煤氣、點火燃料為焦爐煤氣。煙氣中有害成分包括游離碳和NOX 兩部分。
 
LCRS-2 型燃燒器主要是通過采用經過優化設計的旋流葉片使空氣和煤氣以合適的強度混合均勻,避免游離碳的生成。降低燃燒過剩空氣系數和火焰溫度是減少NOX 的有效措施。通過強化燃料與空氣的混合來降低過剩空氣系數;通過分級分段配風控制火焰各區域的氧濃度和溫度,從而實現減少NOX 的生產量。
 
同時燃燒器各部分流體旋流裝置的設計充分考慮爐膛的結構尺寸,在保證混合均勻的前提下,按照爐膛截面尺寸設計旋流裝置的旋流強度,控制混合的進程,既保證混合均勻,又保證火焰在整個爐膛內的充滿度良好,避免局部溫度峰值的出現,可以大大的降低NOx 的生成。

焦爐煤氣噴槍布置于燃燒器的中心軸線上,噴槍外圍設置旋流葉片式穩燃裝置,保證可靠點火和穩定燃燒。穩燃裝置和噴槍槍頭均采用耐熱鋼制作,保證燃燒器的使用壽命。(見圖3)
 
2.3 SOFA 風系統
 
根據鍋爐整體燃燒工況,本次改造在主燃燒器上方增加燃盡風;每只燃盡風裝置可以獨立運行,4只燃盡風風量占總風量的15%~20% 左右。燃盡風裝置設有氣流旋向可調裝置,熱態調試時根據現場情況通過手動調節確定合適位置;通過燃盡風的補充熱風,加強煙氣混合,促進已經生成的氮氧化物一部分得到還原。同時氣流擾動,促進未燃盡燃料的燃燒也起到增強氣溫調節的作用。
 
燃盡風噴口示意圖見圖4。

燃盡風風源取自主熱風道,新增風道配獨立風門,燃盡風風門可配電動(或氣動)執行機構,執行器控制部分需新增控制系統接控制室DCS。風門可以單個操作,也可同層同操。
 
2.4 煙氣外循環系統
 
考慮到鍋爐實際運行情況及鍋爐特殊的結構形式,本次改造項目鍋爐因)在鍋爐中心位置設計有穩燃用的蓄熱錐,為保證在高負荷及煤氣組分波動較大的工況下,NOx 排放滿足環保要求,需從鍋爐尾部抽取低溫煙氣引入助燃風管道,與助燃風充分混合然后進入燃燒器風箱,煙氣與燃燒空氣混合后O2濃度下降至18%~20%,火焰溫度降低100 ~ 150 ℃,采用本方法可將NOx 排放量在原有基礎上降低50%~70%。煙氣再循環系統需增設煙氣再循環風機、煙氣調節閥、煙氣流量計等設備,在不同負荷根據最佳燃燒工況要求合理精確調整混入煙氣量。
 
3 實施效果及效益
 
低氮燃燒器+SOFA 風+煙氣外循環的多重低氮措施,正常工況下NOx 排放值始終小于30mg/m3。該項目取得了良好的經濟效益和環保效益,在行業中具有推廣價值。
 
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