等离子体双尺度低NOx燃烧技术

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目 录
1
公司基本业务
2
双尺度低NOx燃烧技术
3
工程应用情况
4
LYSC低NOx燃烧技术
5
国外工程应用情况
公司基本业务
主要从事煤粉燃烧领域
技术的研究开发,设计制
造及工程服务等业务。
等离子点火稳然技术
双尺度低NOx燃烧技术
余热利用技术
公司基本业务
双尺度低NOx燃烧技术
SmartBurn® 燃烧优化技术
LYSC低NOx燃烧技术
等离子体内燃低NOx燃烧技术
目 录
1
公司基本业务
2
双尺度低NOx燃烧技术
3
工程应用情况
4
LYSC低NOx燃烧技术
5
国外工程应用情况
双尺度低NOx燃烧技术的发展
(一)初始技术思想:主燃区的“风包粉”和“气膜冷却”
(二)空间优化技术——双区燃烧技术
(三)过程优化技术——双尺度燃烧系统技术
(四) 结合创新——等离子体双尺度低NOx燃烧技术
双尺度低NOx燃烧技术的发展
防渣低污染双区燃烧技术2001年9月已经通过由甘肃省科技厅,
国家电力公司组织清华大学、国家电力公司热工研究院等单位的院
士、教授、专家组成的技术鉴定委员会的技术鉴定。
主要结论是:“该技术成果在煤粉锅炉中
应用空间相交组合射流,组织“双区燃烧”,
在降NOx方面达到国内领先水平。在高
强度热负荷炉膛内燃用易结渣煤的条件下,
防渣技术达国际领先水平。该技术投资较
低,改造工作量小,无易磨损件,防渣、
稳燃、低NOx排放性能优异”。
2005年6月由国家电网公司(原项目下达单位国家电力公司)对该项
燃烧技术的深度开发课题成果进行了验收,由国内燃烧界专家组成的验
收委员会对这一成果给予了较高评价 。
机组名称
NOx排放浓度(O2=6%)
NOx
削减率
结渣状况
锅炉效
率
西固#6炉220T/H
320mg/m3
50%
结渣问题完全解决
92.2%
西固#7炉220T/H
330mg/m3
49%
结渣问题完全解决
91.94%
西固#8炉220T/H
322mg/m3
51%
结渣问题完全解决
92.23%
西固#9炉220T/H
320mg/m3
52%
结渣问题完全解决
92.01%
西固#10炉220T/H
340mg/m3
48%
结渣问题完全解决
92.31%
靖电#1炉670T/H
320mg/m3
62%
彻底解决结渣沾污问题
92.24%
靖电#2炉670T/H
347mg/m3
63%
彻底解决结渣沾污问题
92.36%
靖电#3炉670T/H
380mg/m3
62%
彻底解决结渣沾污问题
93.01%
靖电#4炉670T/H
320mg/m3
63%
彻底解决结渣沾污问题
92.35%
大同#6炉670T/H
391mg/m3
57%
彻底解决结渣沾污问题
92.15%
大同#2炉670T/H
386mg/m3
58%
彻底解决结渣沾污问题
92%
大同#1炉670T/H
大同#5炉670T/H
永昌电厂410/T
388mg/m3
58.5%
92.3%
370mg/m3
平均320 mg/m3
最低可达260 mg/m3
平均300 mg/m3
最低可达270 mg/m3
130-240mg/m3
50%
彻底解决结渣沾污问题
彻底解决结渣沾污问题
不结渣
63%
彻底解决结渣沾污问题
92.1%
70%
不结渣
92%
70%
不结渣
93-94%
北京京能热电公司#1炉670T/H
大同#4炉670T/H
妈湾电厂#300MW锅炉
防渣、防腐、稳燃高效、低NOx多功能一体化技术!
92%
NOx生成机理
燃料型:
在煤粉燃烧过程中产生,占总的NO排放量
的80~90%。
热力型NOx
热力型:占10%-20%,在1500℃以上形成
在燃烧过程必须控制适当的温度和氧量。
燃料型NOx
快速型NOx
快速型:由该型产生的NOx占比例不到5%。
NOx 形成的途径
空气氮
燃烧过程
(O, OH)
燃料氮
火焰锋面
(CX, O, OH)
热力型NO
燃料型NO
快速型 NO
10
NOx生成机理
① 1公斤煤中N含量通常在0.5-1%左右,如按0.7%计算,则1公斤
煤中的氮完全转化为NOx约为23000mg;
② 1公斤煤完全燃烧约生成标态7Nm3烟气;
③ 理论上煤中的N完全转化为NOx生成烟气中NOx浓度可达
23000/7=3285mg/Nm3,(约1600PPm);
④ 实际煤粉锅炉烟气中NOx排放浓度约在600-1300mg/Nm3
⑤ 通过深入的燃烧机理研究,发现煤粉燃烧过程中有NOx自我
抑制,自还原功能。
NOx生成机理
N2
挥发分
+HCN、NH3
=NO
O2
煤粒
N
燃料N
焦
炭
N2
NOx生成机理
NOx生成机理
NOx生成机理
表1: 不同燃烧器NOX排放浓度对比
过量空气系数
燃烧器种类
—
燃烧器出口
mg/m3
(O2=6%)
第一代DLZ燃烧器(三级筒)
0.386
1506
第二代DLZ燃烧器(带扩展段)
0.386
1276
机理试验台
0.308
388.5~715.95
单级点火单蜗壳燃烧器
0.308
659
分级点火单蜗壳燃烧器
0.22
596
PZ燃烧器
0.17
278
PZ燃烧器改进型
0.22
83
空气分级燃烧技术
常规低NOx燃烧技术分析
较大量的分离OFA空气量
主燃烧器区域过量空气系数
减小;
局部还原性气氛条件导致结
渣、高温腐蚀.
局部缺氧燃烧导致燃烧效率
降低;
限制了空气分级程度;
不能实现炉内充分地降低
NOx;
常规低NOx燃烧技术分析
(1) 较多的氮氧化物的生成
(2) 炉膛水冷壁严重结渣
(3) 受热面金属表面的高温腐蚀
(4) 煤粉在炉内燃烧效率低
(5) 汽水参数、受热面壁温异常
NOx生成机理
下排
燃烧器
上排
燃烧器
燃尽风
0.18
NOx 排放 (lb/mmBtu)
0.15
OEMs
0.15
0.12
商业保证值
0.11
0.09
现有水平
0.09
0.06
0.0?
新目标
0.03
0.00
65
75
85
锅炉标高
95
105
双尺度低NOx燃烧技术
复合稳燃大涡
着火稳定驻涡
接力热回流小涡
接力热回流小涡
双尺度低NOx燃烧技术
双尺度低NOx燃烧技术
焦碳燃烧的动力学特性
高温下,炭粒和氧进行化学反应,
生成CO2和CO,同时不可燃物生成
灰渣(灰壳的一部分)
氧气从外界扩散到炭粒周围,氧气
通过灰壳的阻力,到达炭粒的表面
及时足够的氧的供给;
较强烈的搅动,粒子碰撞脱去灰壳.
双尺度低NOx燃烧技术
双尺度燃烧技术沿炉膛高度方向的α分布
双尺度低NOx燃烧技术
近壁区
中心区
#4角
#3角
前墙
后墙
#1角
#2角
双尺度低NOx燃烧技术
燃尽风风口
双尺度低NOx燃烧技术
双尺度低NOx燃烧技术
下排
燃烧器
上排
燃烧器
燃尽风
0.18
NOx 排放 (lb/mmBtu)
0.15
OEMs
0.15
0.12
商业保证值
0.11
0.09
现有水平
0.09
0.06
0.0?
0.03
0.00
65
75
85
锅炉标高
95
105
目 录
1
公司基本业务
2
双尺度低NOx燃烧技术
3
工程应用情况
4
LYSC低NOx燃烧技术
5
国外工程应用情况
工程应用
截止目前国内双尺度低NOx燃烧技术在国内的应
用业绩为88台。
其中,600MW机组10台,300MW机组41台,
200MW机组12台,200MW机组以下25台。
2010年,全国招标改造28台
2011年,全国招标改造81台
2010-2011年,中标共计76台
工程应用
深圳妈湾电厂#1炉锅炉低NOX燃烧改造工程
• 深圳妈湾发电有限公司#1锅
炉由哈尔滨锅炉厂设计制造,
锅炉为HG-1025/18.2-YM6型,
亚临界压力锅炉。
• 改造目的主要为达到广东省
环保排放标准,降低NOx排放,
改造采用双尺度低NOx燃烧技术,
改造后取得了空前的成功 。实
现了技术上较大的突破:
工程应用
工程应用
妈湾电厂300MW机组
环保局在线监测数据
300MW
工程应用
妈湾电厂300MW机组
环保局在线监测数据
200MW
工程应用
工程应用
锅炉
负荷
表盘氧量设置(%)
实测氧量
投运磨煤机
煤质
主燃烧器摆角
NOx(A/B/均)
(6%O2,mg/Nm3)
CO(A/B/均)(ppm)
5号锅炉
320
320
300
240
2.3
2.5
2.4
2.3
2.8
3.1
3.0
3.0
ABCDE BCDEF ABCDE BCDE
240
2.8
3.4
BCDE
全
神混
全
神混
全
大友
全
神混
全
大友
41
34
37
50
50
118.8
143.3
197.7
136.0
196.2
47.4
92.6
8.5
13.9
15.3
工程应用
锅炉
负荷
表盘氧量设置(%)
实测氧量
投运磨煤机
6号锅炉
315
315
315
240
2.5
2.55
2.7
2.3
2.75
2.85
2.9
3.0
ABCDE BCDEF BCDEF BCDE
240
2.8
3.4
BCDE
煤质
A大友
+神混
全
神混
大友+
F神混
全
神混
全
神混
主燃烧器摆角
NOx(A/B/均)
(6%O2,mg/Nm3)
CO(A/B/均)(ppm)
35
34
40
50
59
133.0
146.8
180.9
136.0
140.5
17.0
14.5
76
13.9
15.0
工程应用
锅炉效率
各工况下锅炉效率(%)
97.00
96.00
95.00
94.00
93.51
93.79
94.06
93.5
93.76
93.00
92.07
92.00
91.00
90.00
130MW
180MW
240MW
300MW
320MW
改造前
工程应用
1. 炉膛结渣大大缓解
2. 没有发现高温腐蚀
3. 锅炉整体性能(汽温、效率、稳燃能力等)没有降低
4. 锅炉煤种适应性能得到提高
5. NOx排放大幅度降低
工程应用——东胜项目
工程应用——东胜项目
项目
符号
单位
设计煤种
校核煤种
实际煤种
收到基低位发热量
Qnet,ar
kJ/kg
19440
17500
16200~
17000
干燥无灰基挥发分
Vdaf
%
34.3
37.2
24~31
收到基灰分
Aar
%
12.7
13.29
9~17
收到基碳
Car
%
53.6
48.5
38~41.2
收到基氢
Har
%
3.3
2.94
1.4~3.92
全水分
Mt,ar
%
19.8
22.9
26~28
哈氏可磨系数
HGI
%
82
84
84
工程应用——东胜项目
东
胜
电
厂
2×300MW
机
组
工程应用——东胜项目
工程应用——大唐锦州
工况
时间(月.日)
全水分Mt(%)
空干基水分
灰分Aar(%)
空干基挥发分
干燥基挥发分
应用基发热量
6
7.31
29.5
7.32
28.21
26.5
28.59
12.88
9
8.4
23.5
12.77
27.75
26.01
29.82
12.53
10
8.4
23.5
12.77
27.75
26.01
29.82
12.53
11
8.5
29.4
13.04
23.36
28.77
32.19
13.24
12
8.5
33.3
8.42
24.67
33.87
30.64
11.27
13
8.6
21.3
8.47
28.31
26.6
29.06
14.00
工况
时间(月.日)
全水分Mt(%)
空干基水分
灰分Aar(%)
空干基挥发分
干燥基挥发分
应用基发热量
15
8.8
23.2
14.78
25.69
28.51
32.12
13.35
16
8.9
36.8
18.1
15.8
29.6
36.1
11.70
17
8.10
20.6
8.94
33.06
25.03
27.49
15.30
18
8.11
28
8.33
33.66
24.64
26.88
12.93
20
8.12
22.1
10.49
25.43
27.76
31.01
13.83
22
8.12
22.1
10.49
25.43
27.76
31.01
13.83
工程应用——大唐锦州
NOx mg/Nm3
200
185.4
180
144.9
160
137.4
140
118.8
121.1
120
100
80
60
40
20
0
180MW
230MW
250MW
280MW
300MW
工程应用——大唐锦州
工程应用——大唐锦州
工程应用——江苏苏龙
苏龙电厂#6炉
项目名称
飞灰含碳量
锅炉效率
单位
%
%
改造前
2.68
93.2
改造后
2.54
93.6
NOx排放浓度(O2=6%)
mg/Nm3
450
150
工程应用——江苏苏龙
工程应用——江苏苏龙
工程应用——浙江嘉兴
工程应用——浙江嘉兴
浙能嘉兴电厂#1炉实际运行DCS画面
工程应用——浙江嘉兴
目 录
1
公司基本业务
2
双尺度低NOx燃烧技术
3
工程应用情况
4
LYSC低NOx燃烧技术
5
国外工程应用情况
LYSC低NOx燃烧技术
IHI DUAL FLOW BURNER
IHI的DF型燃烧器
Outer sleeve
外套管
Combustion air 燃烧空气
Burner throat
燃烧器喉部
Inner sleeve
内套管
Outer vane
外圈叶片
Inner vane
内圈叶片
LYSC低NOx燃烧技术
 LYSC- Ⅱ型燃烧器原理示意:
环形回流区
挥发分着火及
NOx还原区
煤粉燃尽区
LYSC低NOx燃烧技术
LYSC低NOx燃烧技术
 燃烧器布置
LYSC低NOx燃烧技术
1号锅炉满负荷下燃烧器性能对比
磨组合形式
A、B、C、D、E
A、B、D、E、F
机组负荷(MW)
605
605
给煤量(t/h)
241
233
总风量(t/h)
2270
2170
NOx排放浓度(mg/Nm3)
339
412
CO浓度(ppm)
171
118
飞灰含碳量(%)
1.69
1.565
炉渣含碳量(%)
3.86
6.37
过热器减温水量(t/h)
6
22
再热器减温水量(t/h)
0
0
LYSC低NOx燃烧技术
1号锅炉低负荷下燃烧器性能对比
磨组合形式
A、C、D、E
A、B、D、F
机组负荷(MW)
404
404
给煤量(t/h)
176
181
总风量(t/h)
1678
1650
317
388
CO浓度(ppm)
6
3
飞灰含碳量(%)
0.8
0.79
炉渣含碳量(%)
4.42
1.71
过热器减温水量(t/h)
13
15
NOx排放浓度
(mg/Nm3)
再热器减温水量(t/h)
1.75
1.75
2号锅炉改造后,经华东电力科学研究院测试:锅炉NOx排放浓度较改造前
明显降低,NOx平均排放浓度为300 mg/m3左右, NOx最低排放浓度可达269
mg/m3左右,减排率50%以上。
LYSC低NOx燃烧技术
2号锅炉改造后,经华东电力科学研究院测试:锅炉NOx排放浓度较改造前
明显降低,NOx平均排放浓度为300 mg/m3左右, NOx最低排放浓度可达269
mg/m3左右,减排率50%以上。
LYSC低NOx燃烧技术
国电康平改造测试情况
工况
负荷
省煤器出口氧量
MW
1
600
2
500
3
450
4
400
5
360
%
2.41
3.12
3.11
3.52
4.5
245
285
230
250
260
198
285
313
189
195
省煤器出口NOx排放
mg/Nm3
浓度
省煤器出口CO排放浓
ppm
度
飞灰可燃物含量
%
0.1结果未出
0.3结果未出 结果未出
大渣可燃物含量
%
0.5结果未出
0.64结果未出 结果未出
目 录
1
公司基本业务
2
双尺度低NOx燃烧技术
3
工程应用情况
4
LYSC低NOx燃烧技术
5
国外工程应用情况
国外工程情况
 评估锅炉及其部件的运行状况
 诊断故障区域; 确定问题根本起因
 为新减排技术及锅炉改造提供概念设计
 评估设计及运行的改进方案
 鉴查新技术及锅炉改造的潜在影响
 给锅炉运行及测试提供指导
分析问题:
价值来源于分析的严谨与洞察力
解决问题:
价值来源于可操作性及实际地解决问题
Corner model
Isometric view showing nozzle tips
利用CFD模拟来筛选可能的燃尽风设计
方案: 确定燃尽风风口的位置, 大小以
及风速.
可能的燃尽风风口: 114
筛选过的可能方案: 45
L1
选择最终的设计基于以下条件:
– 较低的 CO 排放
– 较低的 NOx 排放
– 炉膛出口较均匀的烟气温度分布
– 较少的结焦 (用 AshproSM 评估)
梁架
L2
梁架
L3
梁架
炉膛纵剖面温度分布
改造前的系统
SmartBurn® 新设计的燃烧系统
改造前的系统
SmartBurn® 新设计的燃烧系统
高CO追踪朔源:
CO > 250 ppm
从模拟到调试
电站名称
锅炉号及
投运时间
额定负荷
(兆瓦)
炉型
煤种
改前NOx
M. L. Kapp
2 (1967)
220
T-fired
PRB
0.35
0.10 (125)*
Columbia
1 (1975)
512
T-fired
PRB
0.40
0.13 (160)
Columbia
2 (1978)
512
T-fired
PRB
0.38
< 0.11 (135)
Edgewater
3 (1951)
60
Cyclone
PRB
0.90
< 0.30 (370)*
Edgewater
4 (1969)
330
Cyclone
PRB
1.09
< 0.19 (234)
Edgewater
5 (1985)
380
Wall-fired
PRB
0.23
<0.13 (160)
Ottumwa
1 (1981)
650
T-fired
PRB
0.32
<0.11 (135)
Nelson Dewey
1 (1959)
100
Cyclone
PRB/Coke
0.80
< 0.30 (370)*
Nelson Dewey
2 (1962)
100
Cyclone
PRB/Coke
0.80
< 0.30 (370)*
Current Total
9
≈2,214
lb/MMBtu
改后NOx
lb/MMBtu
(mg/Nm3)
*在调试中
低NOx燃烧技术展望
下排
燃烧器
上排
燃烧器
燃尽风
0.18
NOx 排放 (lb/mmBtu)
0.15
OEMs
0.15
0.12
商业保证值
0.11
0.09
现有水平
0.09
0.06
0.0?
0.03
0.00
65
75
85
锅炉标高
95
105
炉膛纵剖面温度分布
神经网络稳态建模
NOx, CO
过量空气系数
锅炉模型
热耗
配风
汽温等
燃烧器摆角、一次风等
Courtesy of NeuCO
基于模型的优化
基于模型的控制器
DCS / 电厂
控制量 (MVs)
优化器
设定值和
约束
SP
模型
输出和梯度
被控量和干扰量 (CVs & DVs)
Courtesy of NeuCO
运行改善
1.20
1.00
NOx, lb/MMBtu
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
45%
55%
65%
75%
85%
95%
Percent Full Load
Baseline Prior to SmartBurn
SB Phase 3: NOx Ozone 2004
SB Phase 1: NOx 2002
SB Phase 4: NOx Ozone 2005
SB Phase 2: NOx Ozone 2003
105%
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