W型火焰锅炉高效低NOx燃烧技术.doc
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1、 “十一五”国家863目标导向类课题W火焰锅炉风包粉高效低氮氧化物燃烧技术哈尔滨工业大学燃烧工程研究所燃烧污染物减排国家工程实验室哈尔滨辰能工大环保科技股份有限公司哈尔滨工业大学燃烧工程研究所简介哈尔滨工业大学燃烧工程研究所成立于1999年,其前身为组建于1987年的燃烧课题组。研究所现有教师20名,包括教授8名、副教授6名,其中博士生指导教师7名、硕士生指导教师14名,研究所共有硕博研究生80余人。研究所所长秦裕琨教授为中国工程院院士,副所长吴少华教授受聘为国家863先进能源技术领域专家委员会专家,李争起教授、孙锐教授先后获得教育部新世纪优秀人才项目支持。燃烧工程研究所开发的“风包粉”系列浓
2、淡煤粉燃烧技术的综合技术指标达到国际领先水平,已经成为国内主流燃烧技术,目前已在全国至少50000MW机组上成功应用,每年可为社会创造直接经济效益数亿元,该项目获得2000年度国家技术发明二等奖、2000年度黑龙江省科技进一步等奖、2000年度黑龙江教委科技进步一等奖、2000年度国家“九五”重点科技攻关计划优秀成果奖等一系列奖励。目前,燃烧工程研究所承担包括“国家高技术研究发展计划(863)”、“国家重点基础研究发展计划(973)”、“国家科技支撑计划”、“国家自然科学基金”项目、省部级纵向课题在内的科研项目30余项。“十一五”期间,燃烧工程研究所承担的国家级纵向课题经费超过2000万元,企
3、业合作的横向课题经费超过3000万元。我所获得的国家级纵向科研经费支持无论是经费额度还是项目数量均位居全校前列。燃烧工程研究所拥有大型独立实验室2000m2,实验室已被评为国家燃煤污染物控制过程工程实验室。实验室内建有研究洁净煤燃烧、烟气污染物控制、固体废弃物处理、生物质能利用过程及特性的冷热态机理实验平台、大型试验台架十数套以及与之相配套的高性能分析测试设备。其中有三维激光多普勒粒子分析仪一套、数值计算软件包三套、美国Nicolet公司生产的5700型傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、瑞士Mettler-Toledo公司的TGA/SDTA851e热天平、IFA300恒温热线热膜测速仪、美国A
4、gilentg公司生产的5975 MSD - 6890 GC的气相色谱-质谱连用仪器等分析仪器和设备。研究所还为学生配置高性能计算机百余台,并建有功能完善的局域网和数据计算服务系统。燃烧工程研究所主要研究领域涉及清洁能源利用、环境保护及污染控制、化工过程及控制等学科,传统和新兴学科的交叉、融合提供了本领域极大的发展前景。目前,研究所的主要科研方向为:洁净煤燃烧技术、烟气污染控制及监测技术、废弃物焚烧技术、生物质资源化利用技术、先进动力循环及系统技术、能源和化工原料融合的煤炭综合利用技术及燃料特性试验技术。哈尔滨辰能工大环保科技股份有限公司哈尔滨辰能工大环保科技股份有限公司是经黑龙江省经济贸易委
5、员会批准,由黑龙江省辰能投资集团有限责任公司与黑龙江辰能哈工大高科技风险投资有限公司母子公司联手控股,在哈尔滨高新技术开发区注册的股份制公司。注册资金为8370万元人民币。哈尔滨辰能工大环保科技股份有限公司是一个在知识经济时代诞生的高新技术企业,拥有一批在环境科学与工程、市政工程领域享誉海内外的专家学者。目前,公司核心专家层中有中国工程院院士3名、国际水科学院院士1名。公司员工中具有高级职称人员占49%,其中本科以上学历者占87%。公司经营范围:从事市政建设工程施工,建筑智能化工程专业承包,机电设备安装工程专业承包,房屋建筑工程施工总承包;从事环境评价、安全评价、职业卫生技术服务,环境保护规划
6、、市政管道工程设计方面的技术开发、技术咨询、技术服务;承接水处理、垃圾处理、空气污染治理、噪声治理,环保设备设计、制造和销售;生活污水及工业废水设施运营;环境工程(废水)专项工程设计;自营产品及国外环保设备进出口业务;从事生态微生物产品开发生产与销售。公司以哈尔滨工业大学的综合优势为依托,以具有自主知识产权的环境工程、生态微生物工程中的相关核心技术和创新产品开发为先导,以商品市场和资本市场为导向,致力于改善人类的生存环境,创造最佳经济和社会效益。稳燃好、效率高、低污染、防结渣W火焰锅炉风包粉高效低氮氧化物燃烧技术的基本情况低挥发分(贫煤、无烟煤)、高灰分、低发热量煤为难燃煤,难燃煤占我国动力用
7、煤的五分之二以上,其中无烟煤占有一定比例。国内外在低NOx燃烧技术方面做了大量工作,但这些技术适合烟煤等高挥发分煤种,还没有开发出适合于较低挥发分的无烟煤锅炉低NOx燃烧技术。W火焰技术能实现电站锅炉无烟煤燃烧利用的高参数、大容量化,并且锅炉机组等效可用系数高,但目前仍存在飞灰可燃物含量高和NOx排放量高的问题。哈尔滨工业大学李争起教授根据燃烧学的基本理论,对W火焰煤粉燃烧技术及其设备作了大量的试验研究,同时借鉴国内外燃烧技术与设备的成功和失败经验,提出了二次风分风室倾斜技术、淡煤粉气流置于炉壁侧和拱上靠近喉口位置布置全混合燃尽风装置或缝隙式燃尽风装置的技术措施。并且根据不同燃烧布置方式,开发
8、了一批新型的煤粉燃烧器。取得发明专利4项:一种带浓淡煤粉燃烧装置的W型火焰炉(专利号:ZL 2005 1 0010015.7)、一种具有二次风分风室倾斜装置的W形火焰炉(专利号:ZL 2007 1 0071703.3)、一种拱下二次风向下偏置的W型火焰炉(专利号:ZL 2006 1 0010089.5)、一种W型火焰炉局部通风防侧墙及翼墙水冷壁结渣装置(ZL 2008 1 0137054.7);实用新型专利1项:一种低NOx煤粉燃烧的W火焰炉(专利号:ZL 2006 2 0020919.8)。 2006年,山西阳光发电有限公司#2炉300MW机组应用了二次风分风室向下倾斜的技术,解决了飞灰含碳
9、量高,炉膛温度分布不均匀,NOx排放量高的问题,东方锅炉厂等也在600MW超临界机组的新锅炉设计制造中采用此项技术。该技术成功地燃烧了难燃煤,取得了巨大的经济效益。2008年至2009年,河北华能邯峰发电厂#1、#2锅炉660MW机组应用了双通道叶片式浓淡分离技术、浓淡对调技术和二次风分风室下倾技术,解决了飞灰含碳量高,燃烧器系统阻力大、磨损严重和炉膛温度分布不均匀等问题,大幅度提高了锅炉的热效率,为电厂取得了巨大的经济效益。2009年,山西阳光发电有限公司#1炉300MW机组应用二次风分风室下倾技术、拱上布置全混合燃尽风装置以及翼墙安装局部通风装置对燃烧系统进行改造,解决了飞灰可燃物含量高和
10、NOx排放量高的问题。2010年,中电投贵州纳雍发电二厂#1炉300MW机组应用了二次风分风室下倾技术对拱下三次风进行下倾改造,解决燃烧不稳定、偏烧严重、飞灰可燃物含量高、锅炉效率低下的问题。2010年,江西九江电厂三期发电工程2350MW应用了双通道叶片式浓淡分离燃烧器,淡煤粉气流后置技术,磨煤机出口采用双可调煤粉分配器等。解决燃烧器磨损及煤种适应性差等问题。2010年,哈尔滨锅炉厂已将该技术应用到新炉的设计当中。哈尔滨工业大学燃烧工程研究所开发的W火焰高效低NOx燃烧系统适合于低挥发分(贫煤、无烟煤)、低发热量、高灰分以及低熔点等难燃煤种,在保证锅炉稳定经济运行的同时实现NOx减排60%以
11、上。W火焰锅炉风包粉高效低氮氧化物燃烧技术的基本原理与特性 在拱下布置二次风分风室倾斜装置技术的基本原理是:拱下的二次风气流在风箱内通过特殊设计的导流装置,与水平成一定角度喷入炉膛,推迟与拱上一次煤粉气流的混合。再依据锅炉的结构、燃用燃料、运行等具体情况,采取适当的技术措施,以达到良好的燃烧特性。原W型火焰炉将绝大部分二次风集中于拱下,因而拱下风动量很大,水平吹入炉膛时截断拱上一次煤粉气流的下行路线,造成一次煤粉气流提前折转,煤粉在炉内高温区行程变短,不利于煤粉的燃尽。现将二次风吹入炉膛的由水平改为倾斜向下后,一方面推迟了一次煤粉气流与拱下二次风的混合,使煤粉长期处于低氧燃烧,能抑制NOx的生
12、成,另一方面,在一次煤粉气流和拱下二次风混合后,煤粉在二次风的携带下能进一步向下深入炉膛,延长了煤粉在炉内高温区的停留时间,促进煤粉的燃尽。淡煤粉气流置于炉壁侧的基本原理是:将原来置于靠近炉膛中心侧的淡煤粉气流放置于靠近炉壁侧,或在炉壁另开喷口通入炉膛。如此,浓煤粉气流喷入靠近炉膛中心侧区域,由于这部分区域靠近炉膛中心高温区,浓煤粉气流喷入炉膛后能大量卷吸高温烟气,可以达到及时着火和稳定燃烧的目的,又由于着火的提前,燃烧时间充裕,燃烧效率高,有利于燃尽,提高了燃烧的效率,节约了燃料,提高了运行的经济性。同时,由于淡煤粉气流的阻隔,拱下二次风与浓煤粉气流的混合推迟,延长了浓煤粉气流低氧燃烧的时间
13、,抑制NOx的生成。淡的煤粉和空气在背火侧,即靠近水冷壁处(包括燃烧器喷口),由于煤粉少,燃烧产生的灰渣也少。这里呈氧化性气氛,运行中使灰熔点升高,即使靠近水冷壁也不易结渣。特别对于灰分较多、灰熔点较低的煤的可靠运行,尤为重要。拱上靠近喉口位置布置全混合燃尽风装置或缝隙式燃尽风装置的基本原理:将一部分二次风从二次风箱引出由拱上供入炉膛,以使拱下燃烧都处于缺氧的还原性气氛,从而有效抑制NOx的生成。同时由于拱下二次风动量的减弱,一次煤粉气流能进一步向下深入炉膛,延长煤粉在炉内的行程,促进煤粉燃尽。锅炉翼墙安装局部通风装置:在翼墙局部通入冷却风,保证侧墙附近水冷壁区域有一层空气膜,有效地防止侧墙水
14、冷壁的结渣。采用此技术改造的W火焰锅炉,能成功地将难燃煤种的高效低NOx燃烧。同时可以满足防止结渣要求,具有很好的经济效益、环境效益和社会效益。图1 二次风下倾工作原理图1上炉膛 2下炉膛 3拱4拱下二次风喷口5旋风子燃烧器 6风门挡板7二次风箱8导流装置 9支杆图2 淡煤粉气流置于炉壁侧工作原理图1煤粉入口管道 2旋风子燃烧器 3淡煤粉气流管道4浓煤粉气流喷嘴 5风门挡板6拱 8二次风箱方圆结格栅均分器叶片式浓淡分离器浓淡分配器浓煤粉管道排入大气排入大气淡煤粉管道图3 双通道叶片式浓淡分离器原理图 图4二次风分风室下倾装置(a)0 (b15 (c)25 (d) 35 (e) 45图5 不同二
15、次风下倾角度下的空气动力场图(是主流区和死循环区的边界)全混合燃尽风装置内直流管道炉膛上部风箱 图9 全混合燃尽风装置图10 局部通风装置防止侧墙及翼墙水冷壁结渣 阳光电厂300MW机组燃烧器改造过程中 阳光电厂300MW机组乏气后置以及燃尽风安装完成后投入运行 邯峰电厂660MW机组锅炉原美国邯峰电厂660MW机组锅炉安装双通道叶片式浓淡分离器及淡煤粉气流后置布置投入运行 F&W公司旋风分离装置拆除中华能邯峰发电厂 660MW机组 锅炉技术改造地点:河北省邯郸市 时间:20082009年#1、#2号锅炉燃烧器改造和二次风箱改造哈尔滨工业大学专利技术一种带浓淡煤粉燃烧装置的W型火焰炉(专利号:
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