420t/h四角切圆锅炉低氮燃烧改造数值模拟研究

为达到严格的超低排放标准,目前国内绝大部分电站锅炉均实施了NOx排放控制技术改造.针对一台燃用烟煤的420 t/h四角切圆煤粉锅炉,将原双通道燃烧器改造为水平浓淡燃烧器并加装3层燃尽风(SOFA),从而达到低氮燃烧的效果.应用数值模拟方法进行方案论证,研究了一次风浓淡比、SOFA风率和SOFA风射流角度等参数对锅炉燃烧状况及NOx排放规律的影响,并提出最佳改造方案.随着浓淡比的增加,炉膛出口温度逐渐增加,而NOx含量逐渐降低.浓淡比为4∶1时,飞灰含碳量最低.随着浓淡比增大,CO浓度升高,增强了主燃区域的还原性,抑制挥发分含氮中间产物氧化成NO;另一方面,浓淡比增大使浓煤粉气流挥发分析出速率加快,强化挥发分含氮中间产物HCN和NH3将已生成的NO还原为N2;同时,淡侧气流煤粉浓度低,含氮基团析出量变小,与氧反应生成NO的量减少.随着SOFA风率的增加,炉膛出口烟温、飞灰含碳量增加,20％ SOFA风率时,NOx浓度较高,SOFA风率由30％增加到40％时,NOx浓度基本保持不变.随着SOFA风率的增加,主燃区形成的低O2高CO浓度的强还原性气氛抑制了HCN及NH3被氧化成NO,反而促进了其与已生成的NO发生反应生成N2.此外,高SOFA风风率下,主燃区高温区缩小,生成的热力型NOx也相应减少.随着SOFA风射流角度上扬,还原区加长,有利于降低NOx浓度,但燃尽区的火焰中心会上升,煤粉燃尽时间变短,炉膛出口温度和飞灰含碳量上升.随射流角度增加,O2浓度降低而CO浓度升高,这是由于射流角度增大延迟了煤粉燃尽过程,增加了化学不完全燃烧损失;这种低氧高CO的强还原性气氛大大抑制了NOx生成.根据数值模拟结果,确定试验锅炉的低氮燃烧改造方案为:选择浓淡比为4:1的水平浓淡燃烧器作为改造燃烧器,SOFA风率定为30％,SOFA射流角度上扬15°.改造后锅炉燃烧稳定,NOx排放显著降低,为220 mg/Nm3左右(降幅达65％～70％),而飞灰含碳量保持在3％～4％,表明改造方案可达到良好的低氮燃烧效果.