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富氧綜合節能減排技術

一、富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術


     1、技術背景

為滿足巨大的電力需求,在發展傳統火電、水電和核電的同時,將大力發展風電、太陽能及其他可再生能源。當可再生能源的發電容量在電網中所占比重較大時,其出力的不確定性將對電力系統的調節能力帶來巨大的挑戰,因此,為確保運行過程的供需平衡,需提高電力系統調節能力。對于增加電力系統靈活性的方法初始看來手段很多——如使用燃機、抽水儲能、化學儲能等,但都“難堪大任”,所以電力系統進行靈活性改造的重任落到了燃煤火力發電廠的“肩上”。

     2、技術機理

富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術采用主動燃燒穩定結構設計與控制方法,利用小空間自穩燃燒方式,避免了原鍋爐煤粉氣流大空間燃燒的諸多限制條件,裝置整體運行安全、穩定、連續,控制簡單、易行。



       3、技術性能


(1)增強深度調峰能力——在鍋爐深度調峰時,利用氧氣強化煤粉與燃油(天然氣)的燃燒,降低燃料著火溫度,提高燃燒過程溫度,加快反應速度,使煤粉以提前主動燃燒狀態進入爐膛,且不受煤質波動的影響,提高爐膛溫度,保證整個鍋爐煤粉不會因為爐膛熱負荷過低燃燒不穩而熄火,實現鍋爐不停爐超低負荷(最低20%額定負荷)調峰,增強火電機組深度調峰能力。

(2)提升機組爬坡速度(負荷升降速率)—— 一次風煤粉流在富氧燃燒提升燃煤火電靈活性裝置內提前主動燃燒后進入爐膛,進入爐膛后即開始放熱,因此,完全可以做到斷層投運、錯層投運、斷層+錯層或錯位層投運,實現爐膛燃燒穩定、受熱均勻,避免傳統逐層投運導致的升負荷慢、主蒸汽溫度及壓力不能同步增長或增長較慢等問題,在保證爐內燃燒安全的前提下,可實現增加單位時間內的入爐煤量,確保機組快速提升負荷,大幅提升燃煤火電機組爬坡速率(負荷升降速率)。



(3)降低鍋爐啟/停時間——一次風煤粉流在富氧燃燒提升燃煤火電靈活性裝置內提前主動燃燒,利用富氧燃燒增加火電靈活性裝置的斷層、錯層斷層+錯層或錯位層布置投運,相當于在爐內安裝了多個點火層,可根據工況需求靈活調整入爐煤量,可實現快速增/減投煤量,確保爐內受熱更為均勻,燃燒穩定,且富氧煤粉火焰延展性好,爐膛火焰充滿度高,從而達到降低鍋爐啟/停時間的目的。



(4)增強燃料靈活性——利用氧氣強化煤粉揮發份燃燒的同時,強化煤粉中固碳的燃燒——降低煤粉中固碳的著火溫度,提高燃燒過程反應速度,提高燃燒過程溫度,從而實現對燃料揮發份含量不做要求,有效提高鍋爐煤種適應性;同時通過溫度檢測反饋可實現智能調控富氧燃燒提升燃煤火電靈活性裝置參數,確保在任意工況下引燃一次風煤粉,使煤粉以主動燃燒狀態進入爐膛,維持爐膛穩定燃燒,從而實現能夠燃燒煙煤、貧煤、無煙煤以及摻燒生物質能源(秸稈、木屑等)的目的,達到提高機組燃料靈活性的目的。    



(5)確保SCR裝置高效投運——富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術通過調控燃燒系統微量燃油(或天然氣)、氧氣等參數,利用氧氣強化燃油(或天然氣)燃燒,產生高溫火焰引燃一次風煤粉,確保富氧燃燒提升燃煤火電靈活性裝置內煤粉以提前著火主動燃燒狀態進入爐膛,在維持爐膛穩定燃燒的同時,斷層富氧燃燒提升燃煤火電靈活性裝置的投運(或配合富氧智能煙氣加熱裝置),可有效抬高火焰中心,縮短火焰中心到爐膛出口的距離,從而使煙氣溫度滿足SCR投運要求(≥320℃),全程安全、高效地投運。

(6)確保鍋爐爐效不降低——富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術采用提前著火、主動燃燒的方式,相對延長了煤粉在爐內的燃燒時間,確保煤粉燃燒充分,降低鍋爐飛灰及大渣含碳量,不增加鍋爐機械不完全燃燒熱損失,不降低爐效;同時利用斷層燃燒(或配合富氧智能煙氣加熱裝置),通過投運頂層燃燒器可有效抬高火焰中心,縮短火焰中心到爐膛出口的距離,避免為提高煙氣溫度而開啟(或安裝)省煤器旁路等措施而導致爐效降低。



(7)優化熱電機組儲熱裝置——對于熱電機組的靈活性改造,目前通常會采取儲熱裝置方案。在國外的應用中,該方案大多基于電網/熱網小,煤種優質、穩定的基礎上;而國內電網/熱網大,煤質變化大,為保證火電靈活性的連續性,儲熱裝置建設規模應相對增大。富氧燃燒提升燃煤火電靈活性技術可增強機組深度調峰能力,保證火電靈活性調節的連續性,從而優化熱電機組儲熱裝置,縮減其建設規模,降低基建及運行維護成本。 


二、富氧低氮燃燒技術

       1、技術背景

 氮氧化物是燃煤發電行業排放的主要污染物之一。燃煤發電鍋爐運行過程中,煙氣中的氮氧化物(NOx)生成分為燃料型、熱力型和瞬時型。其中燃料型氮氧化物占到80%左右。現有SCR煙氣脫硝技術降低氮氧化物效果不能滿足國家的排放要求。 


       2、技術簡介



 

 在富氧低氮燃燒時,一次風粉進入富氧低氮燃燒器,在富氧低氮燃燒器濃淡分離的作用下,使一次風粉達到深度的燃料分級,在富氧環境下點燃富氧低氮燃燒器中的一次風煤粉,確保一次風煤粉在富氧低氮燃燒器的高著火率,同時富氧低氮燃燒器內煤粉以著火狀態進入爐膛,使爐膛高溫區下移,延長爐膛換熱時間,從而降低排煙熱損失,提升鍋爐爐效。

 一次風煤粉在富氧低氮燃燒器分級燃燒過程中,富氧低氮燃燒器內的氧氣不足以支撐煤粉完全燃燒,處于深度缺氧燃燒狀態,產生了大量CO等還原性物質,在還原已生成的氮氧化物的同時抑制氮氧化物的產生。

 不完全燃燒的煤粉進入爐膛(即大量CO強還原劑進入爐膛)后,在主燃區、還原區及燃盡區全方位布置的情況下,在爐膛中又形成空氣分級燃燒,進一步抑制和還原了氮氧化物。

 通過雙抑制和雙還原的過程,既保證了煤粉高燃盡率,降低鍋爐飛灰含碳量,減少固體不完全燃燒熱損失,從而提高鍋爐爐效;又大幅度抑制和還原燃燒中產生的氮氧化物,達到以“低氮燃燒的手段,產生煙氣脫硝的降氮效果”。

         3、技術優勢

(1)降低NOx效果顯著,可達到SCR技術的減排效果。根據我司多次在中電投重慶九龍電廠、國電成都金堂電廠、國電重慶恒泰電廠工業化應用表明,若在鍋爐所有一次風噴口內安裝富氧智能低氮燃燒器可降低氮氧化合物80%以上,達到SCR煙氣脫硝的效果;

(2)建設投資少,運行、維護費用低

富氧低氮燃燒技術在同等規模下,其建設、運行費用分別約為SCR技術的1/5和1/10,達到了最經濟的降低氮氧化合物地目的。

(3)降低氮氧化物排放的同時,還降低了鍋爐的飛灰含碳量

該技術通過微油與純氧的作用,保障了一次風煤粉的全部著火燃燒,杜絕了分級燃燒技術造成的煤粉燃燒不盡,鍋爐飛灰含碳量增加的現象,徹底解決了現有低氮燃燒機理與技術在降低氮氧化物排放量的同時,增加了鍋爐飛灰含碳量的矛盾;

(4)提高鍋爐運行效率,降低單位發電煤耗

該技術運行時使一次風煤粉流提前著火后進入爐膛,增加了煤粉在爐內燃燒時間,提高了鍋爐運行效率,降低了單位發電煤耗,同時減少了二氧化硫、二氧化碳、氮氧化物及粉塵的排放,環保效益突出。

(5)富氧低氮燃燒技術煤種適應性廣泛

由于每臺富氧低氮燃燒器燃燒的油、氧調整簡單、快捷、可靠,能點燃不同的煤種(煙煤、貧煤、無煙煤等),因而能對不同煤質進行高效減排。



三、富氧燃燒點火節油技術

    1、技術背景

 燃煤發電行業作為我國主要電力來源,長期以來,火力發電機組鍋爐的啟停、調試及低負荷穩燃消耗了大量的燃油;而中國是一個典型的富煤貧油國,每年原油進口率達50%左右,在目前及未來燃油價格高昂的形勢下,大量的燃油消耗,將嚴重影響國家及企業的經濟效益;因此,電力行業迫切需要節油新技術來降低鍋爐點火、穩燃、試運行階段的油耗,從而降低發電成本,提升競爭力,契合國家可持續發展方針。

     2、技術簡介



 

 富氧燃燒點火穩燃節油技術是指通過純氧提高燃料燃燒溫度、降低燃料著火溫度、提高燃燒燃燒速度,采用廉價的燃料“煤”替代昂貴的燃料“油”,達到大幅度節約鍋爐點火、停運、穩燃耗油量,降低鍋爐冷態點火及穩燃成本的目的。

 在鍋爐冷態點火或穩燃時,利用氧氣強化燃油燃燒、強化煤粉燃燒,利用多級燃燒的方式使一次風煤粉流在任何工況下提前著火后進入爐膛,確保一次風煤粉流穩定著火燃燒。將高純氧氣與燃油預混,燃燒產生高溫油火焰,進而點燃氧氣與一次風煤粉流的混合物,并利用“以煤代油,以氧助燃” 的原理,以達到廣泛適應各類煤種(煙煤、貧煤、無煙煤等所有煤種)、大幅降低鍋爐點火、穩燃、過程油耗的目的。


        3、技術優勢

(1)不改變燃燒器性能,不改變爐內燃燒特性 

對鍋爐原燃燒器進行富氧燃燒點火穩燃節油技術改造后,保持原燃燒器外部尺寸不變,改造后燃燒器內部結構形成的氣阻在鍋爐所波動的范圍內。

 改造后的富氧燃燒器在點火、穩燃過程能起到等熱值替換鍋爐內原大油槍點火、穩燃作用。

(2)節油率高,達到90%以上

利用純氧強化油的燃燒,強化煤的燃燒,采用“以煤代油,以氧助燃”的方式,大幅降低鍋爐點火、穩燃、機組調試過程油耗。 

(3)煤種適應性廣泛,適用于煙煤、貧煤、無煙煤等所有煤種

充分利用純氧特性,在強化煤粉揮發份燃燒同時,強化煤粉固碳的燃燒,對煤種揮發分的含量不作要求,適用于煙煤、貧煤、無煙煤、煤矸石等所有煤種,點火初期,煤粉著火率高(≥90%)。

(4)不產生油污,確保環保設備全程安全、高效運行

采用“以煤代油、以氧助燃”的方式進行鍋爐啟停、穩燃及機組調試,燃油消耗量低,且燃油燃燼率高(≥99%),不產生油污,在鍋爐取消煙氣旁路后能夠確保電除塵、脫硫裝置安全、可靠運行。

(5)安全、可控、零維護

富氧燃燒點火穩燃節油技術,其系統獨立于鍋爐系統之外,完全實現獨立、自動、精確監控,對整個鍋爐的控制沒有任何影響,保證了爐內燃燒穩定與燃燒設備的安全,且所耗油、氧量小,更加利于管控;長期實際應用表明,該技術運行安全、可控、零維護。


四、富氧高溫智能調控垃圾焚燒技術

    

     1、技術背景

 國現行生活垃圾焚燒廠大氣污染物排放(二噁英)超國標現象較為嚴重,整體污染物信息公開狀況差。其排放超標的主要原因是國內焚燒技術本身與國內垃圾的配合性不高與設備運行狀況不佳,即焚燒爐內溫度不高、容積熱負荷不穩定、燃燒不充分所致。


      2、技術簡介


 根據富氧高溫智能調控垃圾焚燒技術原理,在垃圾焚燒爐的現有設備基礎上增加儲粉系統、送粉系統、富氧燃燒系統,通過微量純氧與燃油引燃整個改造后的一次風煤粉流,改變原有的助燃燃料的添加方式,實現煤粉替代柴油的燃燒方式,確保垃圾焚燒爐的高溫穩定燃燒、實現冷態正常點火降低油耗 90%以上,降低垃圾焚燒成本。

 針對垃圾焚燒過程中,一旦垃圾熱值降幅較大,爐膛溫度下降,爐膛燃燒工況出現波動,通過監測信號及爐膛燃燒波動預測曲線以及自動化控制系統,設備自動及時的響應,利用富氧燃燒系統向爐膛內及時補充熱量,維持垃圾焚燒爐穩定燃燒,確保垃圾焚燒爐的良好工況,提高垃圾焚燒爐發電數量,增加垃圾焚燒發電企業的經濟效益。


        3、技術優勢

(1)確保二噁英分解

富氧高溫智能調控垃圾焚燒技術利用煤粉的燃燒替代燃油的燃燒,實時監測爐內溫度,當監測垃圾焚燒爐內溫度低于850℃時,立即投入富氧系統提高爐內溫度。

(2)提高單位垃圾發電量

該技術確保爐內溫度時刻大于850℃,提高了垃圾燃燼率,減少了熱酌減率,因此,有效提高了單位垃圾發電量。

(3)滲濾液可回爐焚燒

滲濾液的處理是垃圾處理中一大難題,而富氧高溫智能調控垃圾焚燒技術確保爐內溫度時刻大于850℃,因此可將滲濾液投入爐內焚燒,最大限度了減少滲濾液產生的危害。



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