75th中温分离CFB锅炉增加三层二次风的低氮燃烧改造.doc

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1、75t/h中温分离CFB锅炉增加三层二次风的低氮燃烧改造CFB锅炉作为20世纪70年代发展起来的一种高效的洁净煤燃烧技术,以其低温流化燃烧物料循环反复二次风分段送风的特点,具有优越的调峰经济性良好的煤种适应性高效的劣质燃料燃烧效率优良的环保性能(氮氧化物排放低低成本石灰石炉内脱硫)和较高的灰渣综合利用价值,近年来在国内外得到迅速的发展,成为中小型热电厂和燃烧劣质燃料电厂的首选炉型在CFB锅炉运行中,基本上都是在保证床料良好流化的基础上,通过调整二次风量来调节风煤配比一二次风配比和上下二次风配比,有效地控制炉内燃烧份额和物料混合,改善传热强度和穿透能力,优化炉膛内温度和物料分布,从而达到调整锅炉

2、负荷提高效率的目的,还可有效降低NOxSO2CO等污染物的排放质量浓度为此,从NOx生成机理和优化锅炉结构等方面,对燃烧福建无烟煤的中温旋风分离CFB锅炉增设一层二次风形成上中下三层二次风的低氮燃烧改造,以降低NOx原始排放质量浓度笔者介绍了2台燃烧福建无烟煤的中温旋风分离CFB锅炉低氮燃烧改造内容及其效果,为其他锅炉改造提供工业应用的借鉴1、改造前设备状况及分析1.1中温旋风分离CFB锅炉现状拟改造的2台中温旋风分离CFB锅炉是某锅炉制造厂为燃用福建无烟煤而设计的中温中压参数DG75/3.82-11型CFB锅炉,采用“高炉膛低烟速高炉膛燃烧温度中温旋风绝热分离中物料循环倍率”设计方案,分别于

3、2000年4月和2001年9月投运截止到2014年底,2台锅炉累计运行时间分别为107942h和98063h图1为CFB锅炉简图为增强二次风的穿透性和扰动性,该CFB锅炉前后墙的水冷壁以标高11.787m处为拐点(见图1),以上是竖直布置,以下呈倒锥形布置,炉膛横截面(以水冷壁管中心计算)由4.645m5.905m缩小到布风板(标高4.70m)截面2.470m5.905m额定工况下,布风板处设计烟速为3.8m/s,实际运行烟速为3.54.0m/s;上二次风口以上的炉膛设计烟速为4.0m/s,实际运行速度为3.54.5m/s;设计物料循环倍率为18.22,实际物料循环倍率为1520该锅炉采用分级

4、燃烧技术,燃烧空气包括一次风二次风和播煤风,其中约占总风量55%的热一次风分成左右两股,从炉底等压水冷风室经过风帽进入燃烧室密相区,约占总风量37%的二次风分为下层(喷嘴中心标高7.14m)上层(喷嘴中心标高10.80m),通过布置在前后墙上的32个喷嘴(每层16个,前后墙各8个,对称布置,喷嘴截面为110mm60mm)从高速射入炉膛;约占总风量8%的播煤风(来自热一次风,经过增压风机加压)从落煤管(单侧前墙给煤方式,2个给煤口,中心标高6.53m)进入炉膛锅炉主要设计参数见表1,主要运行参数见表21.2影响NOx排放质量浓度的因素分析1.2.1生成机理的影响(1)燃煤中含有N,燃烧过程中燃料

5、N空气N与氧气在合适环境下生成NO,且氧化性气氛越强,NO生成量越多所以仅可在燃烧过程控制NOx生成量,但无法避免NOx生成(2)由于该锅炉采用炉前集中给煤,尽管给入的福建无烟煤仅占床料总量的5%左右,并在流化状态下立即与炽热的床料进行混合,但因空气与给煤分配的比例不均和底部燃烧还不够强烈,燃烧室底部具有较高的氧浓度,局部氧化性气氛下致使NO大量生成CFB锅炉中燃料型NOx是其生成NOx的主要组成部分,其含量超过95%延伸阅读：1.2.2锅炉结构的影响(1)2台CFB锅炉下二次风喷嘴中心(标高7.14m)距离布风板(标高4.70m)为2.44m,距离回料口(标高5.56m)只有1.58m该区域

6、属于燃烧室密相区,物料浓度较大,下二次风的扰动混合作用有限(2)落煤管中心(标高6.53m)与下二次风喷嘴中心(标高7.14m)的距离只有0.61m,约占总风量8%的播煤风从落煤管进入炉膛,补充部分氧量,消弱了还原气氛,不利于NO分解1.2.3运行参数的影响工业热态试验证明:NOx排放质量浓度随空气过量系数增加而明显增加,且增加速率逐渐减小;NOx排放质量浓度随二次风率的增加而明显下降,且降低速率逐渐减小;NOx排放质量浓度随着上二次风率k增加而呈现先明显下降,再逐渐减小至平缓,最后略微上升的趋势,表现为开口向上的抛物线;通过优化运行参数和调整一二次风配比上下二次风配比,可从源头上降低NOx生

7、成量和排放量,控制原始NOx排放质量浓度在180mg/m3(干基,6%O2)左右2、低氮燃烧改造方案分析为从源头上降低NOx生成量,在优化运行燃烧和调整二次风比的基础上,以多次工业试验数据为依据,从NOx生成机理和优化锅炉结构方面着手,采用提高下二次风喷口高度和增设一层二次风对中温分离CFB锅炉进行低氮燃烧改造改造思路:为延长具有较强还原性气氛的富燃料区(密相区)反应区间,抬高下二次风喷嘴装置高度0.5m,并提高二次风风速,以增强下二次风的穿透性和扰动性,提高中心区域的传热强度和燃烧均匀性,减少NOx生成量;同时,将一二次风量的比例由6040调整为5050,以强化密相区的还原气氛;新增一层上二

8、次风喷口,形成上中下三层二次风,补充氧气并控制炉内燃烧NOx生成与分解,实现NOx排放质量浓度从180mg/m3左右降低到150mg/m3以下;并且锅炉具有高的热效率,机械不完全燃烧损失q4得到良好的控制改造方案:(1)提高下二次风喷口在水冷壁上的高度0.5m,由原标高7.14m提到7.64m;维持锅炉四周标高9.6m处的风箱及主管道d=600mm=5mm不变;喷口设计空气速度由48m/s提高到54m/s;(2)原上二次风更名为中二次风,喷口标高维持不变,风箱及主管道d=600mm=5mm由原标高12.54m下降至12.04m;中二次风喷口设计空气速度由48m/s提高到54m/s;(3)新增一

9、层上二次风16个风嘴,喷口入口设在水冷壁前后墙标高12.65m处,左右对称布置,水平安装角度为30;上二次风箱及主管道d=600mm=5mm设在标高15.3m处,直接水平连接烟道;上二次风风源取自一次风热风母管道(主要考虑现有二次风机不能满足送风要求),上二次风喷口空气设计速度为64m/s,并设置风门挡板风量流量计等3、低氮燃烧改造效果2015年23月,先后完成了2台中温旋风分离CFB锅炉低氮燃烧改造为验证低氮燃烧改造效果,按照DL/T2602012燃煤电厂烟气脱硝装置性能验收试验规范进行了工业热态试验燃用设计煤种相近的福建无烟煤,其化验分析结果见表3,其粒径分布见表4试验内容方法步骤和计算方

10、法见文献烟气成分采用布置在除尘器出口烟气分析仪进行测量,并用邻近位置的烟气排放连续自动监测装置进行比对,每5min存储记录一组数据3.1二次风率对NOx排放质量浓度的影响图2描述了保持一次风量和上二次风量基本不变的情况下,二次风率对NOx排放质量浓度的影响由图2可见:随着二次风率的增加,NOx排放质量浓度快速下降,但降低速率逐渐减小;但二次风率超过60%后,NOx排放质量浓度则呈现增加趋势,表现为开口向上的抛物线,拟合公式为式(2),重合度为0.9972这表明存在最佳的二次风率使NOx排放质量浓度最低,这与改造前试验得到的规律是基本一致的与改造前相比,在二次风率相同的情况下,NOx排放质量浓度

11、降低3040mg/m3;最佳的二次风率由40%50%后移至45%60%主要原因有:(1)下二次风喷嘴中心上移0.5m,下二次风口下部的处于较强还原气氛下的富燃料区间(密相区)增加,物料在强还原气氛下停留时间延长,有利于抑制NO生成,且提高了NO还原速率,降低了NOx排放质量浓度;(2)下二次风喷嘴中心上移0.5m,距离布风板的高度由2.44m增至2.94m,距离回料口的高度由1.59m增至2.09m该区域物料质量浓度有所降低,同时下二次风喷口设计空气速度由48m/s提高到54m/s,下二次风的穿透射程增大,扰动混合作用增加,提高了炉膛中心区域的传热强度和氧气浓度,两级燃烧作用明显;(3)本试验

12、是在维持一次风量和上二次风量基本不变通过增加二次风机变频器开度来增加二次风量调整二次风率的,而研究证明增加二次风率有抑制燃料氮的转化减少NOx生成的作用,从而降低NOx排放质量浓度3.2中二次风率km对NOx排放质量浓度的影响保持一次风量和上二次风量基本不变二次风机变频器开度基本不变二次风率50%的情况下,通过调节下二次风和中二次风挡板开度来改变中二次风率km图3描述了中二次风率km对NOx排放质量浓度的影响由图3可见:随着中二次风率km的增加,NOx排放质量浓度呈现先明显下降(km30%),再下降速率逐渐减小(30%km45%)至平缓(45%60%),表现为开口向上的抛物线,拟合公式为式(4

13、),重合度为0.9787由此可推断,燃烧福建无烟煤的中温分离CFB锅炉存在有一个最佳的中二次风率km,使NOx排放质量浓度最小,这与改造前试验得到的规律是基本一致的根据本试验结果,在过量空气系数1.2二次风率50%的情况下,最佳的中二次风率km在45%60%与改造前相比,在中二次风率km(原上二次风率k)基本相同的情况下,NOx排放质量浓度降低3545mg/m3;最佳的中二次风率km由55%65%前移至45%60%主要原因有:(1)将一二次风量的比例由6040调整为5050,在额定工况下布风板设计烟速由3.83m/s降低为3.65m/s,加上下二次风喷嘴中心上移0.5m,物料在强还原气氛下的富

14、燃料区间(密相区)停留时间延长约0.17s,有利于抑制NO生成;(2)中二次风喷口设计空气速度由48m/s提高到54m/s,增强了中二次风的穿透性和扰动性,提高了炉膛中心区域的传热强度和燃烧均匀性,减少了NOx生成量和排放量;(3)保持一次风量和上二次风量基本不变二次风机变频器开度基本不变二次风率50%的情况下,通过调节下二次风和中二次风挡板开度来改变中二次风率km,随着中二次风率km增加,下二次风随之减少,意味着中二次风喷嘴以下的流化速度变小,物料停留时间增加,密相区和过渡区的还原性气氛增强,NOx的生成量和排放量减少;(4)随着中二次风率km增加,炉膛内空气含氧量随之增加,强化了福建无烟煤

15、的后燃性,提高了炉膛出口烟温,增加了焦炭燃烧和挥发分N燃烧过程NO生成量,对NOx排放质量浓度起到双重作用;(5)当中二次风率km在45%60%,虽然中二次风喷嘴以下的煤炭处于还原性气氛中不完全燃烧,但密相区内严重缺氧环境也延迟了颗粒的着火和燃烧,NO的生成量和排放量达到最低值;(6)当中二次风率km超过60%时,密相区内严重缺氧影响了NH3与NO的还原反应,导致NOx排放质量浓度增加3.3上二次风率kup对NOx排放质量浓度的影响保持一次风量基本不变二次风机变频器开度不变下二次风和中二次风挡板开度不变,通过调节上二次风挡板开度(配合微调一次风机出口挡板开度)来改变上二次风率kup图4描述了上二次风率kup对NOx排放质量浓度的影响由图4可见:随着上二次风率kup的增加,NOx排放质量浓度呈现先平缓下降(kup15%)再逐渐上升的趋势,拟合公式为式(5),重合度为0.9749主要原因有:(1)在水冷壁前后墙标高12.65m处新增一层上二次风16个风嘴,上二次风喷口空气设计速度为64m/s,而该区域物料质量浓度较低,上二次风具有较强的穿透性和扰动性,可有效降低NOx生成量;(2)随着上二次风率kup的增加,虽然上二次风的穿透射程随之增加混合和搅拌能力