燃煤锅炉低氮燃烧稳定性试验研究.docx

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1、燃煤锅炉低氮燃烧稳定性试睑研究目录1 .摘要22 .引言23 .过剩空气系数和空预器漏风率34 .燃煤锅炉的燃烧配风应该考虑的6个方面44.1. 燃烧经济性44.2.结渣、磨损与高温腐蚀54.3.低NOX燃烧64.4. 低负荷稳燃74.5. 汽温调节方式84.6. 6.烟气偏差85.锅炉燃烧过程的氮氧化物95.1, 锅炉燃烧过程中产生NOX的主要途径95. 2.影响锅炉NOX生成与排放的因素95. 2.1.锅炉配风方式及其作用95. 2.2.风箱与锅炉压差对贰氧化物排放量的影响105. 2.3.送氧量对氮氧化物排放量的影响105. 2.4.配风方式对氮氧化物排放量的影响106 .锅炉低氮燃烧改

2、造方案117 .锅炉低氮改造冷态动力场试验128 .锅炉启动后配风原则及配风方式129 .锅炉燃烧稳定性降低原因分析121. 1.锅炉四角切圆燃烧器稳燃机理分析129. 2,锅炉燃烧热态动力场旋转动量降低139. 2.1.锅炉燃烧器设计方面的原因1310. 2.2.运行方式控制方面的原因1410.提高燃烧稳定性的改进措施1410. 1.优化改进一次风浓侧反切角度1410. 2.优化调整磨煤机分离器挡板1410. 3.二次风挡板检查及风门特性试验1410. 4.一次风热态调平1511. 5.锅炉配风方式优化1511 .锅炉低氮燃烧系统改进后运行情况1611.1. 锅炉燃烧稳定性变化1611.2.

3、 锅炉结渣特性变化1611.3. 锅炉燃烧经济特性变化1611.4. 锅炉NOX排放特性变化1612 .结语16参考文献：171 .摘要针对某300MW燃煤锅炉低氮燃烧改造后频繁出现锅炉灭火现象，开展了冷态动力场和燃烧调整试验研究。试验发现，锅炉配风不合理和一次风浓侧反切角偏大引起锅炉热态动力场旋转动量降低，是造成锅炉燃烧稳定性降低与炉内灭火的主要原因。重点针对锅炉配风方式和一次风浓侧反切角优化改进等进行研究，并分析了热态动力场旋转动量减小导致锅炉稳定性降低的影响机理，提出优化改进锅炉燃烧稳定性的设备改进和运行优化方案。方案实施改进后，锅炉燃烧稳定性明显提高，至今未发生锅炉灭火事故，研究对未来

4、锅炉低氮燃烧改造与机组安全经济运行具有借鉴和指导作用。关键词：燃煤锅炉；低氮燃烧；旋转动量；燃烧稳定性；灭火特性2 .引言随着我国对环境保护重视力度的加大，如何在确保节能的前提下有效的控制锅炉燃烧产生的氮氧化物废气排放，已经受到越来越多的关注。低氮燃烧改造是直接减少燃煤锅炉NOX排放的重要技术。我国的能源分布结构特点决定了未来1020a煤炭消耗仍然占有主要地位。但煤炭燃烧过程中会释放大量污染物，包括SOx、NOX和微细粉尘。随着国家更为严格火电污染物排放标准的颁布，未来更加高效、清洁、安全的煤炭利用技术将是火电机组发展与技术改造的发展趋势。目前，大型燃煤火电机组控制NoX低浓度排放的方法主要有

5、低氮燃烧技术和尾部烟气脱硝技术。由于严格的NoX排放标准，燃煤火电厂均采用这2种方法联合脱除NOX以实现超低排放任务。卢红书1提出了对某台300MW燃煤锅炉的燃烧器、一次风管道、二次风和空预器等系统较为具体的实施改造方案。朱利军2采用空气分级技术对某台直流燃煤锅炉进行了低氮燃烧改造，即增加3层三维可摆动的分离布置燃烬风以减少二次风喷口面积，实现炉内分级燃烧。黄俊杰3对某电厂300MW燃煤锅炉进行了多维度深度分级燃烧改造，较好地实现了脱硝反应器入口烟气中NOX浓度低于300mg/n?的排放标准。杨明等4分析了神华煤锅炉采用低氧与低氮结合的燃烧条件。朱磊5对某300MW机组锅炉低氮改造后掉焦引起灭

6、火事故进行了分析，发现由于改造后一次风浓侧反切角度过大，浓侧粉流和炉内主旋转气流融合较差，不利于稳定燃烧，主燃区过量空气系数应维持在0.8以上，过度缺氧燃烧不利于炉膛稳燃。池作和等6采用一次风微反切技术较好地解决了四角切圆燃烧锅炉稳燃和结渣的矛盾。陈刚等7研究了偏转二次风对炉内结渣的影响，并发现偏转二次风角度应该控制在15。之内。赵晴川8分析了同心切圆燃烧系统中偏转二次风对炉内动力场、结焦以及NOX排放的影响，并提出了相应的解决办法。本文针对某台300MW燃四角切圆燃煤锅炉低氮燃烧改造后频繁出现炉内灭火事故（运行3个月出现了6次灭火），进行了试验研究。分析认为锅炉配风不合理和一次风浓侧反切角偏

7、大是导致炉内燃烧稳定性差的主要原因，通过相应的优化改进，燃烧稳定性明显提高，杜绝了炉内灭火事故的发生。本研究对燃煤锅炉低氮改造后安全稳定运行积累了一定的工程经验。3 .过剩空气系数和空预器漏风率过剩空气系数是燃料燃烧时实际空气需要量与理论空气需要量之比值，用“a”表示。计算公式：a=20.9%（20.9%2实测值）式中20.9%为。2在环境空气中的含量，。2实测值为仪器测量烟道中的。2值举例：锅炉测试时。2实测值为13%,计算出的过剩空气系数a=20.9%（20.9%-13%）=2.6国标规定过剩空气系数应按a=1.8（燃煤锅炉），a=1.2（燃油燃气锅炉）进行折算。举例：燃煤锅炉，锅炉测试时

8、。2实测值为13%,S2排放值500ppM,计算出的过剩空气系数=2.6,那么根据国标规定，折算后的SO?排放浓度=SO2实测值(实际值国标值)=500PPMX(2.6/1.8)=722PPM举例：燃油燃气锅炉，锅炉测试时。2实测值为13%,SO2排放值500ppM,计算出的过剩空气系数=2.6,那么根据国标规定，折算后的SC排放浓度=SOz实测值(实际值国标值)=500PPMX(2.6/1.2)二1083PPM空预器漏风依据下列各式计算：=2121-O2a=a2-a=(aa1)*90%式中：a过量空气系数a1一一空预器烟气入口过量空气系数a2一一空预器烟气出口过量空气系数a漏风系数一一漏风率

9、4.燃煤锅炉的燃烧配风应该考虑的6个方面4.1燃烧经济性对于切圆燃烧来说，其优势在于：(1)煤粉在炉内行程长，炉内停留时间长。(2)受邻角高温烟气的直接冲刷，强化了燃烧。在正常情况下，采用切圆燃烧技术时其燃烧经济性是有保障的。对冲燃烧锅炉采用旋流燃烧器，就燃烧经济性来说，它的优势在于：(1)旋流燃烧器的一、二次风混合早且强烈，保障了煤粉及时、充分燃尽。(2)旋流燃烧器对高温烟气的卷吸率高。(3)对冲燃烧的炉膛的炉膛热负荷易控制均匀。应该说，无论是对冲燃烧还是切圆燃烧，燃烧经济性的问题已甚本解决。切向燃烧技术中WR型燃烧器等浓淡分离技术的普遍使用，旋流燃烧器中低燃烧速率燃烧器的研发与运用，燃烧经

10、济性问题已不再成为业内关注的首要问题。特别是烟煤的燃烧，其燃烧效率之高，已基本达到了极限。4.2.结渣、磨损与高温腐蚀煤种的结渣特性和炉膛容积热负荷、截面热负荷的选取是炉内结渣与否的重要影响因素，在以上参数一定的情况下，采用何种燃烧方式，燃烧器布置方式、燃烧器结构特征等则成为解决结渣问题的核心。对切圆燃烧来说，合理组织切圆大小，控制火焰中心偏斜是控制结渣的关键。切圆直径大于一定值时，结渣趋势随切圆直径的增大而增大，大量熔融、半熔融煤粉颗粒将直接撞击水冷壁，形成结渣，同时磨损水冷壁，发生高温腐蚀。切圆又不能太小，否则高温火焰集中于炉膛中部，不利于着火和稳燃。同心切圆燃烧技术如图1所示的普遍使用对

11、解决切圆燃烧中的结渣问题起到了重要作用。二次风以大切圆喷入炉膛，而一次风粉气流以小切圆、或对冲、或反向小切圆的形式进入炉膛，形成炉膛中央的富燃料区和水冷壁周围的富空气区，减小了一次风冲刷水冷壁的可能性，不仅对于控制结渣，对减小水冷壁磨损和高温腐蚀也大有帮助。同时一、二次风的混合更加强烈，有利于煤粉完全燃烧。注1:（1）同心同向切圆（CFS-I型）；（2）一、三次风对冲，J层（顶层）二次风与BC.ED层二次风构成同心反切相对而言，对冲燃烧炉中旋流燃烧器射流冲墙的几率较切圆燃烧小得多，通过对单个燃烧器的旋流强度、火焰扩散角和一、二次风配比的控制即可实现对炉膛整体粘污水平的控制。对冲燃烧炉中单个燃烧

12、器功率的选取和燃烧器区域热负荷的选取是关键，因为燃烧器区域结渣问题依然存在。单个燃烧器功率过大，会使燃烧器区域局部热负荷过高而产生结渣，切换和启停燃烧器对炉内火焰偏斜的影响较大，一、二次风的气流太厚，不利于风粉混合。但燃烧器只数减少，相应管道及风箱布置则较简单。4.3,低NoX燃烧传统旋流燃烧器的二次风通常采用强旋流，二次风过早与一次风混合，不能在着火区形成局部高浓度区，这有悖于浓淡燃烧原理和分级燃烧原理，不利于低NOX燃烧。后发展起来的目前已被成熟应用的新型旋流燃烧器中大部分采用双通道旋流结构。较为典型的有Babcock双调风燃烧器和IHI-FW双流旋流燃烧器。其结构特点是将旋流二次风通道分

13、解成两个通道，通过分级送风实现分级燃烧以降低NOX。新型双通道旋流燃烧器中的一次风不旋或弱旋，避免燃烧器出口初期混合强烈而后期混合微弱的缺陷，Babcock双调风燃烧器为典型代表。新型旋流燃烧器出口形成局部煤粉高浓度区，是获得良好燃烧的基础，可以实现低负荷稳燃和低NOX排放，IH1-FW双流旋流燃烧器为此种典型详见图20陋烧需唱喷炉腔水冷空科图2IHI-FW双流旋流燃烧器相对切圆燃烧，对冲炉型的燃烧器更易布置，这为其合理布置燃烧器顶部的过燃风(OFA)喷口提供了便利。切圆燃烧时一、二次风射流基本平行进入炉膛，其早期混合并不强烈，煤粉火焰是一种边燃烧边同二次风混合的扩散火焰，因此形成了一种较长的

14、火焰结构。这种燃科与空气混合的方式符合分级燃烧理论，对降低NoX的生成是有利的。特别是采用CFS、1NCFS的燃烧系统布置方式，更加推迟了一、二次风的初期混合，加强了空气分级的效果，并配以各种浓淡燃烧器，更起到抑制NOX生成的作用。4.4.低负荷稳燃切圆燃烧锅炉的特点是各角间互相引燃，相互作用。20世纪80年代末我国引进CE燃烧技术生产的300MW、600MW机组，烟煤锅炉不投油最低稳燃负荷为炉最大出力的40%BMCR,贫煤炉为60%。20世纪90年代普遍采用WR燃烧器后，进一步提高了着火稳定性，烟煤锅炉最低负荷降为30%BMCR,贫煤锅炉降为55%BMCRo旋流燃烧器的自稳燃特点，使对冲燃烧

15、锅炉的低负荷稳燃能力明显优于切圆燃烧锅炉。旋流式燃烧器其低负荷稳燃能力之强，甚至能降到额定负荷的20%o4.5.汽温调节方式目前切圆燃烧普遍采用摆动式燃烧器调节汽温。一般以燃烧器摆动喷嘴辅以减温水控制再热汽温，而过热汽温则完全由减温水控制。这种方法的优点在于对流受热面布置较容易，制造成本较低，汽温调节范围较大，控制灵敏。其缺点在于摆动喷嘴对汽温的控制不够精确，经常需要再热器减温水的帮助。对冲炉广泛采用过热、再热烟气档板来控制汽温。一般以过热、再热烟气档板辅以减温水控制再热汽温。其缺点是对流受热面布置较受约束，档板的节流增加了烟风系统阻力，对尾部烟道的磨损也有不利之处。其优点在于档板对汽温控制精确，再热汽减温水可只作为事故喷水使用，且档板的操作灵活简便、控制可靠。无再热器减温水使再热器系统阻力减少，而且大大有利于炉效的提高。相对于燃烧器摆动喷嘴对主汽温与再热汽温的同向控制，烟道挡板对主汽温与再热汽温的控制是反向的，即在解决任何一方（主汽温或再热汽温）偏低或偏高的同时，可利用另一方（再热汽温或主汽温）汽温的余量来平衡，不会出现类似于燃烧器摆喷嘴控制中为解决再热汽温的偏低而使过热汽