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300Mw锅炉高效低NOx改造的试验研究
发布时间：2013-09-14 08:40 来源：未知
0、前 言
燃煤锅炉产生的氮氧化物(NOx)给环境造成了很大的危害，尤其是大型火电厂锅炉。湘潭电厂是湖南省湘中电网大型区域性燃煤火力发电厂，位于长潭株省电力负荷中心，地处湘江人口稠密的城区，安装有2台HG-1025/18. 2-WM10型锅炉，设计燃料为贫煤与无烟煤的混煤，设计煤种年耗煤量324.96万t，该工程1，2号机组分别于1998年1月、9月移交生产投入商业营运。
为了保护人类赖以生存的环境，达到GB13223-96《火力发电厂大气污染排放标准》的要求，有必要研究电站锅炉高效低NOx燃烧技术，控制电厂锅炉NOx排放。
1、锅炉概况
该锅炉系哈尔滨锅炉厂生产，主要设计参数见表1，设计煤质特性见表2。
该炉燃烧器煤粉喷嘴自下而上分5层布置，辅助风喷嘴（即二次风）与煤粉喷嘴相间布置，整组燃烧器高9. 681 m。采用双通道大速差燃烧器和WR燃烧器，上部3层为WR燃烧器，可以上下摆动20°；燃尽风喷嘴可以单独手动上摆30°、下摆5°；二次风及上数第1层油喷嘴可上下30°摆动，以此来改变火焰中心的位置。下部为2只双通道大速差燃烧器。采用一、二次风同心逆时针方向切圆，假想切圆直径∮878 mm，三次风下倾7。，旋转方向与一、二次风旋向相反，用来平衡炉膛出口气流残余旋转，减小水平烟道两侧热偏差。制粉系统采用中间储仓式热风送粉系统，配4台DTM350/700钢球磨煤机，富通新能源销售生产生物质锅炉，生物质锅炉主要燃烧颗粒机、木屑颗�；怪频纳镏士帕Ｈ剂稀�
2、锅炉高效低NOx燃烧技术（改造）方案
2.1为提高分级程度，将部分热风（二次风）改由三次风的冷却风管通过三次风喷口送入炉膛。将三次风管的冷却风管由∮59 mm×4.5 mm增大到∮273 mm×5 mm后，截面积增大，三次风率从14%增加到23.3%。由于三次风率加大，三次风口以下处于高温还原区，有利于对NOx的还原。
2.2调整燃尽风摆动角度，将燃烧器中的燃尽风摆动角度上调至+5°。
2.3在双通道燃烧器中部开V型槽，防止双通道燃烧器变形、烧损。
2.4炉内卫燃带的改造与调整。该锅炉原设计卫燃带280 m2，燃烧器区域基本上布有卫燃带，根据锅炉运行情况，将卫燃带面积减少至150m2，并调整卫燃带敷设位置。
3、高效低NOx排放特性试验
3.1试验煤质
从表2可以看出，改造前后试验燃用煤质特性
与设计燃料特性相近，为贫煤。
3.2 -次风速对NOx和锅炉效率的影响
变一次风速是指在负荷为300 MW时，保持其它参数都不变时，通过改变一次风总风压来调整一次风风速。从图1 (a)中可以看出，NOx排放浓度随着一次风速降低而降低。因为一次风速降低，导致煤粉气流与二次风的混合延迟，而且煤粉气流的着火热减少，煤粉着火提前，相当于延长了煤粉气流在富燃区的停留时间，所以NOx减少。但一次风速对效率的影响比较复杂。风速减小时，尽管煤粉气流着火热减少，着火提前，但由于一次风喷口，特
别是双通道燃烧器出口的回流区存在，减弱了一次风气流的刚性，一次风煤粉气流难以到达炉膛深处，与二次风混合不好，会造成煤粉离析现象，机械未完全燃烧热损失q4会增加，而一次风速太高，一次风粉气流着火热增加，煤粉着火推迟，炉内停留时间缩短，煤粉燃烧不完全，q4也会增加。一次风速改变对排烟热损失q2影响不大，所以对本试验锅炉效率存在某最佳风速，实验证明一次风速为22.2 m／s时最佳。
改造后，由于三次风冷却风的投入，分级程度加大，NOx有明显降低，但由于燃烧前期过分缺氧，造成飞灰、炉渣含碳量略有增加，锅炉效率有所降低。
3.3 二次风配风方式对NOx和锅炉效率的影响
试验在300 MW负荷下进行，保持人炉总风量不变，一次风风速不变，只改变二次风、燃尽风开度来改变二次风配风方式。从NOx排放方面来看，采用倒宝塔型配风方式效果最好，这是因为主燃烧器区域的氧浓度降低，既能降低主燃烧区域的火焰温度，又能抑制燃料氮形成的中间产物与氧反应，所以热力NOx和燃料NOx都受到抑制。但采用倒宝塔型配风，由于燃烧器区域下部风量小，容易掉粉，灰渣热损失增加，而且影响燃尽。综合而言，采用缩腰型配风方式最好，不仅NOx降低很明显，仅次于倒宝塔型配风方式，而且q2和q4损失也不大。
3.4 过�？掌凳ㄑ趿浚┒訬Ox和锅炉效率的影响
过量空气系数是通过改变送风机动叶来调整的，通过空气预热器出口的烟气含氧量来控制，保持各风门开度不变。试验在300 MW负荷下进行。从图2(a)可以看出，无论改造前或改造后，随着过量空气系数增加，NOx排放量呈单调增加趋势，这是因为燃烧区域氧量增加，炉内温度升高，热力NOx生成量增加；同时，燃烧区域氧浓度的增加也为燃料氮的中间产物与氧反应提供了可能性，燃料NOx的生成量随之增加，所以总的NOx排放量增加。而过量空气系数增加时，飞灰可燃物减少，q4损失降低；另外烟气量的增加导致损失增加，最后结果是，改造前，当过量空气系数为1. 25时，q2+q4损失最小。而改造后由于分级程度加大，总的损失略有增加。
3.5 锅炉负荷对NOx和锅炉效率的影响
如图2(b)所示，随着负荷的降低，人炉煤量逐渐减少，炉内温度有所降低，热力NOx降低，但由于炉内过量空气系数增加，燃料NOx排放增加，所以总的NOx变化不大。当负荷从300.12 MW降低到240.4 MW时，锅炉热效率变化不大，但进一步降低至212.5 MW时，qz+q4损失有所增加。相对于改造前，改造后总的热损失有所增加，NOx明显降低。
3.6 磨煤机投停对NOx和锅炉效率的影响
磨煤机投停对NOx排放有一定影响。当磨煤机增投时，无论是改前改后，NOx排放量都变小。当从2台磨变为3台磨时，改造前的NOx排放从964. 84 mg/m3降低到883. 36 mg/m3，改后情况变化幅度稍小，从795. 20 mglm3变化到770.0 mg／m3。这是因为磨煤机投运时，三次风的投入相当于形成了分级燃烧，同时含煤粉的三次风还可以还原已生成的NOx，而且风量越大，分级程度越大，NOx排放量降低幅度越大，但三次风加大，燃烧延迟，q4损失增大。
3.7燃尽风对NOx和锅炉经济性的影响
试验是在改造后进行的，锅炉负荷为300 MW，配风采用缩腰型配风方式。上层燃尽风门开度从65%增大到90%，下层燃尽风门开度从55%增大到60%，上层二次风风门开度相应减小，一次风周界风及其它二次风风门开度不变，维持人炉总风量不变。如表3所示，增大燃尽风后，分级程度略有加大，NOx降低不多，锅炉效率略有提高，这可能是燃尽风率增加而喷口截面积不变，风速加大，后期混合更好，因此未燃尽碳损失降低。
3.8 煤粉细度对NOx和锅炉效率的影响
试验是在改造后进行的，锅炉负荷维持300 MW，二次风配风方式保持缩腰型配风，入炉总风量基本保持不变。见表3，煤粉细度增加，q4下降，过量空气系数变小，q2也略有下降，所以热效率是增加的。不分级情况下，煤粉越细，NOx排放量增加，但试验是在分级情况下进行，由于煤粉变细，表面积加大，对NOx的还原增强，所以NOx是降低的。这充分说明在分级燃烧时，可以通过采用细煤粉来补偿因分级带来的燃烧效率降低问题。
3.9 给粉机各层煤粉量分配对NOx和锅炉效率的影响
本试验是在改造后进行的，从表3中可以看出，当煤粉上少下多时，降低了火焰中心位置，延长了煤粉在还原区的停留时间，所以NOx排放量降低，q4下降，这主要是煤粉的燃尽时间也延长了。
3. 10三次风的冷却风投停对NOx和锅炉效率的影响
试验是在改造前进行的，增投冷却风实际上也是分级程度的增大，因为冷却风是由下部二次风箱引入的，冷却风增加，相当于下部二次风量减少，分级越明显，所以NOx是降低的。由于三次风出口风速加大，加强了炉内后期混合，锅炉效率变化不大，见表3。
4、结束语
4.1 当三次风管的冷却风管由∮159 mm×4.5 mm增大到∮273 mm×5 mm后，截面积增大，三次风冷却风量增大，分级效果增强，所以NOx排放下降了约100 mg/m3，而效率略有降低，证明改造是有效果的。
4.2一次风速对NOx有一定影响，存在最佳风速；二次风配风方式对NOx影响明显，倒宝塔配风最为有利，同时考虑锅炉效率和低NOx排放，推荐采用缩腰型配风方式，如果把上部燃尽风增大，效果更好；总风量增大，NOx排放单调增加，由于总风量变化幅度不大，对锅炉效率影响不大；负荷降低，炉内过量空气系数增加，NOx增加；煤粉层分配采用上少下多的方式，以及采用提高煤粉细度对降低NOx和提高效率有明显的好处；磨煤机投运，由于三次风的投入，NOx是降低的；三次风冷却风的投入也可降低NOx排放。
4.3在现有条件下，在维持高效率的同时减少NOx的排放，可以采用如下综合措施：维持最佳人炉总风量，采用最佳一次风速，二次风配风呈缩腰型配风，并开大燃尽风量，磨煤机3套投入运行，并投入三次风冷却风，给粉量采取下多上少，并提高煤粉细度。这样，NOx排放可降至760 mg/m3，即比原来降低20%左右，燃烧效率仍可维持原有的较高水平。
