| 生物質(zhì)燃燒機(jī)在中小型煤粉鍋爐中的應(yīng)用 |
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鄭州達(dá)冠節(jié)能環(huán)保設(shè)備有限公司
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生物質(zhì)燃燒機(jī)在中小型煤粉鍋爐中的應(yīng)用 摘要：以中小型煤粉鍋爐為研究對象，考察分級燃燒技術(shù)在HC-266/9.8-YMI型鍋爐低氮燃燒改造中應(yīng)用情況。在爐膛下部采用WR型生物質(zhì)燃燒機(jī)形成主燃區(qū)，控制該區(qū)域過量空氣系數(shù)d為0.85～0.9：在爐膛上部加裝兩層分離式火上風(fēng)(SOFA)形成燃燼區(qū)，燃燼風(fēng)率約為200/c,．從而實(shí)現(xiàn)分級燃燒。此外，結(jié)合改造后鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，在80%及95%鍋爐負(fù)荷下，著重考察爐膛與風(fēng)箱壓差、氧量、配風(fēng)方式及制粉系統(tǒng)投運(yùn)模式等運(yùn)行因素對鍋爐NO，排放量的影響，明確鍋爐運(yùn)行方式，、結(jié)果表明：爐膛與風(fēng)箱壓差維持在1 500～1 800 Pa，氧量控制在3.5%附近，并采用縮腰型配風(fēng)方式，可使該爐在單磨運(yùn)行時，NO。排放量降低至346.4 mg/m3;而在雙磨運(yùn)行時，NO。排放量降至387.4 mg/m3。改造后，NO。減排，、 我國大氣環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，國內(nèi)有關(guān)部門頒布實(shí)施了更加嚴(yán)格的火力發(fā)電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)( GB13223-2011)．其對火力發(fā)電廠NOx排放值提出了更加嚴(yán)格的要求．為滿足減排要求，國內(nèi)各發(fā)電企業(yè)紛紛采取減排措施．通常先在爐內(nèi)進(jìn)行低氮燃燒改造，進(jìn)行初步減排．然后再建設(shè)煙氣脫硝裝置(SCR)．進(jìn)行尾部脫硝。這不僅實(shí)現(xiàn)了合規(guī)的N0，排放指標(biāo)，同時因爐內(nèi)低氮燃燒，使尾部脫硝裝置進(jìn)口煙氣中NOy含量大大降低，減少了尾都脫硝裝置的初投資及運(yùn)行費(fèi)用。這使低氮燃燒改造技術(shù)在大型火力發(fā)電企業(yè)中獲得了廣泛認(rèn)同。 但需要注意的是．目前國內(nèi)為數(shù)眾多的冶金企業(yè)自備電站及熱電廠中．尚存在大量在役的中小型43節(jié)能與環(huán)保：低氦燃燒改造技術(shù)在中小型煤粉鍋爐中的應(yīng)用煤粉鍋爐。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計[1-2]．鍋爐容量小于410 t/h的煤粉鍋爐高達(dá)26%．由于其裝備技術(shù)水平較低，特別是低氮燃燒技術(shù)在該領(lǐng)域尚未引起足夠重視，使得中小型煤粉鍋爐的NO。排放水平普遍超標(biāo)[3】。同時，業(yè)內(nèi)針對中小型煤粉鍋爐的低氮燃燒改造的應(yīng)用與研究更是鮮見報道．有鑒于此，本文將結(jié)合某熱電公司1*爐的低氮燃燒改造經(jīng)驗(yàn)對低氮燃燒技術(shù)在中小型煤粉鍋爐中的應(yīng)用情況予以詳細(xì)介紹。 1 設(shè)備概況 某熱電公司1*鍋爐由哈爾濱鍋爐廠設(shè)計制造．型號為HG-266/9.8-YMI型，鍋爐采用中儲式制粉系統(tǒng)，四角切圓燃燒，單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、倒U型露天布置、全鋼架、全懸吊結(jié)構(gòu)，為高溫高壓自然循環(huán)汽包爐。鍋爐具體設(shè)計參數(shù)見表1． 表1 鍋爐設(shè)計參數(shù) 連續(xù)蒸發(fā)量／t．h 主蒸汽壓力/MPa 主蒸汽溫度／℃ 給水溫度／℃ 冷風(fēng)溫度／℃ 排煙溫度／℃ 熱風(fēng)溫度／℃ 燃料消耗量/kg．h-l 鍋爐效率／% 本文以鍋爐近年來實(shí)際燃用的煤種作為低氮燃燒改造設(shè)計的煤質(zhì)依據(jù)．詳細(xì)的煤質(zhì)分析見表． 表2設(shè)計燃料 2 改造方案 針對該型煤粉鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以分級燃燒技術(shù)為基礎(chǔ)，優(yōu)化爐內(nèi)配風(fēng)，重新醌置各級生物質(zhì)燃燒機(jī)，采用R寬調(diào)節(jié)比低氮生物質(zhì)燃燒機(jī)及SOFA生物質(zhì)燃燒機(jī)更換舊火嘴，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)分級燃燒，從而實(shí)現(xiàn)降低NO。排放量的目標(biāo)，改造方案詳述如下。 2.1 改造機(jī)理 分級燃燒[4J的核心機(jī)理在于將燃燒所需要的熱風(fēng)沿爐膛高度方向分級送入，從而在爐內(nèi)依次形成主燃區(qū)、還原階段及燃燼區(qū)三個燃燒反應(yīng)區(qū)域．即在主燃區(qū)，控制空氣系數(shù)ce=0.85～0.9．在此條件下將燃料送入爐內(nèi)燃燒并生成NO。。隨后含NO。的煙氣沿爐膛上升至爐內(nèi)的還原階段，此時因其處于oKl條件下的強(qiáng)還原性氣氛，使已生成的N0，在遇到烴根CH。和未完全燃燒產(chǎn)物CO、H：、C和C，。H。，時，會發(fā)生N0。還原反應(yīng)，這樣就把主燃區(qū)產(chǎn)生的NO,還原成N，。同時，由一定比例的熱風(fēng)從爐膛上部送入而形成的燃燼區(qū)將保證在主燃區(qū)中生成的未完全燃燒產(chǎn)物得以燃燼． 2.2改造措施 依據(jù)上述基本原理．采取重新布置新型的WR低氮煤粉生物質(zhì)燃燒機(jī)，加裝分離式火上風(fēng)(SOFA)等技術(shù)手段．以此實(shí)現(xiàn)爐膛縱向上的燃燒區(qū)域劃分． 具體改造措施詳述如下． (1)采用WR型低氮生物質(zhì)燃燒機(jī)[5-7]。中小型煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)多采用雙通道自穩(wěn)武生物質(zhì)燃燒機(jī)或均等配風(fēng)火嘴，設(shè)計理念老1日，不利NO。排量控制。有鑒于此，本文在標(biāo)高12 919 mm、12 304 mm及11 454 mm處采用WR型低氮生物質(zhì)燃燒機(jī)替換老舊火嘴．因該型生物質(zhì)燃燒爐噴嘴設(shè)計有“V”形擴(kuò)流錐，可形成穩(wěn)定回流區(qū)，卷吸高溫?zé)煔，加熱火炬根部，?qiáng)化燃燒。同時，其具有一定濃淡分離效果，故可在一定程度上減少熱力型NO。和燃料型NO。生成量。WR型低氮生物質(zhì)燃燒機(jī)噴嘴結(jié)構(gòu)見圖2． (2)采用同心圓燃燒系統(tǒng)。將原燃燒系統(tǒng)中的上、中、下三層二次風(fēng)改造為偏置風(fēng)噴嘴，即CFS噴嘴．借以形成“風(fēng)包粉”的燃燒格局，使得爐膛水冷壁四周形成氧化性氣氛，改變水冷壁附近灰渣結(jié)焦?fàn)顩r，減輕爐膛結(jié)焦傾向． 同時，需要指出，“風(fēng)包粉”的燃燒格局實(shí)際上是濃淡分級燃燒．濃煤粉氣流是富燃料氣流．含氧量少．燃燒過程中由于著火穩(wěn)定性得到改善，使揮發(fā)分析出速度加快，同時造成揮發(fā)分析出區(qū)域缺氧．使已形成的NO。與中間產(chǎn)物NH，反應(yīng)生成N：，并使NH．與其它N|L反應(yīng)，從而達(dá)到降低N0，排放的目的。淡煤粉氣流是貧燃料燃燒，由于空氣量偏大．使燃燒溫度降低，抑制了熱力型NO,的生成，而且在火焰缺氧的條件下，含氮基團(tuán)和NO、H反應(yīng)生產(chǎn)N，分子，燃料型NOx生成量也將減少[4]． (3)三次風(fēng)的處理．考慮到該爐采用中儲式制粉系統(tǒng)．其產(chǎn)生的乏氣作為三次風(fēng)被送入鍋爐燃燒．因三次風(fēng)尚含有10%～15%的細(xì)粉，故未避免改造后主燃區(qū)壁面熱負(fù)荷過高而引起結(jié)焦，本文將三次風(fēng)由原標(biāo)高14 189 mm提高至15 500 mm,且將其圓形噴口改造為帶有周界風(fēng)的方形噴嘴．借以提高三次風(fēng)工作可靠性． (4)增設(shè)介離式火上風(fēng)（SOFA生物質(zhì)燃燒機(jī)）。在爐膛標(biāo)高19 500 mm和17 500 mm處分別增加一層SOFA生物質(zhì)燃燒機(jī)．將部分熱風(fēng)由爐膛上部分級供入．使主燃區(qū)實(shí)際空氣量與理論空氣量的比值由原來僅：1.2變?yōu)閏e=0.85～0.9。此外，SOFA生物質(zhì)燃燒機(jī)噴口可以垂直擺動+30。．水平擺動+15。，即可根據(jù)鍋爐運(yùn)行狀態(tài)對噴口角度適當(dāng)調(diào)整以此合理組織燃燒。 (5)生物質(zhì)燃燒機(jī)主要設(shè)計參數(shù)的選擇。因該爐投運(yùn)多年，實(shí)際所用燃煤已偏離原設(shè)計要求，故需要根據(jù)實(shí)際所用煤種的燃料特性．重新選擇爐內(nèi)各級配風(fēng)的設(shè)計參數(shù)。生物質(zhì)燃燒機(jī)設(shè)計參數(shù)具體見表3。 s注：以鍋爐實(shí)際運(yùn)行平均值為設(shè)計基準(zhǔn) (6)改造前、后爐內(nèi)生物質(zhì)燃燒機(jī)分級布置情況見圖3。 3低氮燃燒改造后的調(diào)試 在低氮燃燒改遣項目中．后期調(diào)試工作是決定最終實(shí)際排放效果是否達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵因素之一．本文以改造前劃線試驗(yàn)為基礎(chǔ)，按標(biāo)準(zhǔn)GB10148-1988《電站鍋爐性畿試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行鍋爐燃燒調(diào)整試驗(yàn)，以期找出該型鍋爐運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)低氮排放目標(biāo)。 同時，為考核該型鍋爐改造后排放性能，本文結(jié)合電廠日常生產(chǎn)實(shí)際需求，確定鍋爐負(fù)荷210 t／h（80%負(fù)荷）及250 t/h（95%負(fù)荷）作為性能考核工況．具體試驗(yàn)情況詳述如下． 3.1 劃線試驗(yàn) 劃線試驗(yàn)是低氮燃燒改造前必不可少的技術(shù)環(huán)節(jié)，通過劃線試驗(yàn)，摸清該型鍋爐實(shí)際運(yùn)行狀況，為確定改造后各項指標(biāo)保證值奠定基礎(chǔ)。試驗(yàn)要求保持鍋爐運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，基本維持在考核負(fù)荷附近。 具體方案如下： 采用等截面網(wǎng)格法在上級省煤器的出口進(jìn)行煙氣取樣．經(jīng)混合器混合后送到煙氣分析儀進(jìn)行分析．借以測量該處NO、0：濃度分布。空氣預(yù)熱器進(jìn)口溫度和排煙溫度用網(wǎng)格法進(jìn)行測量．在靜電除塵器入口前煙道采集飛灰：同時，爐渣在撈渣機(jī)出口取樣。鍋爐的效率用反平衡法進(jìn)行計算．N0的濃度折算為節(jié)能與環(huán)保：低氦燃燒改造技術(shù)在中小型煤粉鍋爐中的應(yīng)用0，=6%條件下的濃度。劃線試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。表4劃線試驗(yàn)數(shù)據(jù) 由此可見，該型鍋爐改造前NO。排放量較高，約為732～809 mg/m3。 3.2風(fēng)箱與爐膛壓差對NO。排放量的影響 風(fēng)箱與爐膛壓差是鍋爐燃燒狀態(tài)調(diào)整的重要參考指標(biāo)，其實(shí)際表征的是二次風(fēng)速對鍋爐燃燒性能的影響。本文試驗(yàn)保持鍋爐負(fù)荷、配風(fēng)方式、氧量、制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式均穩(wěn)定不變．通過改變二次風(fēng)箱與爐膛壓差△P來考察其對鍋爐NO。排放量的影響。試驗(yàn)結(jié)果詳見圖4、圖5。 如圖5所示，在鍋爐負(fù)荷250 t/h時，鍋爐NO．排放量隨著二次風(fēng)箱與爐膛壓差A(yù)P增大而逐漸降低，當(dāng)壓差超過1 800 Pa后，NO。排放量變化趨緩。 由此找們可以推斷，在鍋爐負(fù)荷一定的情況下．鍋爐NOx排放量隨壓差A(yù)P增大而降低是由于此時送入爐膛的二次風(fēng)風(fēng)速隨之增加，而二次風(fēng)速的提高．使其獲得了較大動量．導(dǎo)致入爐后二次風(fēng)與一次風(fēng)混合推遲，進(jìn)而使一次風(fēng)所攜帶的煤粉在弱氧化性氣氛下燃燒，這樣燃燒所產(chǎn)生的N0，得到一定抑制，因此N0，排量降低。需要指出的是，當(dāng)壓差A(yù)P增大到一定程度后．雖然入爐二次風(fēng)風(fēng)速仍有提高．但此時其延遲混合的效果因二次風(fēng)的偏置而有所減弱，故NO，變化趨于平緩：當(dāng)壓差A(yù)P比較低時，二次風(fēng)速比較低，剛性也比較弱．二次風(fēng)很快就與一風(fēng)混合，在煤燃燒初始階段，大部分的揮發(fā)分氮（氣相氮化合物）隨煤中其它揮發(fā)物一起釋放出來，形成中間產(chǎn)物，如NH。，CH和HCN,在氧氣存在條件下，這些中間產(chǎn)物會進(jìn)一步氧化成NO，，使燃料型NO。的生成量增大，從而使總的NO，排放量增大[8】。 3.3 氧量對NOx排放量影響 從圖中以看出，隨著0，含量的增加，鍋爐的NO，排放量也在增加．特別是當(dāng)系統(tǒng)單磨運(yùn)行時．鍋爐NO。排放量隨0，變化較，平均0，每變化1%，NO。排放量約變化42.3～50.2 m3/mg，這主要是因?yàn)殡S著0，的增加，爐內(nèi)燃燒區(qū)域的供氧量加強(qiáng)，燃燒強(qiáng)度隨之增強(qiáng)，使?fàn)t膛火焰溫度升高，熱力型NO、的生成量增大。另外，燃燒區(qū)域氧濃度增加，為燃料中的氮化合物燃燒時的熱分解產(chǎn)物進(jìn)一步氧化成N0。提供了條件，從而使燃料型N0。的生成量也增加，因此總的NO，排放量增加。而當(dāng)系統(tǒng)雙磨運(yùn)行時，需注意到在0，增加到一定程度以后．NO.T排放量的增加漸趨平緩，平均02每變化1%，NO。排量約變化10.7～21.8 m3/mg。這是由于雙磨運(yùn)行時，系統(tǒng)制粉風(fēng)量大，故爐內(nèi)0，水平較高，當(dāng)0，進(jìn)一步增大時，送入鍋爐的過大風(fēng)量造成燃燒區(qū)域的火焰溫度降低．從而使熱力型NO，的生成量減少，因此總的NO，排放量的增加趨勢平緩。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)[9]，若此時0，進(jìn)一步增大，NO，的生成量還可能會有降低的趨勢。 3.4鍋爐配風(fēng)方式對NOy排放量的影響 鍋爐燃燒系統(tǒng)四角分別增設(shè)兩層SOFA生物質(zhì)燃燒機(jī)后．爐內(nèi)醌風(fēng)方式較改造前發(fā)生較大變化．其對鍋爐燃燒后NO，排放量影響如表5所示。 由此可見．在鍋爐負(fù)荷210 t/h和250 t/h時．采用倒三角型配風(fēng)方式鍋爐NOx排放量．此時上下兩層SOFA風(fēng)開度，使得鍋爐燃燼風(fēng)率占入爐總風(fēng)量的20%左右，同時各層二次風(fēng)自下往上逐漸開大．使?fàn)t內(nèi)燃燒后期所需要的氧氣漸次混入，從而實(shí)現(xiàn)分級燃燒．此外．在爐膛主燃區(qū)形成暫時缺氧的還原性氣氛，且該區(qū)域溫度水平較低，這都有利于NO。排放量的降低。而隨著二次風(fēng)依次送入，煙氣中可燃物繼續(xù)燃蟯所需的氧氣得到有效補(bǔ)充．從而使得飛灰可燃物水平較低．約為3.71%～3.76%。但由于爐膛底部送入的二次風(fēng)較少．對下一次風(fēng)火炬托舉能力不足．致使底渣可燃物高達(dá)8.54%～10.4%． 采用正三角配風(fēng)方式時,SOFA風(fēng)開度較。罅慷物L(fēng)從爐膛底部送入，雖然此時底層二次風(fēng)對燃區(qū)火球托舉能力強(qiáng)，使底渣可燃物較低，但是由于在主燃區(qū)形成富氧環(huán)境．這一方面造成主燃區(qū)溫度水平較高，熱力型NO，產(chǎn)生較多：另一方面，爐內(nèi)煤粉燃燒后產(chǎn)生的大量中間產(chǎn)物被富余的氧氣進(jìn)一步氧化成NO。，使燃料型NO。也大大增加，從而使總的NOy排放量增加，此時N0。水平。 采用縮腰型配風(fēng)方式時．爐膛底部二次風(fēng)和頂部SOFA風(fēng)開大，中部二次風(fēng)關(guān)小。這樣，在底部對爐內(nèi)火焰托舉能力充足．有利于減少底渣可燃物含量．同時爐膛中部形成還原性氣氛．使得底部一次燃燒所產(chǎn)生的NOy中間產(chǎn)物隨煙氣沿爐膛上升時得到還原．最終在頂部SOFA后期補(bǔ)入的氧氣作用下，煙氣中可燃物得到充分燃燒．使得飛灰含碳降低．因此，在保證NO。排放較低的情況下，飛灰及底渣可燃物均得到有效控制。 3.5 制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式對N0．排放量的影響 有關(guān)研究表明[10-12]．在中信式制粉系統(tǒng)中．制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式對鍋爐NO,排放量具有顯著影響。 從圖4～圖7來看，在相同工況下，單磨運(yùn)行較雙磨運(yùn)行時NO。排放量明顯降低，約減少12%。這主要是因?yàn)橹品巯到y(tǒng)中磨煤機(jī)的啟停引起了制粉系統(tǒng)中干燥乏氣．即三次風(fēng)量的增減．進(jìn)而影響鍋爐燃燒后NO，的排量。需要指出，三次風(fēng)含10%～15%左右細(xì)粉，且含濕率較高，溫度較低，雖然入爐后使鍋爐燃燼區(qū)溫度降低，使得熱力型N0。有所降低，但其本身因強(qiáng)氧化性氣氛，使入爐細(xì)粉燃燒后大量產(chǎn)生燃料型N0，，從而使總NO，排放量增加。因此，在大量裝備中儲式制粉系統(tǒng)的中小型煤粉鍋爐中，應(yīng)優(yōu)化制粉系統(tǒng)運(yùn)行方式．提高單磨運(yùn)行小時數(shù)．以便減少三次風(fēng)量，進(jìn)而降低N0。排放水平。 4結(jié)論 本文針對中小型煤粉鍋爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)．將分級燃燒技術(shù)應(yīng)用于266 t/h容量煤粉爐低氮燃燒改造中，其改造方案及試驗(yàn)過程均有一定借鑒意義，具體如下： (1)采用WR型低氮生物質(zhì)燃燒機(jī)且配合分離式火上風(fēng)．可在爐內(nèi)有效建立起主燃區(qū)、還原階段及燃燼區(qū)，實(shí)現(xiàn)空氣分級，降低NO，排量。 (2)通過燃燒調(diào)整試驗(yàn)，優(yōu)化爐內(nèi)燃燒，在負(fù)荷47節(jié)能與環(huán)保：低氦燃燒改造技術(shù)在中小型煤粉鍋爐中的應(yīng)用一定的情況下．采用縮腰型配風(fēng)方式，保持爐膛與二次風(fēng)箱壓差在1 500～1 800 Pa左右．爐膛出口氧量維持3.5%左右．并采用縮腰型配風(fēng)方式．可使該爐在單磨運(yùn)行下,NO，排放量降低至346.4 mg/m3；而在雙磨運(yùn)行下，NO。排放量降低至387.4 mg/m3。 (3)改造后，在鍋爐出力250 t/h和210 t/h時，NO。排放量由較改造前732～809 mg／m3降低為354.5~379.3mg/m3（該值為單雙磨運(yùn)行平均值），降幅可達(dá)53.1%．居國內(nèi)前列． |
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