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1、300MW 循环流化床锅炉控氮燃烧技术改造 于泳 江苏徐矿综合利用发电有限公司 摘 要： 对循环流化床锅炉二次风配风进行了调整, 提出了二次风控氮技术方案, 提出了布风板风帽改造控制床温技术措施, 达到控制氮氧化物生成的目的;提出了对旋风分离器入口界面改造, 达到均衡回料的目的, 有利于床温控制, 达到控制氮氧化物生成的目的。关键词： 循环流化床; 二次风布风系统; 床温控制系统; 控氮技术; 作者简介：于泳 (1975-) , 男, 工程师, 本科学历, 主要从事电厂设备管理工作。收稿日期：2017-07-17Received： 2017-07-170 引言随着国家对环境保护政策要求的逐年提
2、高, 火电机组排放烟气中的 NOx 已纳入严格监管, 在循环流化床锅炉正常运行工况下, 经过技术改造, 使其在不依赖SNCR、SCR 等附加设备的情况下, 烟气内氮氧化物质量浓度低于 50 mg/Nm (干基、标态、6%O 2) , 达到超低排放的水平1。要达到这一改造目的, 控制炉内氮氧化物、保持床温均匀和氧量水平稳定是关键, 因此, 本次主要集中改造二次风布风系统和床温控制系统。1 二次风布风系统改进为满足炉膛中心区域的燃料燃烧所需的氧量, 要求二次风具有足够的动量和良好的穿透能力。然而, 受到流化床炉膛结构设计、二次风口布置和炉膛下部正压等因素的限制和影响, 二次风的穿透能力明显不足。二
3、次风不能充分向炉膛断面扩散, 造成流化床锅炉炉膛断面氧体积分数分布不均, 局部缺氧, 特别是炉膛中心区域缺氧现象更为突出, 严重影响到流化床锅炉分级燃烧效果和炉内燃料的燃烧效率。1.1 二次风供风喷口改进在流化床锅炉炉膛密相区上方的壁面上设置复合型供风管道, 二次风口与炉膛关系如图 1 所示, 复合供风管道剖面如图 2 所示。复合型供风管道的进风端与风机相连, 出风端与流化床锅炉炉膛相连;复合型供风管道包括中空内管、中空外管和旋流叶片;中空内管形成直通道, 中空外管套设于中空内管的外侧, 中空外管和中空内管之间形成旋流通道。二次风通过直流通道进入锅炉炉膛, 具有较高的速度和穿透力, 实现向炉膛
4、中心区域供风;二次风通过旋流通道, 在旋转叶片的作用下形成具有一定旋流强度的旋流风。旋流风良好的扰流特性和扩散能力强化了二次风向炉膛边壁及其内部区域的扩散, 从而达到二次风向炉膛内均匀供入的目的, 有利于改善炉内燃烧效率。图 1 二次风口与炉膛截面 下载原图图 2 复合型供风管道剖面 下载原图1.2 二次风配比调整将原设计的下二次风用风量大于上二次风用风量的设计理念更改为反向调节, 即减少下二次风的用风量, 保证密相区缺氧的氛围, 抑制氮氧化物的生成, 提高上二次风的用风量, 保证燃料的完全燃烧。2 优化控制炉膛温度NOx 的排放与温度密切相关1,3, 根据经验, 锅炉 BMCR 工况下运行床
5、温每高于标准设计床温 10, NOx 的排放量增加 15%。为了控制温度, 对床温分布特性进行了深入研究, 确定影响床温分布的最主要原因在于床内良好的流化特性和循环灰的均匀返料。2.1 布风板分区风帽改造为提高两侧进风的炉膛布风阻力的均匀性, 保证炉内床料流化均匀性, 对锅炉的布风板进行优化设计。原设计布风板风帽均采用 9 孔风帽, 其后果是炉膛中部流化强烈、氧量高、床温较两侧高近 50, 使得中部 2 个给煤机无法投运 (投运后中部床温超过 1 000, 存在结焦风险) 。为提高布风均匀性, 结合两侧进风中部风压较高的特性, 经锅炉厂计算, 计划改造周围的风帽为 10 孔, 增加风量, 而在
6、中间位置的风帽仍然采用 9 孔风帽。即锅炉布风板中部 1 254 个风帽不动, 更换四周 1 242 个风帽。布风板纵向两端各更换 13 排 806 个风帽, 横向两端各更换 2 排风帽。由于纵向已经更换了 26 纵, 所以横向共更换 436 个风帽。该布置可使布风更为合理, 提高了循环流化床锅炉的整体流化均匀性。对布风板改进前后进行冷态试验, 在采用布风板分区技术后4, 床料流化静止后的床面较为平整, 改善了布风均匀性。2.2 旋风分离器入口截面改造为提高旋风分离器分离效率, 将旋风分离器入口烟气速度提高到 32 m/s。利用检修对 1、3 分离器进行了改造。通过耐磨耐火材料将旋风分离器入口
7、烟道宽度减少, 达到提高烟气速度的目的。旋风分离器入口烟道喉口宽度减少 210 mm。这样喉口处耐磨耐火材料厚度距离管子中心线约为 265 mm, 达到高效捕捉的目的, 同时提高了中部旋风分离器的进灰量, 达到降低中部床温的目的。改造后的床温分布如图 3 所示。图 3 改造后的床温分布 下载原图3 锅炉 NOx 排放测试通过上述改造, 在锅炉烟囱入口水平烟道处平均布置 3 个测点, 对各测点每隔1 h 采集 1 次烟气成分进行检测, 进而计算出烟气中 NOx 的含量。经测试各测点烟气成分及含量如表 1 所示。表 1 锅炉烟囱入口处烟气成分及含量 下载原表 表 1 锅炉烟囱入口处烟气成分及含量
8、下载原表 根据表 1 中数据, 可以分别计算得到烟气中的 O2平均值和 NO 含量的平均值分别为 5.07%和 14.6L/L。烟气中氮氧化物 NOx 质量浓度 xNOx可由以下公式计算得到:式中:x NOx为标准态、干基、6%O 2时的烟气中 NOx 排放质量浓度, mg/Nm; NO为测量的 NO 体积分数平均值, %; 为测量的氧气体积分数, %;0.95 为按照经验数据选取的 NO 占 NOx 总量的百分数;2.05 为 NOx 按照体积含量转换为平均值质量含量的转换系数。最终, 计算结果显示烟气中氮氧化物 NOx 质量浓度 xNOx为 29.7 mg/Nm, 低于GB13223-20
9、11火电厂大气污染物排放标准中 NOx 排放指标 50 mg/Nm。4 结语通过对改造后炉膛烟囱入口处氮氧化物质量浓度进行检测, 发现其远低于 50 mg/Nm 的国家排放标准, 达到降低氮氧化物质量浓度的效果, 起到了良好的减排作用, 节约了大量的尿素成本, 提高了当地的大气环境质量。参考文献1中华人民共和国环保部.火电厂大气污染物排放标准:GB 13223-2011S.北京:中国标准出版社, 2011. 2刘志强, 刘青, 蒋文.循环流化床锅炉 NOx 化排放的影响规律研究J.锅炉技术, 2013, 44 (3) :23-27. 3张磊, 杨学民, 谢建军, 等.循环流化床燃煤过程 NOx 和 NO 产生-控制研究进展J.过程学报, 2006, 6 (6) :1004-1010. 4侯祥松.循环流化床锅炉 NO 和 N2O 脱除的实验研究D.北京:清华大学, 2007.
