電站水煤漿鍋爐空氣分級燃燒技術(shù)的試驗研究

電站水煤狼鍋爐空氣分級燃燒技術(shù)的試驗硚究趙琛杰,周俊虎2,劉建忠2,周志軍2,黃鎮字2,岑可法21.浙江百能科技有限公司,淅江杭州3100122.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室,淅江杭州310027[摘要]對某新建670t/h燃用水煤漿鍋爐的空氣分級燃燒、水煤漿燃盡率以及鍋爐結渣等對NO排放的影響進(jìn)行了試驗研究。結果表明,采用空氣分級燃燒技術(shù)后,鍋爐在530t/h負荷下運行,通過(guò)調整過(guò)量空氣系數和配風(fēng)方式,鍋爐NO排放量可降至380mg/m3(標準狀態(tài),下同);燃燒過(guò)量空氣系數控制在1.2左右時(shí),通過(guò)配風(fēng)調整可以同時(shí)保證低№O-排放量和燃燒穩定、高效;水煤漿的燃盡率和鍋爐結渣現象無(wú)明顯惡化。[關(guān)鍵詞]鍋爐;水煤漿;空氣分級;燃燒;NO排放量;一次風(fēng);二次風(fēng);燃盡率[中圖分類(lèi)號]X701.3[文獻標識碼]A[文章編號]1002-3364(2011)11-0061-04[DOI編號]10.3969/ J. Issn.1002-3364.201.11.061APPLICATION OF AIR-STAGED TECHNOLOGY ONTO COAL-WATERSLURRY FIRED UTILITY BOILERZHAO Chenjie', ZHOU Junhu2, LIU Jianzhong, ZHOU Zhijun, HUANG Zhenyu, CEn KefazI. Pyneo Co Ltd, Hangzhou 310012, Zhejiang Province, PROtate-level Key Laboratory of clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, PRCAbstract: The air-staged combustion technology has been adopted in design of a newly constructed 670t/h coal-water slurry(CWS)fired boiler. In order to understand the influence of said technology uponthe air distribution mode, the coefficient of excess air, the mode of putting coal -water slurry guns intooperation, the burnout efficiency of CwS, the slagging condition, and the NO, emission, a large amountof tests has been carried out. Results show that the operation of said boiler is under a load of 530 t/hafter adopting the air-staged combustion technology, through adjustment of the excess air coefficientand the air distribution mode, the NO, emission reaches 380 mg/m (standard condition, similarly here-inafter), the coefficient of excess air has to be controlled at about 1.2,at the same time, the adjustmentof air distribution can ensure low no, emission as well as stable and effective combustion, but without術(shù)論壇一熱力substantial change in burnout and slagging of Cws.Key words: coal -water slurry; boiler; air staged combustion; NO, emission; primary air; secondaryair: burnout稿日期:2011-11-24中國煤化工CNMHG1鍋爐概況FF(OFA)FE(oFA上組670t/h燃用水煤漿鍋爐配置75MW汽輪機發(fā)電機組,該鍋爐本體為Ⅱ型布置,爐膛橫截面寬深比為1,燃燒采用正四角布置直流燃燒器切圓燃燒方式,次風(fēng)和二次風(fēng)雙切圓布置,切圓直徑分別為600、800mm。二次風(fēng)噴口分為上、下2組布置,上組燃燒器在最上層二次風(fēng)噴口上方布置有2層反切燃盡風(fēng)(OFA,編號自下而上為FE、FF),切圓直徑為600mm。下組燃燒器均勻布置5層一次風(fēng)(編號自下而上下組為:A、B、C、D、E)和6層二次風(fēng)(編號自下而上為:AA、AB、BC、CD、DE、EE)。一次風(fēng)噴口內布置有帶旋流葉片的中心風(fēng)噴口,AA、AB層二次風(fēng)噴口內布置點(diǎn)火油槍,一次、二次風(fēng)噴口布置見(jiàn)圖1。鍋爐設計燃用兗州煤水煤漿,燃燒器設計過(guò)量空氣系數為1.2水煤漿燃料特性見(jiàn)表1。圖1一次、二次風(fēng)噴口布量表1水煤漿工業(yè)與元素分析工業(yè)分析/%Qar, pet分析/36.7210.9135.6252.5916.56644.352.074.620.950.3表2試驗工況丁況過(guò)量空氣鍋爐負荷次風(fēng)門(mén)開(kāi)度/%系數/t·hFEEE DE CDAB1.3364467069615168517297721001.18發(fā)1.215305962591.20技1.1658100術(shù)62壇2未采用空氣分級燃燒技術(shù)對NO2此時(shí)燃燒配風(fēng)方式近似不采用空氣分級燃燒的情況,排放的影響NO,排放量為1069mg/m3。工況G4下FF、FE風(fēng)門(mén)開(kāi)度增加到72%和73%,EE風(fēng)門(mén)開(kāi)度略微增加,第發(fā)NO2排放量為685mg/m3,比工況G1時(shí)降低35.9%。各試驗工況下的相關(guān)參數見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn),二工況G1下FF、FE風(fēng)門(mén)開(kāi)度分別為20%和35%時(shí),燃工況G1、G4的過(guò)量空氣系數(1.33)大于設計值(1.2),風(fēng)量較大,不利于降低NO2的排放。第O盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量比例較小,燃燒空氣分級程度低期二中國煤化工CNMHG3空氣分級燃燒技術(shù)對NO2排放的爐負荷穩定在440t/h左右,燃燒配置風(fēng)總風(fēng)量及各影響層風(fēng)門(mén)開(kāi)度保持不變,調整漿槍投入方式時(shí),鍋爐穩定。工況G2為A層投入運行1支漿槍,E層投入33.1配風(fēng)方式支漿槍;工況G3為A層投入3支漿槍、E層投人1支工況G5與工況G4相比,EE、CD風(fēng)門(mén)開(kāi)度減小,菜槍,況G2、G3總漿量保持一致及其它層漿槍投入BC風(fēng)門(mén)開(kāi)度增大,此時(shí)NO2排放量為515mg/m3,比數量保持不變。工況G2下水煤漿分布偏向主燃燒區G4工況進(jìn)一步降低。這是因為EE、CD風(fēng)門(mén)開(kāi)度減部,NO,排放量為823mg/m3;而工況G3下水煤小使主燃燒區的過(guò)量空氣系數進(jìn)一步降低相同燃盡漿分布偏向主燃燒區下部NO排放量為684mg/m3。風(fēng)門(mén)開(kāi)度下燃盡風(fēng)量有所增加空氣分級程度增強,對這是因為水煤漿集中在主燃燒區上部時(shí),主燃燒區下降低主燃燒區NO,的生成量有促進(jìn)作用。同時(shí),EE部的漿量相應減少主燃燒區下部過(guò)量空氣相對偏多,層二次風(fēng)量減少使該層二次風(fēng)至FE層燃盡風(fēng)間的過(guò)氧量偏高,NO,生成量增加。另外漿量偏向主燃燒渡區域氧量減少,還原性氣氛增強促進(jìn)了該過(guò)渡區域區上部分布,主燃燒區內和主燃燒區至燃盡區之間各內NO,的還原分解反應,降低了NO,的排放量。但層水煤漿加權平均停留時(shí)間相對減少,煙氣中的NO2是,燃燒調整過(guò)程中若空氣分級的比例過(guò)大,會(huì )造成燃被還原分解的停留時(shí)間減少,大量的NO來(lái)不及被還盡風(fēng)量過(guò)多,水煤漿燃燒不穩定。因此,實(shí)際運行時(shí)在原就被煙氣帶人燃盡區,從而導致NO排放量增加保證主燃燒區水煤漿穩定著(zhù)火燃燒的基礎上,適當地提高空氣分級程度增加燃盡風(fēng)量,降低主燃燒區最上燃燒區中下部的水煤漿漿槍。層二次風(fēng)量對降低NO,排放量有促進(jìn)作用?？諝夥旨壢紵龑λ簼{燃盡率和3.2過(guò)量空氣系數鍋爐結渣的影響保持鍋爐負荷和配風(fēng)方式不變通過(guò)調節各層二次風(fēng)門(mén)開(kāi)度調整燃燒總風(fēng)量,實(shí)現對過(guò)量空氣系數的該水煤漿鍋爐采用空氣分級燃燒技術(shù)后各工況下調整。工況G8、G9下鍋爐負荷為477t/h、當過(guò)量空爐渣和飛灰含碳量見(jiàn)表3。當鍋爐負荷較低(工況氣系數由1.2降至1.16時(shí),NO排放量由424mg/m3G2、G3、G4)時(shí),爐渣含碳量偏高,而飛灰含碳量均在降低到363mg/m3;工況G6、G7下鍋爐負荷為5303%以下。當鍋爐運行負荷提高(工況G8、G9)后,爐t/h時(shí),過(guò)量空氣系數由1.21降低到1.18,NO,排放渣含碳量明顯下降,飛灰含碳量略有升高。由于工況量由451mg/m3降低到380mg/m3?？梢?jiàn),減少燃燒G9比工況G8總風(fēng)量小,空氣分級后局部燃燒區域缺總風(fēng)量降低過(guò)量空氣系數,可降低NO,排放量。這氧程度比工況G8嚴重,飛灰含碳量略微增加。當鍋是因為,采用空氣分級燃燒技術(shù)后燃燒所需風(fēng)量分成爐負荷進(jìn)一步上升(工況G6、G7)時(shí),爐膛內溫度比低2部分送人爐內,過(guò)量空氣系數降低時(shí)燃燒總風(fēng)量相負荷時(shí)明顯提高,促進(jìn)焦炭燃燒,爐渣含碳量降低,飛應減少,同時(shí)分級送入主燃燒區的空氣量減少,主燃燒灰含碳量沒(méi)有明顯升高。水煤漿燃燒溫度比純煤粉燃發(fā)區氧量降低減少了主燃燒區NO,的生成量。另外,嬈低100~200℃,采用空氣分級燃燒后水煤漿燃燒初電主燃燒區至燃盡區的過(guò)渡區域內氧量隨之下降,促進(jìn)期主燃燒區配風(fēng)量減少、溫度提髙,提高了水煤漿的燃術(shù)了該過(guò)渡區域內的NO2還原分解反應。采用空氣分盡率。論級燃燒方式下,過(guò)量空氣系數減小時(shí),燃盡風(fēng)門(mén)開(kāi)度無(wú)壇需過(guò)大即可降低NO排放量表3水煤漿灰渣含碳量%工況編號爐渣含碳率飛灰含碳率11.032.053.3水煤漿漿槍投運方式10.922.71試驗以壓縮空氣為霧化介質(zhì),水煤漿以霧化形式2.92噴入爐內進(jìn)行燃燒,5層一次風(fēng)噴嘴內均布置有水煤0.19漿霧化漿槍,共設置20支,運行時(shí)可根據鍋爐負荷和燃燒情況調節投入運行的漿槍數量及位置。試驗中鍋- H中國煤化工CNMHG采用空氣分級燃燒后主燃區氧量較低,容易產(chǎn)生[3]孟德潤,趙翔,楊衛娟,等影響水煤漿再燃效果的主要因局部的還原性氣氛,而該鍋爐采用一次、二次風(fēng)大小切素研究[]中國電機工程學(xué)報,2007,27(5):67-70圓的噴口布置方式,可以有效減少燃燒器區域水冷壁〖4]菊衛園,周俊虎楊衛娟等.220t/h水煤漿鍋爐NO排附近的還原性氣氛,降低爐內結渣的幾率。放特性的研究[].浙江大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2006,40(8)1439-1442結論[5]孟德潤,周俊虎趙翔等.水煤漿揮發(fā)分再燃對NO還原的影響[J].中國電機T程學(xué)報,2008,28(5):74-77[6]龐永梅,王晉權,郭建,等.空氣分級燃燒降低鍋爐排放控(1)采用空氣分級燃燒技術(shù)燃用水煤漿的鍋爐在制技術(shù)[.電力科學(xué)與工程,2007,23(4):46-49530t/h負荷條件下,NO,排放量最低可達380mg/m2。[7]才雷滕生平,祖興利,等.空氣分級燃燒技術(shù)在燃燒器低(2)適度增大燃盡風(fēng)量,降低主燃燒區最上層二次NO改造中的應用[J].華北電力技術(shù),2006,35(11):33風(fēng)量,有利于降低NO2排放量。(3)適當降低過(guò)量空氣系數可以有效降低NO,的[8]佐雙吉烏拉山發(fā)電廠(chǎng)3號鍋爐空氣分級燃燒改造及運排放量。行試驗[J]熱力發(fā)電,2007,36(4):61-64(4)相同鍋爐負荷條件下集中投入運行主燃燒區[9]張曉輝,孫銳,孫紹增,等20MW鍋爐空氣分級低NO燃燒改造實(shí)驗研究[冂].熱能動(dòng)力工程,2008,23(6):676中下部水煤漿槍會(huì )降低NO,的排放量(5)采用空氣分級燃燒技術(shù)后,水煤漿的燃盡率和[10]伍昌鴻,李德暖,劉業(yè)雄,等.300MW機組鍋爐低氮燃燒鍋爐結渣現象沒(méi)有明顯惡化。的改造[.廣東電力,200821(3):68-71[]王恩祿,張海燕,羅永浩,等.低NO,燃燒技術(shù)及其在我參考文獻]國燃煤電站鍋爐中的應用[J]動(dòng)力工程,2004,24(1):[1]丁寧,張傳名,曹欣玉,等.410t/h六角切圓鍋爐水煤漿燃燒試驗與數值模擬[J].中國電機工程學(xué)報,2006,2612]周禮學(xué).低氧燃燒技術(shù)在410t/h鍋爐上的應用[J]電力(11):41-46設備,2008,9(3):72-75[2]孟德潤,趙翔,楊衛娟等.200MW水煤漿鍋爐的低NO燃燒試驗[冂],動(dòng)力工程,2007,27(3):341-343(上接第57頁(yè)5結論[參考文獻][1]蘇俊林徐曉英,潘亮,等液化氣鍋爐富氧燃燒的數值模本文提出的渦流噴氨混合裝置滿(mǎn)足煙氣與氨氣混擬及實(shí)驗研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(工學(xué)版),2009(3)電合要求能使反應器第1層催化劑人口截面氨氣濃度[2] Hiromichi obara, Yasuaki Matsudaira. Large Vortex For-技mation-Meehanism behind Wedge under Several Separa-術(shù)偏差<10%;在2個(gè)煙道轉彎處等距離布置4塊導流tion Conditions[J]. JSME International Journal, Series B,論板,反應器上部等距離布置11塊導流板后,反應器第壇1998,41(4):31-351層催化劑入口截面速度偏差值為12.3%,低于設計[3]朱文斌燃煤電廠(chǎng)SCR煙氣脫硝裝置的冷模實(shí)驗和CFD標準(15%)數值計算研究[D].上海:上海交通大學(xué),2008中國煤化工CNMHG