200 MW水煤漿鍋爐的低NOx燃燒試驗

第27卷第3期程Vol 27 No. 32007年6月Journal of Power EngineeringJune 2007文章編號:10006761(2007)03-341-03200MW水煤漿鍋爐的低NO3燃燒試驗孟德潤,趙翔,楊衛娟,劉建忠,周俊虎,岑可法(能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗室,浙江大學(xué),杭州310027)摘要:對1臺200MW的水煤漿鍋爐進(jìn)行了低NO,排放燃燒試驗,分別對均等配鳳、分級配鳳、再燃3種燃燒方式進(jìn)行了深入的比較和研究。結果表明:均等配風(fēng)時(shí)NO,排放量最大,而再燃和分級配風(fēng)能夠有效地降低NO的排放;在一定試驗條件下,分級配風(fēng)取得了最高的脫硝效率;再然和分級配風(fēng)還大大降低了CO的排放。關(guān)鍵詞:能源和動(dòng)力工程;鍋爐;NO,;水煤漿;再燃;分級配風(fēng)中圖分類(lèi)號:TK227文獻標識碼:ALow No Combustion Tests on a 200 MwCoal-Water Slurry Fired BoilerMENG De-run, ZHAO Xiang, YANG Wei-juan, LIU Jian-zhong, ZHOU Jun-hu, CEN Ke-faNational Key Lab of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract Profound comparison combustion tests of low NO, emission were conducted on a 200 MW coal-water slurry firedboiler, with uniform air allotment, staged allotment and also under rebuming conditions. Test results show that NOemission is largest under uniform air allotting conditions, while recombustion and staged allotment of air can alsoeffectively, but only to a certain degree, reduce NO, emission. Under test conditions, it was found that denitrition rate ishighest for the case of stage allotted air and CO emission deminishes considerably, both in case of reburning so for stageallotted airKey words: energy and power engineering; boiler; NO, coal-water slurry; rebuming; staged ait allotment在火力發(fā)電過(guò)程中,燃燒排放出大量的污染氣NO,燃燒方式與均等配風(fēng)燃燒方式下NO.的排放進(jìn)體,其中NO,因其引起酸雨、光化學(xué)煙霧和破壞臭行了深入的對比研究,提出水煤漿鍋爐可實(shí)現低氧層等環(huán)境危害,越來(lái)越受到人們的關(guān)注,世界各國NO,排放的優(yōu)化運行方式,具有一定的實(shí)用意義。都制定了NO的排放標準,而且排放標準要求越來(lái)越嚴格。雖然,近年來(lái)對于開(kāi)發(fā)煤粉爐的低NO1鍋爐及試驗內容燃燒技術(shù)方面有很多的研究,但對于水煤漿鍋爐新建的670t/h超高壓水煤漿鍋爐在國內屬首的排放規律和在運行中控制爐內NO的生成的研創(chuàng )產(chǎn)品,鍋爐最大連續出力670th。鍋爐為超高壓究還不多。本文對分級配風(fēng)2、水煤漿再燃等低參數自終循環(huán)鍋爐鍋爐本體呈∏型布置,水煤漿噴霧中國煤化工正四角布置切向燃燒CNMH水減溫控制過(guò)熱汽收稿日期:200605-19溫,回轉式空氣預熱器,刮板式撈渣機連續固態(tài)排作者介:孟德潤(199),男,河北滄州人博士研究生主要從渣,平衡通風(fēng),全鋼構架,露天布置事煙塵大氣污染防治方面的研究鍋爐爐膛橫截面寬深比為1.1,采用正四角布342動(dòng)力工程第27卷置直流燃燒器的切圓燃燒方式,并確定采用一次風(fēng)個(gè)最佳的NO,排放運行方式,并研究了3種運行方和二次風(fēng)雙切圓布置,其中一次風(fēng)和二次風(fēng)切圓直式對鍋爐運行參數,燃燒效率,結渣積灰的影響。3徑分別為800mm和1000m,且均為逆時(shí)針旋轉。個(gè)工況具體如下:燃燒器最上層布置了反切的燃盡風(fēng)(OFA),切圓直工況A:均等配風(fēng),五層漿槍全投(煤漿量均等徑為800mm分配),停用燃盡鳳,其余燃燒器噴口采用均等配風(fēng),燃燒器最上層為OFA(燃盡風(fēng))噴嘴,E層為再爐膛出口α=1.176燃噴口,上、下2組均設有上、下二次風(fēng)和中二次風(fēng)。工況B:再燃,主燃區燃料量84.2%;再燃區燃為了有利于油的完全燃燒,AE層一次風(fēng)噴口均帶料量158%,爐膛出口a=1.1.2%;有中心風(fēng)。進(jìn)行了滿(mǎn)負荷下均等配風(fēng)、分級配風(fēng)、再工況C:分級配風(fēng),爐膛出口a=1.16燃3個(gè)試驗,測試了不同工況下NO2的排放,找到試驗所使用的燃料特性示于表1。表1燃料特性Tab1 Fuel s characteristics項目C%P1%0N9AWQ2Mk1粘度/mR濃度/%水煤漿49813.2740.285.7135.4718.302試驗結果及分析在燃盡區燃燒造成的爐膛高處溫度升高;而空氣分級工況下由于主燃區過(guò)量空氣系數較低,部分未燃2.1各試驗工況下鍋爐主要運行參數燃料也在爐膛高處燃燒,同樣造成高處溫度升高。表2為3個(gè)試驗工況下鍋爐運行參數。從表中1600可知,各工況下主蒸汽溫度、壓力和流量等均符合鍋爐運行規范要求。表2鍋爐各工況下主要運行參數均等配鳳Tab 2 Boilers main operating parameters forvarious modes testing一空氣分級主蒸汽壓力/MPa12.72沿爐膛高度/m蒸汽溫度/℃537.5535.5圖1沿高度變化的爐膛溫度場(chǎng)主蒸汽流量/th1Fig 1 Temperature distribution alolaces height再熱蒸汽壓力/MPa2.3試驗工況的排煙溫度和煙氣排放再熱燕汽溫度/℃542.5537539.5各試驗工況中均采用天虹智能煙氣分析儀TH汽包壓力/MPaI4.3414.1290,對尾部煙道的煙氣排放進(jìn)行了測試,結果見(jiàn)給水溫度/℃表3。排煙溫度/℃116表3尾部煙氣成分表爐出口氧量/%3.15Tab 3 Rear flue gas composition冷風(fēng)溫度/℃15.515.115.8工況排煙溫度/℃NO,/mg·m3comg·m3脫硝率/%熱風(fēng)溫度/℃水煤漿溫度/℃耗漿量/·h101,6101.6112313注:表中NO,均折算到a=1.4時(shí)標準狀態(tài)下的數值;脫硝率是2.2試驗工況下?tīng)t膛溫度場(chǎng)分布相對于均等配風(fēng)工況下NO2排放量進(jìn)行計算。圖1為爐膛溫度沿高度的分布。從圖1可以看中國煤化工出各個(gè)工況的爐膛高溫區均集中在主燃區的燃燒器況下NO,排放量最附近,而在爐膛高于25m處再燃工況和空氣分級工高CNMHG況下NO,排放均下況的溫度均高于均等配風(fēng)工況。這主要是由于再燃降得較多,再燃和空氣分級是降低NO,排放的有效工況下部分燃料在再燃區燃燒,以及未燃盡的燃料措施?？諝夥旨夁\行方式則取得了最高60.3%的第3期盂德潤,等:200MW水煤漿鍋爐的低NO,燃燒試驗343脫硝效果,主要原因是第五層漿槍雖沒(méi)有投運,但是2.5試驗工況對積灰結渣的影響卻投人了相應的一次風(fēng)、中心風(fēng)、二次風(fēng),這樣使得由于爐膛內燃燒組織合理,3種工況基本形成燃盡風(fēng)的實(shí)際比例上升,燃盡風(fēng)風(fēng)量大,主燃區的還風(fēng)包粉的運行方式,水冷壁周?chē)难趸詺夥蛰^濃,原氣氛越強,分級效果越好。而且實(shí)際燃盡風(fēng)噴口水冷壁基本沒(méi)有結渣,在均等配鳳工況下,背火側衛和投入的最上一層漿槍的距離為36m,遠遠大于燃帶積灰渣較多,但屬于松散性灰渣,在再燃工況的經(jīng)驗推薦值。此距離大,煙氣在過(guò)量空氣系數較低再燃區、尤其是空氣分級的主燃區的還原氣氛較的主燃區停留時(shí)間長(cháng),NO,下降幅度大,但飛灰可燃濃,背火側衛燃帶所積灰渣較硬,粘結性增強。物會(huì )增加6。盡管在再燃比為158%的情況下取得了42.5%3結論的脫硝率,低于空氣分級時(shí)的脫硝率,并非說(shuō)明再燃(1)鍋爐性能試驗:在A(yíng)、B、C3個(gè)工況下,燃燒的脫硝效果就一定不如空氣分級,僅僅是因為由于效率分別達到9928%、99.09%和99.23%;鍋爐熱鍋爐制造工藝方面原因的限制,再燃最上層投入漿效率分別為93.29%、9317%和93.18%。槍和實(shí)際燃盡風(fēng)噴口的距離僅為1.8m,低于由前(2)3種試驗工況下,大部分火焰不發(fā)生直接沖全蘇熱工所推薦的經(jīng)驗公式計算出的值,同時(shí)由于刷水冷壁,燃燒器出口無(wú)結焦現象,水冷壁不結渣,現場(chǎng)調試條件的不足和調試時(shí)間倉促,沒(méi)能獲得更向火側衛燃帶積灰渣較少,背火側衛燃帶積灰渣較小的NO,排放的再燃比和過(guò)量空氣系數影響了脫多,但屬于松散性灰渣,非粘結性的,不影響鍋爐安硝的效果。全經(jīng)濟運行。在再燃和空氣分級工況中CO的排放量同時(shí)也(3)再燃工況和分級配風(fēng)工況不但NO,排放量下降很多,這主要是CO具有還原性,可以參與NO2小于或接近于國家排放標準(達到國標≤450mg的還原反應。同時(shí)在相對貧氧的環(huán)境下,煤粉揮發(fā)m),同時(shí)這兩個(gè)工況還可以大大降低CO的排放,份火焰中的OH離子較多,C0與之發(fā)生如下反應:有利于鍋爐的運行。CO+OH→→CO2+H,此反應速率高于CO與O2的本試驗中燃盡風(fēng)量采用適量,分級效果好,且沒(méi)燃燒反應速率,是實(shí)現再燃區脫除cO的重要途有引起燃燒器區城嚴重缺氧而出現受熱面結焦和高徑。溫腐蝕,也沒(méi)有引起燃燒效率和熱效率的下降,故推24試驗工況的燃燒效率薦本爐采用分級配風(fēng)、低NO,排放運行方式。試驗結果見(jiàn)表4。由表4可知,3種工況均在參考文獻200MW負荷下,雖然再燃和空氣分級工況與均等配鳳相比飛灰可燃物少量增加,但是燃燒效率均在1]間維平,潔凈煤發(fā)電技術(shù)[M]北京:中國電力出版99%以上(大于同等容量燃無(wú)煙煤和貧煤的煤粉爐社,2002[2]姜涌,趙愛(ài)虎,賈紹亮低NO,燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介[J]電燃燒效率),鍋爐熱效率也接近和大于92.4%;試驗站系統工程,2005,21(1):61-62過(guò)程中爐膛壓力波動(dòng)不大,火焰明亮,燃燒穩定正[3] Smoot L D,HisC,x1H.No, control through reburnin常,說(shuō)明3種燃燒方式均能達到鍋爐的最大出力。[J]. Journal of combustion science and technology表4燃燒效率和熱效率2001,(2):1l5-119Tab 4 Combustion efficiency and thermal[4]董若凌,周俊虎,楊衛娟.煤粉再燃對鍋爐CO及N2O排放控制的試驗研究[J],環(huán)境科學(xué)學(xué)報,005,25(6):試驗工況排煙氧量(O2)y/%[5] Rutar T, Kramlich JC, Malte P C Nitrous oxide emissions飛灰含碳量C/%control by reburning [J]. Combustion and flame,1996灰渣含碳量Ca/%0.75107(4):453-463固體不完全燃燒損失q4排煙過(guò)量空氣系數a[6]張慧娟,閻志勇,邱廣明.空氣分級燃燒降低鍋爐NO排煙溫度T排放的試驗研究[J].內蒙古工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1999,18排煙熱損失q2/%5.525.64中國煤化工鍋爐散熱損失q31%[7]切圓空氣分級燃燒技術(shù)氣體不完全燃燒損失qy/%CNMHG3,18(3):24-29熱效率y%93.18[8]董利,李瑞揚爐內空氣分級低NO,燃燒技術(shù)[]燃燒效率n/%99.2899.09電站系統工程,2003,19(6):47-49