130t/h循环流化床锅炉低氮燃烧技术改造及其效果分析
2021-08-29 10:08:00
本帖最后由 Sunshine! 于 2019-6-28 13:42 编辑
130t/h循环流化床燃烧器定制低氮燃烧技术改造及其效果分析
0引言为了改善大气环境质量，国家出台了一系列环保政策，GB13271《燃烧器定制大气污染物排放标准》于2014年颁布实施，对燃煤燃烧器定制的污染物排放提出了更高的要求，需要达到 100mg /Nm3以下，特别是浙江省在 2018年颁布了DB33 /2147 -2018《燃煤电厂大气污染物排放标准》地方标准，对燃煤机组等提出了比国家标准更严格的超低排放要求，尤其是对NOx排放浓度进行了严格的控制，需要达到50mg/Nm3以下。宁波众茂杭州湾热电有限公司4号燃烧器定制于2007年12月投入使用，已不能满足日益严格的环保排放要求，在2016 年对4号燃烧器定制进行了低氮燃烧技术改造。本文介绍了这台燃烧器定制低氮燃烧改造的情况以及改造后的效果，该低氮燃烧技术方案并在其余3台燃烧器定制上得到了很好的应用。1低氮燃烧技术改造1.1燃烧器定制使用情况概述宁波众茂杭州湾热电有限公司使用的4号燃烧器定制由无锡华光燃烧器定制股份有限公司制造，型号为UG - 130 /5.3- M5的次高温次高压循环流化床燃烧器定制，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架 П 型布置，设计煤种为烟煤。炉膛采用膜式水冷壁，燃烧器定制和烟道中间是绝热式旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级三组对流过热器，过热器下方布置三组光管省煤器及一、二次风各三组空气预热器。环保设施配有一套石灰石炉内脱硫系统、一套SNCR脱硝系统、一套布袋除尘系统、一套炉外湿法脱硫系统。目前，燃烧器定制 NOx原始排放浓度约 350mg /Nm3，采用“SNCR“脱硝工艺进行脱硝 后，NOx排放浓度可控制在90350mg/Nm3左右，无法达到《燃煤电厂大气污染物排放标准》中 NOx规定的要求。因此，在2016年对该台燃烧器定制进行了低氮燃烧技术改造。1.2 低氮燃烧原理及影响因素NOx主要来源于人类的活动，其中绝大部分来自燃料的燃烧，根据形成机理，可分为燃料型NOx、热力型 NOx以及瞬时型NOx，其中瞬时型NOx产生的量很少，可忽略不计。循环流化床燃煤燃烧器定制产生的主要是燃料型 NOx，大约占总 NOx的 75% ～ 90% ，其次是热力型 NOx。燃料型 NOx的生成的反应过程和燃烧条件( 如温度和氧气)及各种成分的浓度密切相关。热力型 NOx 生成的原理如下:当燃烧区域温度低于 1000℃ 时，NO的生成量较少，随着温度的升高，NOx的生成速度按指数规律增加，当温度足够高时热力型 NOx可达20% 。因此，温度对热力型 NOx 的生成具有绝对性的作用，另外，空气系数和烟气停留时间对热力型 NOx的生成也有很大影响。根据上述分析，针对循环流化床燃烧器定制的运行特性，本次改造从炉膛温度控制、高温旋风分离器的分离效率，含氧量，床温控制，分级燃烧，布风板布置，返料系统的优化等方面对4号燃烧器定制进行低氮燃烧技术改造。1.3 改造内容1.3.1增加炉膛受热面1)增加两片水冷屏。在靠近前屛水冷壁处左右各布置一片水冷屏，从前屏水冷壁中部穿进炉膛然后向上，从炉膛顶棚管穿出，并从两根集中下降管分别引出一根下降管连接到水冷屏下集箱，水冷屏下部迎烟气冲刷2.5米范围内浇注料敷设，将原来水冷壁上集箱至汽包的 12 根 直径133 ×6 的联络管更换成 直径194 × 10 的管子，其中两根作为增加的水冷屏的联络管。通过增加炉膛内受热面，运行过程中有利于降低炉膛温度，减少 NOx的生成。2)增加三片屏式过热器。由于采用低氮燃烧，床温和含氧量降低后燃烧器定制在低负荷运行时会影响主蒸汽的温度，甚至会达不到设计的温度，在靠近前屛水冷壁中间部位均匀布置三片屏式过热器，过热器管材质为 12Cr1MoVG，规格为直径42 × 6，在管屏下部敷设浇注料。通过增加炉膛内的受热面，既能降低炉膛温度，减少NOx的生成，又能保证燃烧器定制在低负荷运行时主蒸汽的温度。1.3.2分系统的优化改造1)旋风分离器结构优化。将分离器进口宽度由原来的 1200mm 缩小到 900mm，通过计算，这样烟气速度可以由原来的 22m/s 提高到 27m/s，提高分离器的分离效率，有利于降低床温和含氧量。2)返料系统的优化。将原来的返料箱拆除，更换成新型的返料箱，返料箱风室隔成三部分，返料风分成三路独立风，使返料风形成高压头小风量，提高返料的可靠性。同时，将返料口下移并向炉膛中间靠拢，这样布置有利于返料的均匀性，使布风板同一平面处的温度均匀性，减少床温局部过高造成 NOx 生成量高的因素。3)布风装置的优化。经过床层冷态试验发现，布风板上的床料颗粒度分布不是均匀的，呈现中间细，四周粗的状态，为了保持整个床面流化风保持一致，对布风板及风帽进行了改造，风帽的开孔率呈中心部位小，向四周逐渐增大，使燃烧器定制在运行过程中流畅分布更均匀。4) 二次风系统的优化。原来的二次风口离布风板高度仅有2米左右，造成还原区浓度不够，分级燃烧不够明显，对二次风口进行了优化，保留原有的两个风口，其他的风口改到离布风板 3.5米高度处，使得分级燃烧更加明显。5) 增加烟气再循环系统。为保证低负荷时一次风氧气不过量、降低 NOx 生成量，从引风机出口增设一根直径720x8烟气再循环管通往一次风机入口，用脱硫除尘后的低氧烟气代替部分空气，降低一次风氧含量，在保证床料充分流化的同时，控制一次风氧气不过量，降低 NOx 生成量。1.4 水汽系统的变化由于增加了屏式过热器，汽水系统的蒸汽流向发生了变化，原来是汽包→包墙过热器→低温过热器→减温器→高温过热器→集汽集箱，经过低氮燃烧改造后变成了汽包→包墙过热器→低温过热器→一级减温器→屏式过热器→二级减温器→高温过热器→集汽集箱。2燃烧器定制运行试验优化2.1冷态试验2.1.1布风板均匀性试验在床料充分流化后，迅速关掉一次风机，床料自由下落、堆积，观察床料表面平整，无明显凹凸，表明布风板经改造优化后均匀性良好。2.1.2冷态临界沸腾风量的测量根据料层与空板的阻力曲线等无法判断最小流化风量，通过打开炉门用钩耙在主床内钩动，从手感上感觉沸腾效果，确定最小流化风量约为38000m3/h。2.2运行参数调整通过冷态试验可以发现床料的均匀性得到了很大的改善，在不改变一次风量的情况下，通过调节新增二次风口的风量，优化了炉膛空气分级燃烧，降低了 NOx 生成量; 另外，在低负荷情况下，通过调节烟气再循环系统的引入一次风机的烟气量，保持炉膛出口的 NOx不会大大提高，低氮燃烧技术改造后，床温、炉膛出口温度等参数有了明显的变化。3改造后的效果分析3.1 运行参数燃烧器定制经低氮燃烧改造后，最大出力可达到150t/h，与原设计最大出力一致，在30~110%额定负荷内能稳定燃烧，并且在较低负荷时，主蒸汽温度能达到规定的温度，改造后运行两年时间以来，水冷壁管子磨损大大较少。3.2 NOx排放效果燃烧器定制经低氮燃烧改造后，炉膛出口的NOx生成量比改造前大大降低。目前，燃烧器定制经过近两年时间的运行，结合“SNCR”脱硝工艺进行脱硝后，最终NOx排放浓度可控制在 50mg /Nm3以下的超低排放要求。4总结1) 该燃烧器定制通过增加燃烧器定制炉膛内受热面，优化旋风分离器结构、返料系统、布风装置，调整二次风系统风口布置，增加烟气再循环系统等措施，燃烧器定制各项性能指标均能达到预期要求，并且以往存在的水冷壁磨损问题得到了很大的改善。2) 低氮燃烧改造后，在额定负荷下，炉膛出口 NOx 排放质量浓度从 350mg /Nm3降 至 100mg/Nm3以下，效果接近原来的最终 NOx排放浓度，优于预期效果;经SNCR脱硝后，最终排放浓度能达到 50mg /Nm3以下，运行稳定时甚至能达到 30mg /Nm3，氨逃逸量控制在 8mg /Nm3以内。3) 针对原来 CO 排放指标偏高的现象，通过合理选择再循环烟气量，旋风分离器圆柱段增加补燃喷嘴，从一次热风风道接入一次风，与高温烟气混合，使烟气中 CO 燃尽，从而有效的降低了CO 排放指标; 另外，通过燃料消耗量与产生的蒸汽量计算，改造后燃烧器定制热效率并未降低，热效率与环保得到了很好的平衡。
原标题:130t/h循环流化床燃烧器定制低氮燃烧技术改造及其效果分析内容来源:《燃烧器定制制造》作者:戴恩贤
130t/h循环流化床燃烧器定制低氮燃烧技术改造及其效果分析
0引言为了改善大气环境质量，国家出台了一系列环保政策，GB13271《燃烧器定制大气污染物排放标准》于2014年颁布实施，对燃煤燃烧器定制的污染物排放提出了更高的要求，需要达到 100mg /Nm3以下，特别是浙江省在 2018年颁布了DB33 /2147 -2018《燃煤电厂大气污染物排放标准》地方标准，对燃煤机组等提出了比国家标准更严格的超低排放要求，尤其是对NOx排放浓度进行了严格的控制，需要达到50mg/Nm3以下。宁波众茂杭州湾热电有限公司4号燃烧器定制于2007年12月投入使用，已不能满足日益严格的环保排放要求，在2016 年对4号燃烧器定制进行了低氮燃烧技术改造。本文介绍了这台燃烧器定制低氮燃烧改造的情况以及改造后的效果，该低氮燃烧技术方案并在其余3台燃烧器定制上得到了很好的应用。1低氮燃烧技术改造1.1燃烧器定制使用情况概述宁波众茂杭州湾热电有限公司使用的4号燃烧器定制由无锡华光燃烧器定制股份有限公司制造，型号为UG - 130 /5.3- M5的次高温次高压循环流化床燃烧器定制，单锅筒横置式，单炉膛，自然循环，全悬吊结构，全钢架 П 型布置，设计煤种为烟煤。炉膛采用膜式水冷壁，燃烧器定制和烟道中间是绝热式旋风分离器，尾部竖井烟道布置两级三组对流过热器，过热器下方布置三组光管省煤器及一、二次风各三组空气预热器。环保设施配有一套石灰石炉内脱硫系统、一套SNCR脱硝系统、一套布袋除尘系统、一套炉外湿法脱硫系统。目前，燃烧器定制 NOx原始排放浓度约 350mg /Nm3，采用“SNCR“脱硝工艺进行脱硝 后，NOx排放浓度可控制在90350mg/Nm3左右，无法达到《燃煤电厂大气污染物排放标准》中 NOx规定的要求。因此，在2016年对该台燃烧器定制进行了低氮燃烧技术改造。1.2 低氮燃烧原理及影响因素NOx主要来源于人类的活动，其中绝大部分来自燃料的燃烧，根据形成机理，可分为燃料型NOx、热力型 NOx以及瞬时型NOx，其中瞬时型NOx产生的量很少，可忽略不计。循环流化床燃煤燃烧器定制产生的主要是燃料型 NOx，大约占总 NOx的 75% ～ 90% ，其次是热力型 NOx。燃料型 NOx的生成的反应过程和燃烧条件( 如温度和氧气)及各种成分的浓度密切相关。热力型 NOx 生成的原理如下:当燃烧区域温度低于 1000℃ 时，NO的生成量较少，随着温度的升高，NOx的生成速度按指数规律增加，当温度足够高时热力型 NOx可达20% 。因此，温度对热力型 NOx 的生成具有绝对性的作用，另外，空气系数和烟气停留时间对热力型 NOx的生成也有很大影响。根据上述分析，针对循环流化床燃烧器定制的运行特性，本次改造从炉膛温度控制、高温旋风分离器的分离效率，含氧量，床温控制，分级燃烧，布风板布置，返料系统的优化等方面对4号燃烧器定制进行低氮燃烧技术改造。1.3 改造内容1.3.1增加炉膛受热面1)增加两片水冷屏。在靠近前屛水冷壁处左右各布置一片水冷屏，从前屏水冷壁中部穿进炉膛然后向上，从炉膛顶棚管穿出，并从两根集中下降管分别引出一根下降管连接到水冷屏下集箱，水冷屏下部迎烟气冲刷2.5米范围内浇注料敷设，将原来水冷壁上集箱至汽包的 12 根 直径133 ×6 的联络管更换成 直径194 × 10 的管子，其中两根作为增加的水冷屏的联络管。通过增加炉膛内受热面，运行过程中有利于降低炉膛温度，减少 NOx的生成。2)增加三片屏式过热器。由于采用低氮燃烧，床温和含氧量降低后燃烧器定制在低负荷运行时会影响主蒸汽的温度，甚至会达不到设计的温度，在靠近前屛水冷壁中间部位均匀布置三片屏式过热器，过热器管材质为 12Cr1MoVG，规格为直径42 × 6，在管屏下部敷设浇注料。通过增加炉膛内的受热面，既能降低炉膛温度，减少NOx的生成，又能保证燃烧器定制在低负荷运行时主蒸汽的温度。1.3.2分系统的优化改造1)旋风分离器结构优化。将分离器进口宽度由原来的 1200mm 缩小到 900mm，通过计算，这样烟气速度可以由原来的 22m/s 提高到 27m/s，提高分离器的分离效率，有利于降低床温和含氧量。2)返料系统的优化。将原来的返料箱拆除，更换成新型的返料箱，返料箱风室隔成三部分，返料风分成三路独立风，使返料风形成高压头小风量，提高返料的可靠性。同时，将返料口下移并向炉膛中间靠拢，这样布置有利于返料的均匀性，使布风板同一平面处的温度均匀性，减少床温局部过高造成 NOx 生成量高的因素。3)布风装置的优化。经过床层冷态试验发现，布风板上的床料颗粒度分布不是均匀的，呈现中间细，四周粗的状态，为了保持整个床面流化风保持一致，对布风板及风帽进行了改造，风帽的开孔率呈中心部位小，向四周逐渐增大，使燃烧器定制在运行过程中流畅分布更均匀。4) 二次风系统的优化。原来的二次风口离布风板高度仅有2米左右，造成还原区浓度不够，分级燃烧不够明显，对二次风口进行了优化，保留原有的两个风口，其他的风口改到离布风板 3.5米高度处，使得分级燃烧更加明显。5) 增加烟气再循环系统。为保证低负荷时一次风氧气不过量、降低 NOx 生成量，从引风机出口增设一根直径720x8烟气再循环管通往一次风机入口，用脱硫除尘后的低氧烟气代替部分空气，降低一次风氧含量，在保证床料充分流化的同时，控制一次风氧气不过量，降低 NOx 生成量。1.4 水汽系统的变化由于增加了屏式过热器，汽水系统的蒸汽流向发生了变化，原来是汽包→包墙过热器→低温过热器→减温器→高温过热器→集汽集箱，经过低氮燃烧改造后变成了汽包→包墙过热器→低温过热器→一级减温器→屏式过热器→二级减温器→高温过热器→集汽集箱。2燃烧器定制运行试验优化2.1冷态试验2.1.1布风板均匀性试验在床料充分流化后，迅速关掉一次风机，床料自由下落、堆积，观察床料表面平整，无明显凹凸，表明布风板经改造优化后均匀性良好。2.1.2冷态临界沸腾风量的测量根据料层与空板的阻力曲线等无法判断最小流化风量，通过打开炉门用钩耙在主床内钩动，从手感上感觉沸腾效果，确定最小流化风量约为38000m3/h。2.2运行参数调整通过冷态试验可以发现床料的均匀性得到了很大的改善，在不改变一次风量的情况下，通过调节新增二次风口的风量，优化了炉膛空气分级燃烧，降低了 NOx 生成量; 另外，在低负荷情况下，通过调节烟气再循环系统的引入一次风机的烟气量，保持炉膛出口的 NOx不会大大提高，低氮燃烧技术改造后，床温、炉膛出口温度等参数有了明显的变化。3改造后的效果分析3.1 运行参数燃烧器定制经低氮燃烧改造后，最大出力可达到150t/h，与原设计最大出力一致，在30~110%额定负荷内能稳定燃烧，并且在较低负荷时，主蒸汽温度能达到规定的温度，改造后运行两年时间以来，水冷壁管子磨损大大较少。3.2 NOx排放效果燃烧器定制经低氮燃烧改造后，炉膛出口的NOx生成量比改造前大大降低。目前，燃烧器定制经过近两年时间的运行，结合“SNCR”脱硝工艺进行脱硝后，最终NOx排放浓度可控制在 50mg /Nm3以下的超低排放要求。4总结1) 该燃烧器定制通过增加燃烧器定制炉膛内受热面，优化旋风分离器结构、返料系统、布风装置，调整二次风系统风口布置，增加烟气再循环系统等措施，燃烧器定制各项性能指标均能达到预期要求，并且以往存在的水冷壁磨损问题得到了很大的改善。2) 低氮燃烧改造后，在额定负荷下，炉膛出口 NOx 排放质量浓度从 350mg /Nm3降 至 100mg/Nm3以下，效果接近原来的最终 NOx排放浓度，优于预期效果;经SNCR脱硝后，最终排放浓度能达到 50mg /Nm3以下，运行稳定时甚至能达到 30mg /Nm3，氨逃逸量控制在 8mg /Nm3以内。3) 针对原来 CO 排放指标偏高的现象，通过合理选择再循环烟气量，旋风分离器圆柱段增加补燃喷嘴，从一次热风风道接入一次风，与高温烟气混合，使烟气中 CO 燃尽，从而有效的降低了CO 排放指标; 另外，通过燃料消耗量与产生的蒸汽量计算，改造后燃烧器定制热效率并未降低，热效率与环保得到了很好的平衡。
原标题:130t/h循环流化床燃烧器定制低氮燃烧技术改造及其效果分析内容来源:《燃烧器定制制造》作者:戴恩贤
