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循环流化床锅炉炉膛低氧燃烧加尾部补燃降低NOx排放的试验研究

北极星大气网  来源:《锅炉技术》  作者:曹勇等  2019/7/8 9:54:28  我要投稿  

北极星大气网讯:0前言

循环流化床锅炉以其燃料适应性强和低排放特性等优势而得到广泛的应用。随着新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223—2011)和《锅炉大气污染物排放标准》(GB13271—2014)的实施,循环流化床锅炉也同样面临着二氧化硫和氮氧化物等大气污染物排放值超标的问题。

目前用于氮氧化物控制的技术很多,主要有选择性催化还原技术(SCR)、选择性非催化还原技术(SNCR)和SNCR-SCR联合技术等。SNCR技术虽然投资成本低,但是还原剂的消耗量大、氮氧化物的脱除效率偏低。SCR技术和SNCR-SCR联合技术的氮氧化物脱除效率高,还原剂的消耗量小,但是由于需要采用催化剂和反应器,使得投资成本偏高。

在过去数十年,许多研究者一直致力于通过改变锅炉燃烧状态来降低氮氧化物的原始排放浓度。研究表明:NOx的排放浓度随着燃烧温度的升高而升高;随着过量空气系数的降低,NOx和N2O的排放浓度逐渐降低,但CO和SO2的排放值迅速增加,而提高过量空气系数则相反;NOx的排放浓度随着一次风风率的增加而升高;保持过量空气系数和二次风率不变,随着上层二次风比例的增加,NOx排放浓度逐渐降低;增加二次风喷口的数量有利于NOx排放浓度的降低;提高二次风口位置,减小二次风口向下倾斜的角度,推迟了二次风的进入,延长烟气在还原区停留时间,有利于NOx排放浓度的降低;采用空气分级技术可降低NOx的排放浓度,且多级空气分级降低NOx的排放浓度的效果要优于单级空气分级;NOx在炉膛底部生成,可利用空气分级给入使其降低;采用烟气再循环技术后NOx的浓度明显降低,烟气中NOx的浓度随着再循环烟气回流率的增加而降低,但再循环烟气回流率过大使得燃烧状态难以维持;在污泥中掺烧煤和生物质燃料后,烟气中大量存在的焦炭可降低NOx的排放浓度。

在一定程度上,降低床温,降低过量空气系数,改变一次风、二次风的比例,改变二次风喷口的位置,采用空气分级、烟气再循环和掺混燃烧等技术,都能降低锅炉原始氮氧化物排放浓度,但是也带来了诸如负荷降低、热量损失增加、CO排放值升高、飞灰和炉渣中含碳量升高等问题。周托等通过理论及试验研究提出采用循环流化床炉内低氧燃烧,并结合旋风分离器出口烟道喷入补燃风,从而达到控制NOx排放浓度及保证燃烧效率的技术原理。本文研究基于以上原理,对1台70MW循环流化床热水锅炉进行改造并开展了实炉试验。

1试验

1.1试验原理

中试研究得出:控制炉膛内的过量空气系数,使炉膛和旋风分离器内呈低氧燃烧状态(即过量空气系数低于正常的1.2,略大于1),利用烟气中残炭和CO抑制NOx的生成,或使已生成的NOx转化为N2,从而使旋风分离器出口的原始NOx排放浓度降低;同时在旋风分离器出口烟道加入补燃空气,充分燃尽尾部烟气中的未燃尽组分。

1.2试验锅炉

本次试验在黑龙江省黑河市某热源厂的1台70MW循环流化床热水锅炉上进行。锅炉基本结构见图1。

1.jpg

由炉膛、汽包、旋风分离器、补燃风系统、高温省煤器、低温省煤器、空气预热器等组成,炉膛尺寸(长×宽×高)为5.4m×4.4m×23.0m,一次风风帽均匀分布,二次风由8根风管从前后墙1.8M高处给入炉膛,2个旋风分离器对称布置在后墙。炉膛下部前后墙上各均布4个热电偶(T1~T8),炉膛密相区上部和炉膛出口侧墙上各布置1个热电偶(T9~T12),每个旋风分离器返料腿各布置1个热电偶(T13、T14),高温省煤器上部烟道侧墙各布置1个热电偶(T15、T16)。试验中利用便携式烟气分析仪Testo350实时分析烟气成分,烟气取样口设置在低温省煤器的尾部烟道上。

开展试验前对锅炉进行了尾部补燃的改造,在每个旋风分离器中心筒出口处增设一组补燃风喷口,每组补燃风喷口有3个喷嘴,补燃风从热一次风母管引出。

1.3燃料特性

试验使用的燃料是内蒙古煤,产自呼伦贝尔煤矿。燃料的工业分析与元素分析结果见表1。

2.jpg

1.4试验工况

试验工况设置:工况1在未经调整情况下,测定锅炉的NOx和CO的原始排放浓度;工况2研究改变给煤量对锅炉的NOx和CO的排放浓度的影响;工况3研究改变一、二次风风量对锅炉NOx和CO的排放浓度的影响;工况4研究采用炉膛低氧燃烧加尾部补燃技术时NOx和CO的排放浓度。主要的工况参数见表2。

炉膛下部(二次风喷入位置以下)的过量空气系数为λ1,炉膛上部(二次风喷入位置以上)的过量空气系数为λ2,尾部烟道内的过量空气系数为λ3。λ1、λ2和λ3为:

2结果与讨论

2.1原始NOx排放工况1锅炉的原始NOx和CO的排放浓度见图2,温度分布见图3。

5.jpg

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