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3×75t/h循环流化床CFB锅炉低氮燃烧改造

北极星环保网来源:循环流化床发电2018/10/22 10:46:35我要投稿

北极星环保网讯:国电吉林龙华蛟河热电厂位于吉林省蛟河市南部,目前电厂装机规模为3×75t/h循环流化床锅炉,配置2台12MW凝汽汽轮机。1#、2#机组配置济南锅炉厂生产的YG-75/3.82-M1型循环流化床锅炉,于2001年12月投产;3#机组配置太原锅炉集团有限公司生产的TG-75/3.82-M23型循环流化床锅炉,于2007年11月投产。锅炉经过10a多的运行,燃烧过程中现存在以下问题:a)3台锅炉均达不到设计出力,在实际运行过程中,锅炉最大出力仅为60t/h~62t/h;b)3台锅炉运行中都出现高床温及运行温差大现象,仅在60t/h~62t/h出力下床温就高达980℃及温差200℃以上,导致NOx排放浓度为596mg/Nm3,造成严重超标。

针对以上问题,公司成立项目研发团队,采取低氮+燃烧优化改造技术对该厂3台锅炉进行了改造,达到了锅炉低氮和燃烧优化的最终要求。

1锅炉燃烧过程中存在问题分析

针对CFB(循环流化床锅炉)锅炉运行后燃烧过程中普遍存在的一些情况及对该厂进行前期收资和考察并与现场专业人员充分交流后掌握的一些情况,总结出3台锅炉存在的问题分析如下。

1.1锅炉出力不够问题分析

蛟河热电厂3台CFB锅炉原设计煤质为褐煤,适宜燃烧煤种包括烟煤、贫煤、无烟煤,其低位发热量为14200kJ/kg,全水分为6.5%,收到基硫为0.39%,入炉煤粒粒径为0mm~8mm;而实际入厂煤以火车煤为主,煤源较多,煤质变化范围较大,其低位发热量为13139kJ/kg,全水分为10.4%,收到基硫为0.6%,入炉煤粒粒径为15mm~20mm。分析得知锅炉实际运行时主要以低热值、高水分、大粒径燃煤为主。一般情况下,当煤的发热量越低、水分越高、粒径越粗时,为了保证锅炉原有的设计出力,电厂运行人员就不得不增加入炉煤量,这样就导致耗煤量增加,床温升高,煤在炉膛底部沉积,炉膛结焦可能性增加,威胁锅炉安全运行,因此又不得不通过减少入炉煤来解决,最终导致锅炉带不上负荷,出力不足。

旋风分离器是CFB锅炉灰循环的一个核心部件,其入口烟速和导流特征直接影响着分离器的收尘效率,决定了灰循环倍率,不仅影响燃尽,降低燃料的利用率,还影响传热和脱硝效果。分离器入口烟道处喉口位置的烟气流速一般控制在24m/s~28m/s范围内,而从收资情况看,3台分离器喉口烟气流速均为22m/s,烟速偏低,分离效果太差。因此可以适当提高分离器入口的烟气流速,使其增速后能显著改善分离器灰尘捕集效率,对抑制床温和提高蒸发能力均能产生直接推动作用,从而避免锅炉设计出力不足问题发生。

由于CFB锅炉的燃烧系统不仅包含主燃烧区燃烧室、整个炉膛区域、旋风分离器区域,还包括返料风室、返料斜腿等这几部分组成。当返料风室出现问题就会出现流化不畅,返料腿出现问题就会产生返料不畅,甚至发生燃烧室内烟气反串等情况发生,从而破坏整个物料循环系统,打破炉膛内物料平衡和热平衡,床温升高,负荷降低。

1.2NOx超标问题分析

NOx超标主要与炉膛中心区缺氧及床温分布不均,床温异常,一二次风配风方式,炉膛出口、返料温度与床温差值过大,床温与一次风的配合等因素有关。

1.2.1炉膛中心区缺氧及床温分布不均

CFB锅炉炉内普遍存在着炉膛中心区氧量分布不均和床温分布不均及局部高温现象。由于CFB锅炉固有的结构特点,热空气在炉膛燃烧区容易产生“烟囱效应。根据NOx的生成机理,此时热力型的NOx在局部富氧和高温条件下大量产生。

CFB锅炉往往由于流化不均匀,会导致床温偏差。其原因主要在于煤粉粒径分布不均,流化程度偏差,一、二次风配比不合适,返料系统不完善等。同时流化不均也会造成局部高温点,使得热力型NOx急剧增加。

1.2.2床温异常

对于CFB锅炉来说,控制床温是CFB锅炉低氮燃烧的关键之一。从理论上来讲,860℃~875℃是CFB锅炉最佳低氮燃烧温度。但实际运行中仍然存在问题,如颗粒粗大或颗粒过细,布风板、风帽和静压室设计缺陷等,导致床温偏高或偏低。如床温过高,则会造成炉膛水冷壁等部位结焦加剧和NOx过量生成。而床温太低,则又会导致锅炉启动困难或熄火及燃料燃烧不充分等问题产生。

1.2.3一二次风配风方式

蛟河热电厂3台循环流化床锅炉原设计一二次风配比为6:4,一次风率过大,二次风率过小。典型的一次风与二次风的比例一般按照4:6或5:5配置比较普遍。对于任何一种锅炉,二次风是整个炉内燃烧过程的主旋律,因此在低氮分级燃烧方案中一般都是采取减小一次风在总风量中的占比,保证二次风占比更大。

这样既可以保证燃料在炉膛下部主燃烧区适当缺氧燃烧,达到低氮燃烧效果;同时未燃尽燃料随烟气在炉膛内上升区域在二次风的作用下进一步燃烧,达到燃料燃尽效果,形成了低氮与燃烧优化的完美结合。同时从该厂二次风的布风方式看,二次风喷口数量共21个,分3层布置,均在拐点以下密相区,布局不合理,二次风射流穿透性差,氧化性气氛浓厚,起不到低氮分级燃烧的效果。

延伸阅读:

超临界循环流化床机组超低排放脱硫除尘技术路线对比分析研究

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