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330MW循环流化床锅炉低氮燃烧改造

北极星环保网来源:循环流化床发电 王文军2019/1/11 9:09:30我要投稿

北极星环保网讯:某厂机组投运以来,锅炉总体上运行平稳,但也存在高负荷运时锅炉局部床温较高、床温偏差较大,燃烧时NOx排放较高,脱硝剂氨水耗量偏大等问题,在通过加强燃煤粒度控制与优化燃烧调整等措施后,上述问题仍未得到很好的解决。因此,如何降低燃烧时NOx原始排放,在保证环保排放的基础上减少脱硝剂氨水耗量,已成为该厂面临的重要课题。

1设备概况

某厂建设有2台330MW 循环流化床锅炉发电机组,锅炉为 DG1165/17.5-II 1 型亚临界参数国产化循环流化床汽包炉、自然循环、单炉膛、一次中间再热、汽冷式旋风分离器、平衡通风、露天布置、燃煤、固态排渣、受热面采用全悬吊方式,刚架为双排柱钢结构。机组环保工艺中脱硝采用选择性非催化还原 SNCR (ive non-catalytic reduction) 脱硝技术,在锅炉分离器入口烟道喷入氨水,利用氨水与炉内生成的氮氧化物反应从而实现脱硝。

某厂投产以来,锅炉整体运行平稳,氮氧化物排放满足 《火电厂大气污染物排放标准》GB13223—2011 要求 (NOx排放≤100mg/Nm3)。2016 年山西省开始推行火电机组超低排放改造,公司积极响应政府文件精神,进行了超低排放改造,并开始超低排放试运行 (NOx排放≤50mg/Nm3)。

2氨水耗量偏大原因分析

从NOx生成机理上分析,造成氨水耗量大的根本原因在于NOx原始排放量偏高,再加上超低排放运行,使氨水用量增加,其次 SNCR 脱硝存在最佳反应窗口温度,脱离窗口温度后 SNCR 脱硝效率下降,氨水耗量将增加。循环流化床 CFB(circulating fluidized bed) 锅炉NOx原始排放主要受燃料中氮元素含量、锅炉运行床温及床温均匀性、密相区氧量等因素影响,而 SNCR 脱硝效率主要取决于分离器入口烟温。

目前该厂煤种较稳定,燃料中氮元素含量不高,而锅炉布风板宽深比较大,整体运行床温偏高 (尤其高负荷段),床温均匀性也较差,床温偏高运行人员不得不增加一次风量来控制床温,使得密相区局部氧量相对偏高,最终导致锅炉NOx原始排放偏高,同时分离器入口烟温的偏低导致 SNCR 脱硝偏离最佳反应温度,脱硝氨水耗量偏大。

2.1 高负荷时锅炉运行床温高、床温偏差大

锅炉最大连续蒸发量 BMCR (boiler maxi-mum continue rate) 工况下设计床温 910 ℃,实际锅炉在满负荷运行时平均床温约 950 ℃,中间局部床温达 990 ℃,两侧平均床温约 900 ℃,高负荷运行时中部床温明显高于两侧床温,最大偏差达 90 ℃。

造成该厂锅炉运行床温高的原因,一是炉膛差压偏低,300 MW 负荷炉膛差压仅 0.75 KPa,在燃煤粒径控制基本稳定时,炉膛差压直接反应锅炉分离器效率,分离器效率偏低说明锅炉返料量较少,而 CFB 锅炉床温的冷却主要依靠返料,返料量少,锅炉密相区热量被返料带走的份额减少,造成锅炉床温升高;二是基建期锅炉安装了防磨梁,减小了水冷壁内循环贴壁流和水冷壁吸热面积,对床温也有一定影响。

运行床温偏差大主要因为锅炉水冷风室进风方式为两侧进风,这种进风型式的水冷风室静压分布特点是风室中部静压高于两侧,导致炉膛布风不均匀,布风板中部氧量更充足,燃烧更好,中部床温明显高于两侧床温,造成锅炉运行床温偏差。

因锅炉床温高,床温不均匀偏差大,满负荷局部床温甚至超过 990 ℃,远远超过NOx反应最佳高效温度 (880~900 ℃) ,直接导致NOx排放增加。而高床温使得运行人员不得不增加一次风量来控制床温,进一步增加了密相区氧量,违背了锅炉分级配风燃烧降低 NOx生成的原则,加剧了锅炉原始NOx的生成。机组NOx原始排放最高达到 330 mg/Nm3。

2.2 分离器入口烟温偏离SNCR脱硝最佳反应温度

SNCR 脱硝存在反应窗口温度 (850~950 ℃),当锅炉炉膛差压偏低时,锅炉大部分燃烧聚集在密相区,锅炉上部燃烧份额降低,锅炉出口烟温偏低,分离器入口烟温偏低,SNCR 脱硝不能具备最佳反应温度,脱硝效率下降,为达到排放标准,不得不简单地增加氨水喷入量,造成氨水耗量升高。

3低氮燃烧改造方案

3.1 改造思路

针对目前的问题,根据上述分析,锅炉低氮燃烧改造方案主要思路如下。

a) 增加炉内换热面积,降低床温,降低NOx生成。通过在锅炉中部增加水冷屏以增加换热面积,加强吸热,从而降低炉膛中间局部床温,降低主循环回路温度水平以减少 NOx排放,此思路常规方案为在炉内增加新水冷屏受热面,达到降低床温的作用,但水冷壁换热量的增加会使得整体炉膛温度下降,原本炉膛上部温度就偏低,加水冷屏后上部温度会进一步降低,会引起炉膛上部炉内过热汽与再热汽吊屏吸热量减少,锅炉出口烟温降低,尾部受热面吸热受影响,可能会影响主汽温度和再热汽温度,该思路需谨慎实施。

此外,锅炉基建期增加的防磨梁减少了水冷壁换热面积,若将部分防磨梁拆除则可以增加一定炉内换热面积,从而达到降低床温的目的。

b) 增加锅炉外循环量以降低床温,降低NOx生成。 一是通过分离器提效,来增加外循环量。根据上节分析,目前分离器效率偏低,若能将分离器效率提高,则会增加锅炉外循环量,锅炉返料量的增加,会加强锅炉密相区冷却,降低运行床温,降低NOx原始生成,同时分离器效率的提高会增加锅炉炉膛差压,增加锅炉上部燃烧份额,提高分离器入口烟温,从而为 SNCR 脱硝提高更好的反应温度条件。二是通过加强配煤掺烧,降低燃煤发热量,增加循环灰量。通过增加中煤掺烧量,提高燃煤灰分含量,从而增加循环灰量,最终来降低床温。

c) 布风板阻力优化,减少床温偏差。通过风帽阻力优化,增加风室中部风帽阻力,使得布风更加均匀,炉内物料流场和温度流场更均匀,以降低床温偏差。

3.2 改造方案

根据上述改造思路,经过计算并根据炉内磨损检查情况,考虑增加炉内换热面可能会影响锅炉汽温,遂放弃这一思路,最终确定改造方案。

延伸阅读:

脱硝技术之循环流化床锅炉低氮燃烧改造

3×75t/h循环流化床CFB锅炉低氮燃烧改造

低氮燃烧器的原理是什么?

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