75t/h中温分离CFB锅炉增加三层二次风的低氮燃烧改造

主要原因有:(1)下二次风喷嘴中心上移0.5m,下二次风口下部的处于较强还原气氛下的富燃料区间(密相区)增加,物料在强还原气氛下停留时间延长,有利于抑制NO生成,且提高了NO还原速率,降低了NOx排放质量浓度;(2)下二次风喷嘴中心上移0.5m,距离布风板的高度由2.44m增至2.94m,距离回料口的高度由1.59m增至2.09m｡

该区域物料质量浓度有所降低,同时下二次风喷口设计空气速度由48m/s提高到54m/s,下二次风的穿透射程增大,扰动､混合作用增加,提高了炉膛中心区域的传热强度和氧气浓度,两级燃烧作用明显;(3)本试验是在维持一次风量和上二次风量基本不变､通过增加二次风机变频器开度来增加二次风量调整二次风率β的,而研究证明增加二次风率有抑制燃料氮的转化､减少NOx生成的作用,从而降低NOx排放质量浓度｡

3.2中二次风率km对NOx排放质量浓度的影响

保持一次风量和上二次风量基本不变､二次风机变频器开度基本不变､二次风率β≈50%的情况下,通过调节下二次风和中二次风挡板开度来改变中二次风率km｡图3描述了中二次风率km对NOx排放质量浓度的影响｡

由图3可见:随着中二次风率km的增加,NOx排放质量浓度呈现先明显下降(km≤30%),再下降速率逐渐减小(30%<km≤45%)至平缓(45%60%),表现为开口向上的抛物线,拟合公式为式(4),重合度为0.9787｡由此可推断,燃烧福建无烟煤的中温分离CFB锅炉存在有一个最佳的中二次风率km,使NOx排放质量浓度最小,这与改造前试验得到的规律是基本一致的｡根据本试验结果,在过量空气系数λ≈1.2､二次风率β≈50%的情况下,最佳的中二次风率km在45%~60%｡

与改造前相比,在中二次风率km(原上二次风率k)基本相同的情况下,NOx排放质量浓度降低35~45mg/m3;最佳的中二次风率km由55%~65%前移至45%~60%｡

主要原因有:

(1)将一､二次风量的比例由60∶40调整为50∶50,在额定工况下布风板设计烟速由3.83m/s降低为3.65m/s,加上下二次风喷嘴中心上移0.5m,物料在强还原气氛下的富燃料区间(密相区)停留时间延长约0.17s,有利于抑制NO生成;

(2)中二次风喷口设计空气速度由48m/s提高到54m/s,增强了中二次风的穿透性和扰动性,提高了炉膛中心区域的传热强度和燃烧均匀性,减少了NOx生成量和排放量;

(3)保持一次风量和上二次风量基本不变､二次风机变频器开度基本不变､二次风率β≈50%的情况下,通过调节下二次风和中二次风挡板开度来改变中二次风率km,随着中二次风率km增加,下二次风随之减少,意味着中二次风喷嘴以下的流化速度变小,物料停留时间增加,密相区和过渡区的还原性气氛增强,NOx的生成量和排放量减少;

(4)随着中二次风率km增加,炉膛内空气含氧量随之增加,强化了福建无烟煤的后燃性,提高了炉膛出口烟温,增加了焦炭燃烧和挥发分N燃烧过程NO生成量,对NOx排放质量浓度起到双重作用;

(5)当中二次风率km在45%~60%,虽然中二次风喷嘴以下的煤炭处于还原性气氛中不完全燃烧,但密相区内严重缺氧环境也延迟了颗粒的着火和燃烧,NO的生成量和排放量达到最低值;

(6)当中二次风率km超过60%时,密相区内严重缺氧影响了NH3与NO的还原反应,导致NOx排放质量浓度增加｡

3.3上二次风率kup对NOx排放质量浓度的影响

保持一次风量基本不变､二次风机变频器开度不变､下二次风和中二次风挡板开度不变,通过调节上二次风挡板开度(配合微调一次风机出口挡板开度)来改变上二次风率kup｡图4描述了上二次风率kup对NOx排放质量浓度的影响｡

由图4可见:随着上二次风率kup的增加,NOx排放质量浓度呈现先平缓下降(kup≤15%)再逐渐上升的趋势,拟合公式为式(5),重合度为0.9749｡

主要原因有:

(1)在水冷壁前后墙标高12.65m处新增一层上二次风16个风嘴,上二次风喷口空气设计速度为64m/s,而该区域物料质量浓度较低,上二次风具有较强的穿透性和扰动性,可有效降低NOx生成量;

(2)随着上二次风率kup的增加,虽然上二次风的穿透射程随之增加､混合和搅拌能力随之加强,也提高了中心区域的传热强度和氧气浓度,分级燃烧作用明显,可有效抑制NOx生成量;

(3)当上二次风率kup超过15%后,上二次风喷嘴以下的煤炭处于还原性气氛中不完全燃烧,大量低温(约180℃)的上二次风的射入虽然提供了充裕的氧气,但降低了炉膛内的温度,延迟了颗粒的着火和燃烧;

(4)本试验是保持一次风量和下､中二次风量基本不变,通过调节上二次风挡板开度(配合微调一次风机出口挡板开度)来改变上二次风率kup｡上二次风率kup增加,意味着空气过量系数λ增加,而试验证明NO排放质量浓度随空气过量系数λ增加而增加｡

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