330MW循环流化床锅炉低氮燃烧改造

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NO_x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 (NO_x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 (NO_x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 NO_x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。

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