摘 要:伴随我国工业化的快速发展,NOX的排放总量也呈逐年上升的趋势,如此便造成了环境污染的不断加剧,因此有效控制NOX的排放量已势在必行。为此,在低氮燃烧技术的基础上,通过对蒲洲发电锅炉设备现状的概述,阐述了低氮燃烧技术在蒲洲发电锅炉设备改造中的应用,并提出了相应的对策。
关键词:低氮燃烧技术;蒲州电厂;改造;应用
为了我国的可持续发展,有效保护环境,控制氮氧化合物的排放量,提高其排放标准已是大势所趋,尤其是近年来我国兴建的多家大型火力发电企业,已经成改造的关键。鉴于当前众多发电企业在炉燃料系统中所使用的先进的氮燃烧技术现状,本文以蒲洲发电锅炉改造为例,阐述了其应用价值和注意事项,以供参考。
1 低氮燃烧技术介绍
低氮燃烧技术,即保证燃烧中氧化而成的氮化合物较低的技术,低NOX燃烧技术投资低,且有较好的效果与运行经验,特别是低氮氧化物燃烧器与空气分级燃烧的联合使用,效果更佳;烟气脱硝技术中SCR和SNCR具有较多的商业化运行业绩,且脱硝效率较高。一般,由燃料中氮的热分解温度低于煤粉燃烧温度,在600-800℃时就会生成燃料型。在生成燃料型NOx过程中,首先是含有氮的有机化合物热裂解产生N,CN,HCN和等中间产物基团,然后再氧化成NOx。由于煤的燃烧过程由挥发份燃烧和焦炭燃烧两个阶段组成,故燃料型的形成也由气相氮的氧化(挥发份)和焦炭中剩余氮的氧化(焦炭)两部分组成。主要影响因素燃料中的氮和挥发份含量、温度、过剩空气系数等。
低氮燃烧技术中可分为3个关键点:1、主燃烧器区域的过量空气系数的选择,要取得一定的NOx排放值,对不同容量大小和燃 用不同煤质的机组,主燃烧器区域的过量空气系数会有所不同,但都有一个最佳的过量空气系数值。2、SOFA燃烧器离主燃烧器区域的距离,NOx的生成量与SOFA离主燃烧区域的距离成反比关系,但SOFA离主燃烧区的距离越大,锅炉飞灰含碳量会有一定程度的增加。3、一次风浓淡技术。
2 蒲州电厂设备现状概述
2.1 设备概述
蒲洲发电分公司2×300MW锅炉为哈尔滨锅炉厂股份有限公司生产的HG-1060/17.5-YM31型亚临界压力一次中间再热自然循环汽包炉,采用单炉膛,倒U型布置,四角切圆燃烧,平衡通风;全钢构架,悬吊结构,露天布置、固态排渣,燃用混煤。锅炉采用正压直吹式制粉系统,5ZGM95G型中速磨煤机,在锅炉满负荷时4台投运,1台备用。
2.2锅炉主要参数
3 低氮燃烧技术在蒲州电厂中的改造
针对上述设备概况及主要参数,设定改造目标如下:锅炉原有的性能设计参数,如出力、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、锅炉效率;过热器减温水流量不得超过原设计值;再热器减温水流量不能超过基准试验值;在200~300MW负荷,省煤器出口CO含量应小于100ppm,NOx排放应小于550mg/Nm3(干基,6%O ,按折算成NO2浓度计)、飞灰含碳量不得大于1.5%。同时,要保证在改造后锅炉原有燃煤适应性不能下降,在A级检修周期内,内燃烧器不能发生煤粉泄漏,不能发生因燃烧器改造而引起的受热面金属管壁超温或水冷壁爆管,不能发生包括燃烧器区域在内的炉膛结焦和炉膛的高温腐蚀。
根据上述改造目标,采用MAS-LNCT 低氮燃烧技术进行改造,其中,低位和高位SOFA燃烧器改造图如下所示。
其他改造如下:
3.1 主燃烧器上方布置低位和高位SOFA燃烧器(~26%总风量),主燃烧器顶部布置CCOFA(7%总风量),沿炉膛高度方向形成三级分级送风,如此分级燃烧,有效降低NOx的生成量;利用百叶窗式水平浓淡燃烧技术将煤粉分成浓、淡两股煤粉气流,使其均形成偏离化学当量燃烧,即在炉膛水平方向形成燃料和风量的分级燃烧,如此可有效降低NOx的生成量;在主燃烧器中布置3层贴壁二次风,使炉膛水平方向形成分级送风,可有效降低NOx的生成量;对一次风喷嘴出口上下布置扩压器,浓淡一次风间设垂直盾体,推迟一次风的混合,均可有效降低NOx的生成量。
3.2 因为蒲州电厂燃用煤是混煤,硫元素含量高,所以低NOx燃烧的分级送风会使主燃烧器区域处于还原性气氛,炉内易结渣,因此在维持水平浓淡燃烧燃烧方式的基础上,布置等边周界风,如此可在炉内形成较为理想的“风包粉”气流,水冷壁附近一直处于富氧状态,有效降低或防止了炉膛的结焦和高温腐蚀。此外,在上3层一次风喷口附近布置3层贴壁风喷口,以及适当提高和降低一次风速和风温,亦防止了喷口结焦和烧损,以及炉膛的结焦和高温腐蚀。
3.3 改造设计维持一次风标高维持不变,增设3层贴壁二次风,如此提高了炉内烟气充满度,延长了炉内烟气停留时间,降低了炉膛的出口烟温;当然,在锅炉运行中,调节SOFA燃烧器垂直摆动和水平摆动,以及燃烧器火焰中心高度和炉膛出口烟温偏差也可降低炉膛的出口烟温和烟温偏差。
3.4 利用百叶窗水平浓淡燃烧技术,将煤粉分成了浓淡两股煤粉气流,浓煤粉在向火侧,淡煤粉在背火侧,确保锅炉低负荷时煤粉可及时着火和稳燃,在浓、淡煤粉间设垂直钝体,保持浓淡一次风之间6°夹角,另在浓煤粉中布置水平稳燃齿,在一次风喷嘴出口布置扩压器,以提高高温烟气的卷吸效果,增加煤粉气流在喷嘴附近的停留时间,推迟二次风混入,进而提高燃烧效率。将燃烧器喷嘴出口端四角和喷嘴尾部设计成圆弧形,从而达到稳定间隙风、维持二次风刚性,进而达到提高锅炉燃烧效率的目的。
4 改造时的注意事项
炉膛出口烟温偏差是低氮燃烧技术改造中必须注意的问题,因为若炉膛垂直出口截面中热流分布不均,则会导致位于垂直出口截面附近的受热面金属壁温的不一致,严重时,末级过热器或再热器受热面的少数管子会因为管壁温度过高而发生管子胀粗、爆管事故。当然,要想全面而准确地测量一台大型燃煤电站锅炉炉膛出口烟温或烟速的具体分布情况是十分困难的,所以,烟温偏差的幅度一般用末级过热器或再热器管壁温度的均匀或不均匀性来衡量。
5 结束语
目前,我国低氮燃烧技术尚处于起步阶段,因此要达到有效控制NOX排放的目的,实现经济和环境协调、健康发展的目标,必须在低NOX燃烧器和空气分级燃烧联合利用低氮燃烧技术的基础上,加快烟气脱硝示范工程建设,广泛开展国际合作,努力引进、钻研国外烟气脱硝技术,从而为实现烟气脱硝国产化,降低烟气脱硝投资作出应有的贡献。