電站水煤漿鍋爐空氣分級燃燒技術(shù)的試驗(yàn)研究趙琛杰',周俊虎2,劉建忠2,周志軍2,黃鎮(zhèn)宇2,岑可法21.浙江百能科技有限公司,淅江杭州3100122.浙江大學(xué)能源清潔利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,淅江杭州310027[摘要]對某新建670t/h燃用水煤漿鍋爐的空氣分級燃燒、水煤漿燃盡率以及鍋爐結(jié)渣等對NO排放的影響進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,采用空氣分級燃燒技術(shù)后,鍋爐在530t/h負(fù)荷下運(yùn)行,通過調(diào)整過量空氣系數(shù)和配風(fēng)方式,鍋爐NO排放量可降至380mg/m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài),下同);燃燒過量空氣系數(shù)控制在1.2左右時,通過配風(fēng)調(diào)整可以同時保證低NO-排放量和然燒穩(wěn)定、高效;水煤漿的燃盡率和鍋爐結(jié)渣現(xiàn)象無明顯惡化。[關(guān)鍵詞]鍋爐;水煤漿;空氣分級燃燒;NO2排放量;一次風(fēng);二次風(fēng);然盡率[中圖分類號]X701.3[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1002-3364(2011)11-0061-04[DOI編號]10.3969/j.issn.1002-3364.2011.11.061APPLICATION OF AIR-STAGED TECHNOLOGY ONTO COAL-WATERSLURRY FIRED UTILITY BOILERZHAO Chenjie, ZHOU Junhu', LIU Jianzhong, ZHOU Zhijun, HUANG Zhenyu, CEN KefazI. Pyneo Co Ltd, Hanghou 310012, Zhejiang Province, PRC2. State-level Key Laboratory of clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, Zhejiang Province, PRCAbstract: The air-staged combustion technology has been adopted in design of a newly constructed 670t/h coal-water slurry(CWS)fired boiler. In order to understand the influence of said technology uponthe air distribution mode, the coefficient of excess air, the mode of putting coal water slurry guns inteoperation, the burnout efficiency of CwS, the slagging condition, and the NO, emission, a large amountof tests has been carried out. Results show that the operation of said boiler is under a load of 530 t/hafter adopting the air-staged combustion technology, through adjustment of the excess air coefficien發(fā)電技術(shù)論and the air distribution mode, the no, emission reaches 380 mg/ m(standard condition, similarly here-inafter), the coefficient of excess air has to be controlled at about 1.2,at the same time, the adjustment論壇一蘊(yùn)of air distribution can ensure low NO, emission as well as stable and effective combustion, but withoutsubstantial change in burnout and slagging of Cws.Key words: coal water slurry boiler; air staged combustion: NO, emission; primary air; secondaryair: burnout收稿日期:2011-11-24E-mail:bigceng@163.com1鍋爐概況FF(OFA)FE(OFA)上組670t/h燃用水煤漿鍋爐配置75MW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組,該鍋爐本體為Ⅱ型布置,爐膛橫截面寬深比為1,燃燒采用正四角布置直流燃燒器切圓燃燒方式,次風(fēng)和二次風(fēng)雙切圓布置,切圓直徑分別為600、800mm。二次風(fēng)噴口分為上、下2組布置,上組燃燒器在最上層二次風(fēng)噴口上方布置有2層反切燃盡風(fēng)(OFA,編號自下而上為FE、FF),切圓直徑為600mm。下組燃燒器均勻布置5層一次風(fēng)(編號自下而上下組為:A、B、C、D、E)和6層二次風(fēng)(編號自下而上為:AA、AB、BC、CD、DE、EE)。一次風(fēng)噴口內(nèi)布置有帶旋流葉片的中心風(fēng)噴口,AA、AB層二次風(fēng)噴口內(nèi)布置點(diǎn)火油槍,一次、二次風(fēng)噴口布置見圖1。鍋爐設(shè)計(jì)燃用兗州煤水煤漿,燃燒器設(shè)計(jì)過量空氣系數(shù)為1.2。水煤漿燃料特性見表1。圖1一次、二次風(fēng)噴口布置表1水煤漿工業(yè)與元素分析工業(yè)分析/%Qar, net元素分析/%Har36.7210.9135.62525916.5664.352.074.620.950.38表2試驗(yàn)工況丁況過量空氣鍋爐負(fù)荷二次風(fēng)門開度/%編號系數(shù)/t·hFF FEAB1.3370695151446706961516851737172555157591.20技術(shù)1.1647742壇2未采用空氣分級燃燒技術(shù)對NO2此時燃燒配風(fēng)方式近似不采用空氣分級燃燒的情況,獨(dú)排放的影響NO,排放量為1069mg/m3。工況G4下FF、FE風(fēng)門開度增加到72%和73%EE風(fēng)門開度略微增加,各試驗(yàn)工況下的相關(guān)參數(shù)見表2。由表2可見,NO,排放量為685mg/m3,比工況Gl時降低359%。二工況G1下FF、FE風(fēng)門開度分別為20%和35%時,燃工況Gl、G4的過量空氣系數(shù)(1.33)大于設(shè)計(jì)值(1.2),風(fēng)量較大,不利于降低NO的排放第O盡風(fēng)量占總二次風(fēng)量比例較小,燃燒空氣分級程度低,期二3空氣分級燃燒技術(shù)對NO2排放的爐負(fù)荷穩(wěn)定在440t/h左右,燃燒配置風(fēng)總風(fēng)量及各影響層風(fēng)門開度保持不變,調(diào)整漿槍投入方式時,鍋爐穩(wěn)定。工況G為A層投入運(yùn)行1支漿槍,E層投3.1配風(fēng)方式支漿槍;工況G3為A層投入3支漿槍、E層投人1支工況G5與工況G4相比,FE、CD風(fēng)門開度減小,漿槍,工況G2、G3總漿量保持一致及其它層漿槍投入BC風(fēng)門開度增大,此時NO2排放量為515mg/m3,比數(shù)量保持不變。工況G2下水煤漿分布偏向主燃燒區(qū)G4工況進(jìn)一步降低。這是因?yàn)镋E、CD風(fēng)門開度減上部,NO,排放量為823mg/m3;而工況G3下水煤小使主燃燒區(qū)的過量空氣系數(shù)進(jìn)一步降低,相同燃盡漿分布偏向主燃燒區(qū)下部,NO,排放量為684mg/m2風(fēng)門開度下燃盡風(fēng)量有所增加,空氣分級程度增強(qiáng),對這是因?yàn)樗簼{集中在主燃燒區(qū)上部時,主燃燒區(qū)下降低主燃燒區(qū)NO的生成量有促進(jìn)作用。同時,E部的漿量相應(yīng)減少,主燃燒區(qū)下部過量空氣相對偏多層二次風(fēng)量減少使該層二次風(fēng)至FE層燃盡風(fēng)間的過氧量偏高,NO生成量增加。另外,漿量偏向主燃燒渡區(qū)域氧量減少,還原性氣氛增強(qiáng),促進(jìn)了該過渡區(qū)域區(qū)上部分布,主燃燒區(qū)內(nèi)和主燃燒區(qū)至燃盡區(qū)之間各內(nèi)NO,的還原分解反應(yīng),降低了NO的排放量。但層水煤漿加權(quán)平均停留時間相對減少,煙氣中的NO是,燃燒調(diào)整過程中若空氣分級的比例過大,會造成燃被還原分解的停留時間減少,大量的NO2來不及被還盡風(fēng)量過多水煤漿燃燒不穩(wěn)定。因此,實(shí)際運(yùn)行時在原就被煙氣帶入燃盡區(qū),從而導(dǎo)致NO,排放量增加保證主燃燒區(qū)水煤漿穩(wěn)定著火燃燒的基礎(chǔ)上,適當(dāng)?shù)匾虼?為降低鍋爐NO的排放量,應(yīng)選擇投運(yùn)靠近主提高空氣分級程度,增加燃盡風(fēng)量,降低主燃燒區(qū)最上燃燒區(qū)中下部的水煤漿漿槍。層二次風(fēng)量對降低NO排放量有促進(jìn)作用。空氣分級燃燒對水煤漿燃盡率和3.2過量空氣系數(shù)鍋爐結(jié)渣的影響保持鍋爐負(fù)荷和配風(fēng)方式不變,通過調(diào)節(jié)各層二次風(fēng)門開度調(diào)整燃燒總風(fēng)量,實(shí)現(xiàn)對過量空氣系數(shù)的該水煤漿鍋爐采用空氣分級燃燒技術(shù)后各工況下調(diào)整。工況G8、G9下鍋爐負(fù)荷為477t/h、當(dāng)過量空爐渣和飛灰含碳量見表3。當(dāng)鍋爐負(fù)荷較低(工況氣系數(shù)由1.2降至1.16時,NO2排放量由424mg/m2G2、G3、G4)時,爐渣含碳量偏高,而飛灰含碳量均在降低到363mg/m3;工況G6、G7下鍋爐負(fù)荷為5303%以下。當(dāng)鍋爐運(yùn)行負(fù)荷提高(工況G8、G9)后,爐t/h時,過量空氣系數(shù)由1.21降低到1.18,NO,排放渣含碳量明顯下降,飛灰含碳量略有升高。由于工況量由451mg/m3降低到380mg/m3?？梢?減少燃燒G9比工況G8總風(fēng)量小,空氣分級后局部燃燒區(qū)域缺總風(fēng)量降低過量空氣系數(shù),可降低NO,排放量。這氧程度比工況G8嚴(yán)重,飛灰含碳量略微增加。當(dāng)鍋是因?yàn)?采用空氣分級燃燒技術(shù)后,燃燒所需風(fēng)量分成爐負(fù)荷進(jìn)一步上升(工況G6、G7)時,爐膛內(nèi)溫度比低2部分送人爐內(nèi),過量空氣系數(shù)降低時燃燒總風(fēng)量相負(fù)荷時明顯提高,促進(jìn)焦炭燃燒爐渣含碳量降低,飛應(yīng)減少,同時分級送入主燃燒區(qū)的空氣量減少,主燃燒灰含碳量沒有明顯升高。水煤漿燃燒溫度比純煤粉燃發(fā)區(qū)氧量降低減少了主燃燒區(qū)NO的生成量。另外,嬈低100~200℃,采用空氣分級燃燒后水煤漿燃燒初電主燃燒區(qū)至燃盡區(qū)的過渡區(qū)域內(nèi)氧量隨之下降,促進(jìn)期主燃燒區(qū)配風(fēng)量減少、溫度提髙提高了水煤漿的燃了該過渡區(qū)域內(nèi)的NO還原分解反應(yīng)。采用空氣分盡率。級燃燒方式下,過量空氣系數(shù)減小時,燃盡風(fēng)門開度無需過大即可降低NO排放量。表3水煤漿灰渣含碳量%工況編號爐渣含碳率飛灰含碳率11.032.053.3水煤漿漿槍投運(yùn)方式2.71技術(shù)論壇一熱力友電二試驗(yàn)以壓縮空氣為霧化介質(zhì),水煤漿以霧化形式9.78噴人爐內(nèi)進(jìn)行燃燒,5層一次風(fēng)噴嘴內(nèi)均布置有水煤漿霧化漿槍,共設(shè)置20支,運(yùn)行時可根據(jù)鍋爐負(fù)荷和1,512燃燒情況調(diào)節(jié)投入運(yùn)行的漿槍數(shù)量及位置。試驗(yàn)中鍋5.254.08采用空氣分級燃燒后主燃區(qū)氧量較低,容易產(chǎn)生[3]孟德潤,趙翔楊衛(wèi)娟等影響水煤漿再燃效果的主要因局部的還原性氣氛,而該鍋爐采用一次、二次風(fēng)大小切素研究[.中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(5):67-70.圓的噴口布置方式,可以有效減少燃燒器區(qū)域水冷壁[4]菊衛(wèi)國,周俊虎楊衛(wèi)娟,等220t/h水煤漿鍋爐NO排附近的還原性氣氛,降低爐內(nèi)結(jié)渣的幾率放特性的研究[].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2006,40(8)[5]孟德潤周俊虎,趙翔,等.水煤漿揮發(fā)分再燃對NO還原5結(jié)論的影響[].中國電機(jī)T程學(xué)報(bào),2008,28(5):74-77[6]龐永梅,王晉權(quán),郭建,等.空氣分級燃燒降低鍋爐排放控(1)采用空氣分級燃燒技術(shù)燃用水煤漿的鍋爐在制技術(shù)[.電力科學(xué)與工程,2007,23(4):46-49530t/h負(fù)荷條件下,NO,排放量最低可達(dá)380mg/m3。[7]才雷滕生平,祖興利,等.空氣分級燃燒技術(shù)在燃燒器低(2)適度增大燃盡風(fēng)量,降低主燃燒區(qū)最上層二次NO,改造中的應(yīng)用[].華北電力技術(shù),2006,35(11):33風(fēng)量,有利于降低NO排放量。3)適當(dāng)降低過量空氣系數(shù)可以有效降低NO2的[8]佐雙吉烏拉山發(fā)電廠3號鍋爐空氣分級燃燒改造及運(yùn)排放量。行試驗(yàn)[J].熱力發(fā)電,2007,36(4):61-64(4)相同鍋爐負(fù)荷條件下,集中投人運(yùn)行主燃燒區(qū)[9]張曉輝孫銳孫紹增,等.200MW鍋爐空氣分級低NO燃燒改造實(shí)驗(yàn)研究[門]熱能動力工程,2008,23(6):676-中下部水煤漿槍會降低NO2的排放量5)采用空氣分級燃燒技術(shù)后,水煤漿的燃盡率和[10]伍昌鴻,李德暖,劉業(yè)雄,等.300MW機(jī)組鍋爐低氮燃燒鍋爐結(jié)渣現(xiàn)象沒有明顯惡化的改造[J.廣東電力,2008,21(3):68-71[]王恩祿,張海燕,羅永浩,等.低NO,燃燒技術(shù)及其在我[參考文獻(xiàn)]國燃煤電站鍋爐中的應(yīng)用[J]動力工程,2004,24(1)1]丁寧張傳名,曹欣玉,等.410t/h六角切圓鍋爐水煤漿23-28燃燒試驗(yàn)與數(shù)值模擬[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2006,2612]周禮學(xué)低氧燃燒技術(shù)在410t/h鍋爐上的應(yīng)用[冂].電力(11):41-46.設(shè)備,2008,9(3):72-75.[2]孟德潤趙翔,楊衛(wèi)娟,等.200MW水煤漿鍋爐的低NO燃燒試驗(yàn)[門.動力工程,2007,27(3):341-343Doeooocoeooooooooooocoooooooooooooeoooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooooo(上接第57頁5結(jié)論[參考文獻(xiàn)][1]蘇俊林徐曉英,潘亮,等.液化氣鍋爐富氧燃燒的數(shù)值模本文提出的渦流噴氨混合裝置滿足煙氣與氨氣混擬及實(shí)驗(yàn)研究[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版),2009(3)電合要求能使反應(yīng)器第1層催化劑入口截面氨氣濃度[2] Hiromichi obara, Yasuaki Matsudaira. Large Vortex For-技mation-Meehanism behind Wedge under Several Separa-術(shù)偏差<10%;在2個煙道轉(zhuǎn)彎處等距離布置4塊導(dǎo)流tion Conditions[J]. JSME International Journal, Series B論板,反應(yīng)器上部等距離布置11塊導(dǎo)流板后,反應(yīng)器第1998,41(4):31-351層催化劑入口截面速度偏差值為12.3%,低于設(shè)計(jì)[3]朱文斌燃煤電廠SCR煙氣脫硝裝置的冷模實(shí)驗(yàn)和CFD標(biāo)準(zhǔn)(15%)數(shù)值計(jì)算研究[D].上海:上海交通大學(xué),2008