200 MW水煤浆锅炉的低NOx燃烧试验

第27卷第3期动力Vol 27 No. 3Joumal of Power EngineeringJune 2007文章编号:10006761(2007)03-341-03200MW水煤浆锅炉的低NO燃烧试验孟德润,赵翔,杨卫娟,刘建忠,周俊虎,岑可法(能源清洁利用国家重点实验室,浙江大学,杭州310027)摘要:对1台200MW的水煤浆锅炉进行了低NO,排放燃烧试验,分别对均等配凤、分级配凤、再燃3种燃烧方式进行了深入的比较和研究。结果表明:均等配风时NO,排放量最大,而再燃和分级配风能够有效地降低NO的排放;在一定试验条件下,分级配风取得了最高的脱硝效率;再燃和分级配风还大大降低了CO的排放。关键词:能源和动力工程;锅炉;NO,;水煤浆;再燃;分级配风中图分类号:TK227文献标识码:ALow no, Combustion Tests on a 200 MwCoal-Water Slurry Fired BoilerMENG De-run, ZHAO Xiang, YANG Wei-juan, LIU Jian-zhong, ZHOU Jun-hu, CEN Ke-faNational Key Lab of Clean Energy Utilization, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)Abstract: Profound comparison combustion tests of low NO, emission were conducted on a 200 MW coal-water slurry firedboiler, with uniform air allotment, staged allotment and also under rebuming conditions. Test results show that NOn is largest under uniform air allotting conditions, while recombustion and staged allotment of air can alsoeffectively, but only to a certain degree, reduce NO, emission. Under test conditions, it was found that denitrition rate ishighest for the case of stage allotted air and CO emission deminishes considerably, both in case of reburning so for stageKey words: energy and power engineering; boiler; NO, coal-water slurry: rebuming; staged ait allotment在火力发电过程中,燃烧排放出大量的污染气NO,燃烧方式与均等配风燃烧方式下NO2的排放进体,其中No.因其引起酸雨、光化学烟雾和破坏臭行了深入的对比研究,提出水煤浆锅炉可实现低氧层等环境危害,越来越受到人们的关注,世界各国NO,排放的优化运行方式,具有一定的实用意义。都制定了NO4的排放标准,而且排放标准要求越来越严格。虽然,近年来对于开发煤粉炉的低MO1锅炉及试验内容燃烧技术方面有很多的研究,但对于水煤浆锅炉新建的670t/h超高压水煤浆锅炉在国内属首的排放规律和在运行中控制炉内NO,的生成的研创产品,锅炉最大连续出力670th。锅炉为超高压究还不多。本文对分级配风(2、水煤浆再燃等低参数自然循环锅炉,锅炉本体呈∏型布置,水煤浆喷雾悬浮燃烧,采用直流燃烧器正四角布置切向燃烧,烟气档板调节再热汽温,喷水减温控制过热汽收稿日期:200605-19温,回转式空气预热器,刮板式捞渣机连续固态排作者简介:孟德润(1979),男河北沧州人博士研究生,主要从渣,平衡通风,全钢构架露天布置事烟尘大气污染防治方面的研究锅炉炉膛横截面宽深比为1.1,采用正四角布342动力工程第27卷置直流燃烧器的切圆燃烧方式,并确定采用一次风个最佳的NO,排放运行方式,并研究了3种运行方和二次风双切圆布置,其中一次风和二次风切圆直式对锅炉运行参数,燃烧效率,结渣积灰的影响。3径分别为800mm和1000m,且均为逆时针旋转。个工况具体如下:燃烧器最上层布置了反切的燃尽风(OFA),切圆直工况A:均等配风,五层浆枪全投(煤浆量均等径为800mm。分配),停用燃尽凤,其余燃烧器喷口采用均等配风,燃烧器最上层为OFA(燃尽风)喷嘴,E层为再炉膛出口α=1.176燃喷口,上、下2组均设有上、下二次风和中二次风。工况B:再燃,主燃区燃料量84.2%;再燃区燃为了有利于油的完全燃烧,AE层一次风喷口均带料量15.8%,炉膛出口a=1.175有中心风。进行了满负荷下均等配风、分级配风、再工况C:分级配风,炉膛出口a=1.16燃3个试验,测试了不同工况下NO的排放,找到试验所使用的燃料特性示于表1。表1燃料特性Tab. 1 Fuel 's characteristics项目C/%H'/%Qa/MJ粘度/mPas浓度/%水煤浆49.814.645.7135.4718.30110064.532试验结果及分析在燃尽区燃烧造成的炉膛高处温度升高;而空气分级工况下由于主燃区过量空气系数较低,部分未燃2.1各试验工况下锅炉主要运行参数燃料也在炉膛高处燃烧,同样造成高处温度升髙。表2为3个试验工况下锅炉运行参数。从表中可知,各工况下主蒸汽温度、压力和流量等均符合锅炉运行规范要求。p1300表2锅炉各工况下主要运行参数Tab 2 Boilers main operating parameters forvarious modes testing亠空气分级项目主蒸汽压力/MPa12.72沿炉膛高度/m主蒸汽温度/℃537.5图1沿高度变化的炉膛温度场主蒸汽流量/th再热蒸汽压力/MPa2.132.162.3试验工况的排烟温度和烟气排放再热蒸汽温度/℃542.5537539.5各试验工况中均采用天虹智能烟气分析仪TH-汽包压力/MPa990,对尾部烟道的烟气排放进行了测试,结果见给水温度/℃排烟温度/℃表3尾部烟气成分表炉出口氧量/%Tab 3 Rear flue gas'composition冷风温度/℃15.115.8工况排烟温度/℃NO,/mg·m3Co/mg·m3脱硝率/%热风温度/℃水煤浆温度/℃耗浆量八h101.6101.610.6112313注:表中NO.均折算到a=1.4时标准状态下的数值;脱硝率是2.2试验工况下炉膛温度场分布相对于均等配风工况下NO4排放量进行计算。图1为炉膛温度沿高度的分布。从图1可以看出各个工况的炉膛高温区均集中在主燃区的燃烧器从表3可以看出均等配风工况下NO,排放量最附近而在炉膛高于25m处再燃工况和空气分级工高,而在再燃工况和空气分级工况下NO.排放均下况的温度均高于均等配风工况。这主要是由于再燃降得较多,再燃和空气分级是降低NO.排放的有效工况下部分燃料在再燃区燃烧,以及未燃尽的燃料措施。空气分级运行方式则取得了最高60.3%的第3期盂德润,等:200MW水煤浆锅炉的低NO,燃烧试验343脱硝效果,主要原因是第五层浆枪虽没有投运,但是2.5试验工况对积灰结渣的影响却投入了相应的一次风、中心风、二次风,这样使得由于炉膛内燃烧组织合理,3种工况基本形成燃尽风的实际比例上升,燃尽风风量大,主燃区的还风包粉的运行方式,水冷壁周围的氧化性气氛较浓,原气氛越强,分级效果越好。而且实际燃尽风喷口水冷壁基本没有结渣,在均等配凤工况下,背火侧卫和投入的最上一层浆枪的距离为3.6m,远远大于燃带积灰渣较多,但属于松散性灰渣,在再燃工况的经验推荐值。此距离大,烟气在过量空气系数较低再燃区、尤其是空气分级的主燃区的还原气氛较的主燃区停留时间长,NO,下降幅度大,但飞灰可燃浓,背火侧卫燃带所积灰渣较硬,粘结性增强。物会增加6。尽管在再燃比为15.8%的情况下取得了42.5%3结论的脱硝率,低于空气分级时的脱硝率,并非说明再燃(1)锅炉性能试验:在A、B、C3个工况下,燃烧的脱硝效果就一定不如空气分级,仅仅是因为由于效率分别达到9928%、99.09%和99.23%;锅炉热锅炉制造工艺方面原因的限制,再燃最上层投入浆效率分别为9329%、9317%和93,18%。枪和实际燃尽风喷口的距离仅为1.8m,低于由前(2)3种试验工况下,大部分火焰不发生直接冲全苏热工所推荐的经验公式计算出的值,同时由于刷水冷壁,燃烧器出口无结焦现象,水冷壁不结渣,现场调试条件的不足和调试时间仓促,没能获得更向火侧卫燃带积灰渣较少,背火侧卫燃带积灰渣较小的NO,排放的再燃比和过量空气系数,影响了脱多,但属于松散性灰渣,非粘结性的,不影响锅炉安硝的效果。全经济运行。在再燃和空气分级工况中CO的排放量同时也(3)再燃工况和分级配风工况不但NO2排放量下降很多,这主要是CO具有还原性,可以参与NO,小于或接近于国家排放标准(达到国标≤450mg的还原反应。同时在相对贫氧的环境下,煤粉挥发m),同时这两个工况还可以大大降低Co的排放份火焰中的OH离子较多,CO与之发生如下反应:有利于锅炉的运行。CO+OH→→CO2+H,此反应速率高于CO与O2的本试验中燃尽风量采用适量,分级效果好,且没燃烧反应速率,是实现再燃区脱除cO的重要途有引起燃烧器区域严重缺氧而出现受热面结焦和高温腐蚀,也没有引起燃烧效率和热效率的下降,故推24试验工况的燃烧效率荐本炉采用分级配风、低NO,排放运行方式。试验结果见表4。由表4可知,3种工况均在参考文献200MW负荷下,虽然再燃和空气分级工况与均等配凤相比飞灰可燃物少量增加,但是燃烧效率均在1间维平,洁净煤发电技术[M].北京:中国电力出版99%以上(大于同等容量燃无烟煤和贫煤的煤粉炉社,20[2]姜涌,赵爱虎,贾绍亮低NO,燃烧技术简介[J]电燃烧效率),锅炉热效率也接近和大于92.4%;试验站系统工程,2005,21(1):61-62过程中炉膛压力波动不大,火焰明亮,燃烧稳定正[3] Smoot L d,HSC,XuH.NO, control through reburning常,说明3种燃烧方式均能达到锅炉的最大出力。[JJ. Journal of combustion science and technology表4燃烧效率和热效率2001,(2):115-119Tab 4 Combustion efficiency and thermal[4]董若凌,周俊虎,杨卫娟煤粉再燃对锅炉CO及N2O排放控制的试验研究[J环境科学学报,2005,25(6)试验工况734-737排烟氧量(O2)m/%5[5] Rutar T, Kramlich JC, Malte P C. Nitrous oxide emissions飞灰含碳量C/%灰渣含碳量Cx/%0.620.752.52control by reburning [J]. Combustion and flame, 1996固体不完全燃烧损失q4%0.420.860.73107(4):453-463排烟过量空气系数apI.33[6]张慧娟,阎志勇,邱广明.空气分级燃烧降低锅炉NO排烟温度r/℃排放的试验研究[J,内蒙古工业大学学报,1999,18排烟热损失q2/%5.585.52(4):309-314锅炉散热损失q3/%0.41[7]张慧娟,宋洪鹏,惠世恩四角切圆空气分级燃烧技术气体不完全燃烧损失q%及应用[J].热能动力工程,2003,18(3):224-229热效率y%93.2993.1793.18[8]董利,李瑞扬.炉内空气分级低NO,燃烧技术[J]燃烧效率/%电站系统工程,2003,19(6):47-49