电站水煤浆锅炉空气分级燃烧技术的试验研究

电站水煤狼锅炉空气分級燃烧技术的试验硚究赵琛杰,周俊虎2,刘建忠2,周志军2,黄镇字2,岑可法21.浙江百能科技有限公司,淅江杭州3100122.浙江大学能源清洁利用国家重点实验室,淅江杭州310027[摘要]对某新建670t/h燃用水煤浆锅炉的空气分级燃烧、水煤浆燃尽率以及锅炉结渣等对NO排放的影响进行了试验研究。结果表明,采用空气分级燃烧技术后,锅炉在530t/h负荷下运行,通过调整过量空气系数和配风方式,锅炉NO排放量可降至380mg/m3(标准状态,下同);燃烧过量空气系数控制在1.2左右时,通过配风调整可以同时保证低№O-排放量和燃烧稳定、高效;水煤浆的燃尽率和锅炉结渣现象无明显恶化。[关键词]锅炉;水煤浆;空气分级;燃烧;NO排放量;一次风;二次风;燃尽率[中图分类号]X701.3[文献标识码]A[文章编号]1002-3364(2011)11-0061-04[DOI编号]10.3969/ J. Issn.1002-3364.201.11.061APPLICATION OF AIR-STAGED TECHNOLOGY ONTO COAL-WATERSLURRY FIRED UTILITY BOILERZHAO Chenjie', ZHOU Junhu2, LIU Jianzhong, ZHOU Zhijun, HUANG Zhenyu, CEn KefazI. Pyneo Co Ltd, Hangzhou 310012, Zhejiang Province, PROtate-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 intooperation, 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 coefficientand 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 adjustmentof air distribution can ensure low no, emission as well as stable and effective combustion, but without术论坛一热力substantial change in burnout and slagging of Cws.Key words: coal -water slurry; boiler; air staged combustion; NO, emission; primary air; secondaryair: burnout稿日期:2011-11-24中国煤化工CNMHG1锅炉概况FF(OFA)FE(oFA上组670t/h燃用水煤浆锅炉配置75MW汽轮机发电机组,该锅炉本体为Ⅱ型布置,炉膛横截面宽深比为1,燃烧采用正四角布置直流燃烧器切圆燃烧方式,次风和二次风双切圆布置,切圆直径分别为600、800mm。二次风喷口分为上、下2组布置,上组燃烧器在最上层二次风喷口上方布置有2层反切燃尽风(OFA,编号自下而上为FE、FF),切圆直径为600mm。下组燃烧器均匀布置5层一次风(编号自下而上下组为:A、B、C、D、E)和6层二次风(编号自下而上为:AA、AB、BC、CD、DE、EE)。一次风喷口内布置有带旋流叶片的中心风喷口,AA、AB层二次风喷口内布置点火油枪,一次、二次风喷口布置见图1。锅炉设计燃用兖州煤水煤浆,燃烧器设计过量空气系数为1.2水煤浆燃料特性见表1。图1一次、二次风喷口布量表1水煤浆工业与元素分析工业分析/%Qar, pet分析/36.7210.9135.6252.5916.56644.352.074.620.950.3表2试验工况丁况过量空气锅炉负荷次风门开度/%系数/t·hFEEE DE CDAB1.3364467069615168517297721001.18发1.215305962591.20技1.1658100术62坛2未采用空气分级燃烧技术对NO2此时燃烧配风方式近似不采用空气分级燃烧的情况,排放的影响NO,排放量为1069mg/m3。工况G4下FF、FE风门开度增加到72%和73%,EE风门开度略微增加,第发NO2排放量为685mg/m3,比工况G1时降低35.9%。各试验工况下的相关参数见表2。由表2可见,二工况G1下FF、FE风门开度分别为20%和35%时,燃工况G1、G4的过量空气系数(1.33)大于设计值(1.2),风量较大,不利于降低NO2的排放。第O尽风量占总二次风量比例较小,燃烧空气分级程度低期二中国煤化工CNMHG3空气分级燃烧技术对NO2排放的炉负荷稳定在440t/h左右,燃烧配置风总风量及各影响层风门开度保持不变,调整浆枪投入方式时,锅炉稳定。工况G2为A层投入运行1支浆枪,E层投入33.1配风方式支浆枪;工况G3为A层投入3支浆枪、E层投人1支工况G5与工况G4相比,EE、CD风门开度减小,菜枪,况G2、G3总浆量保持一致及其它层浆枪投入BC风门开度增大,此时NO2排放量为515mg/m3,比数量保持不变。工况G2下水煤浆分布偏向主燃烧区G4工况进一步降低。这是因为EE、CD风门开度减部,NO,排放量为823mg/m3;而工况G3下水煤小使主燃烧区的过量空气系数进一步降低相同燃尽浆分布偏向主燃烧区下部NO排放量为684mg/m3。风门开度下燃尽风量有所增加空气分级程度增强,对这是因为水煤浆集中在主燃烧区上部时,主燃烧区下降低主燃烧区NO,的生成量有促进作用。同时,EE部的浆量相应减少主燃烧区下部过量空气相对偏多,层二次风量减少使该层二次风至FE层燃尽风间的过氧量偏高,NO,生成量增加。另外浆量偏向主燃烧渡区域氧量减少,还原性气氛增强促进了该过渡区域区上部分布,主燃烧区内和主燃烧区至燃尽区之间各内NO,的还原分解反应,降低了NO,的排放量。但层水煤浆加权平均停留时间相对减少,烟气中的NO2是,燃烧调整过程中若空气分级的比例过大,会造成燃被还原分解的停留时间减少,大量的NO来不及被还尽风量过多,水煤浆燃烧不稳定。因此,实际运行时在原就被烟气带人燃尽区,从而导致NO排放量增加保证主燃烧区水煤浆稳定着火燃烧的基础上,适当地提高空气分级程度增加燃尽风量,降低主燃烧区最上燃烧区中下部的水煤浆浆枪。层二次风量对降低NO,排放量有促进作用。空气分级燃烧对水煤浆燃尽率和3.2过量空气系数锅炉结渣的影响保持锅炉负荷和配风方式不变通过调节各层二次风门开度调整燃烧总风量,实现对过量空气系数的该水煤浆锅炉采用空气分级燃烧技术后各工况下调整。工况G8、G9下锅炉负荷为477t/h、当过量空炉渣和飞灰含碳量见表3。当锅炉负荷较低(工况气系数由1.2降至1.16时,NO排放量由424mg/m3G2、G3、G4)时,炉渣含碳量偏高,而飞灰含碳量均在降低到363mg/m3;工况G6、G7下锅炉负荷为5303%以下。当锅炉运行负荷提高(工况G8、G9)后,炉t/h时,过量空气系数由1.21降低到1.18,NO,排放渣含碳量明显下降,飞灰含碳量略有升高。由于工况量由451mg/m3降低到380mg/m3。可见,减少燃烧G9比工况G8总风量小,空气分级后局部燃烧区域缺总风量降低过量空气系数,可降低NO,排放量。这氧程度比工况G8严重,飞灰含碳量略微增加。当锅是因为,采用空气分级燃烧技术后燃烧所需风量分成炉负荷进一步上升(工况G6、G7)时,炉膛内温度比低2部分送人炉内,过量空气系数降低时燃烧总风量相负荷时明显提高,促进焦炭燃烧,炉渣含碳量降低,飞应减少,同时分级送入主燃烧区的空气量减少,主燃烧灰含碳量没有明显升高。水煤浆燃烧温度比纯煤粉燃发区氧量降低减少了主燃烧区NO,的生成量。另外,娆低100~200℃,采用空气分级燃烧后水煤浆燃烧初电主燃烧区至燃尽区的过渡区域内氧量随之下降,促进期主燃烧区配风量减少、温度提髙,提高了水煤浆的燃术了该过渡区域内的NO2还原分解反应。采用空气分尽率。论级燃烧方式下,过量空气系数减小时,燃尽风门开度无坛需过大即可降低NO排放量表3水煤浆灰渣含碳量%工况编号炉渣含碳率飞灰含碳率11.032.053.3水煤浆浆枪投运方式10.922.71试验以压缩空气为雾化介质,水煤浆以雾化形式2.92喷入炉内进行燃烧,5层一次风喷嘴内均布置有水煤0.19浆雾化浆枪,共设置20支,运行时可根据锅炉负荷和燃烧情况调节投入运行的浆枪数量及位置。试验中锅- H中国煤化工CNMHG采用空气分级燃烧后主燃区氧量较低,容易产生[3]孟德润,赵翔,杨卫娟,等影响水煤浆再燃效果的主要因局部的还原性气氛,而该锅炉采用一次、二次风大小切素研究[]中国电机工程学报,2007,27(5):67-70圆的喷口布置方式,可以有效减少燃烧器区域水冷壁〖4]菊卫园,周俊虎杨卫娟等.220t/h水煤浆锅炉NO排附近的还原性气氛,降低炉内结渣的几率。放特性的研究[].浙江大学学报(工学版),2006,40(8)1439-1442结论[5]孟德润,周俊虎赵翔等.水煤浆挥发分再燃对NO还原的影响[J].中国电机T程学报,2008,28(5):74-77[6]庞永梅,王晋权,郭建,等.空气分级燃烧降低锅炉排放控(1)采用空气分级燃烧技术燃用水煤浆的锅炉在制技术[.电力科学与工程,2007,23(4):46-49530t/h负荷条件下,NO,排放量最低可达380mg/m2。[7]才雷滕生平,祖兴利,等.空气分级燃烧技术在燃烧器低(2)适度增大燃尽风量,降低主燃烧区最上层二次NO改造中的应用[J].华北电力技术,2006,35(11):33风量,有利于降低NO2排放量。(3)适当降低过量空气系数可以有效降低NO,的[8]佐双吉乌拉山发电厂3号锅炉空气分级燃烧改造及运排放量。行试验[J]热力发电,2007,36(4):61-64(4)相同锅炉负荷条件下集中投入运行主燃烧区[9]张晓辉,孙锐,孙绍增,等20MW锅炉空气分级低NO燃烧改造实验研究[冂].热能动力工程,2008,23(6):676中下部水煤浆枪会降低NO,的排放量(5)采用空气分级燃烧技术后,水煤浆的燃尽率和[10]伍昌鸿,李德暖,刘业雄,等.300MW机组锅炉低氮燃烧锅炉结渣现象没有明显恶化。的改造[.广东电力,200821(3):68-71[]王恩禄,张海燕,罗永浩,等.低NO,燃烧技术及其在我参考文献]国燃煤电站锅炉中的应用[J]动力工程,2004,24(1):[1]丁宁,张传名,曹欣玉,等.410t/h六角切圆锅炉水煤浆燃烧试验与数值模拟[J].中国电机工程学报,2006,2612]周礼学.低氧燃烧技术在410t/h锅炉上的应用[J]电力(11):41-46设备,2008,9(3):72-75[2]孟德润,赵翔,杨卫娟等.200MW水煤浆锅炉的低NO燃烧试验[冂],动力工程,2007,27(3):341-343(上接第57页5结论[参考文献][1]苏俊林徐晓英,潘亮,等液化气锅炉富氧燃烧的数值模本文提出的涡流喷氨混合装置满足烟气与氨气混拟及实验研究[J].吉林大学学报(工学版),2009(3)电合要求能使反应器第1层催化剂人口截面氨气浓度[2] Hiromichi obara, Yasuaki Matsudaira. Large Vortex For-技mation-Meehanism behind Wedge under Several Separa-术偏差<10%;在2个烟道转弯处等距离布置4块导流tion Conditions[J]. JSME International Journal, Series B,论板,反应器上部等距离布置11块导流板后,反应器第坛1998,41(4):31-351层催化剂入口截面速度偏差值为12.3%,低于设计[3]朱文斌燃煤电厂SCR烟气脱硝装置的冷模实验和CFD标准(15%)数值计算研究[D].上海:上海交通大学,2008中国煤化工CNMHG