循環流化床鍋爐低氮燃燒技術試驗研究

2020-12-05 北極星環保網

北極星大氣網訊:1 引言

CFB鍋爐普遍採用SNCR方式脫除煙氣中的NOx，反應溫度窗口為850～1050℃。近年來，電力需求增速變緩，越來越多的機組需要調峰運行，大量CFB鍋爐在低負荷情況下，由於循環灰量少，分離器入口溫度低於850℃，導致SNCR反應無法進行，採用單一的SNCR脫硝技術無法滿足NOx超低排放要求，採用低氮燃燒技術降低原始排放結合SNCR脫硝系統是實現CFB鍋爐NOx超低排放的有效途徑。

吳劍恆等通過延長還原性氣氛的富燃料區反應區間，增強二次風穿透性，提高爐膛中心區域傳熱強度的方法，使某75t/hCFB鍋爐NOx原始排放從180mg/Nm3降至140mg/Nm3，機械不完全燃燒損失降低1%～1.5%。陳建軍等在優化二次風噴口布置的基礎上增加FGR系統，使某130t/hCFB鍋爐NOx排放降至50mg/Nm3以下。清華大學提出的基於流態重構低床壓降節能型CFB鍋爐技術路線，通過增加有效床料濃度，NOx原始排放濃度從192mg/Nm3降至113mg/Nm3。Artur在蒸發量為1296t/h的CFB鍋爐上試驗發現，FGR可均衡CFB鍋爐爐膛縱向溫度分布，加快爐膛下部熱通量恢復。本文通過對某130t/hCFB鍋爐進行低氮燃燒改造，分析改造後爐膛參數變化，為同類型機組的改造提供參考。

2 研究對象

某電廠1號爐為濟南鍋爐廠與中國科學院工程熱物理研究所聯合開發的YG－130/9.8型高溫高壓循環流化床鍋爐，單爐膛，自然循環，全懸吊結構，全鋼架π型布置。爐膛採用膜式水冷壁、汽冷式旋風分離器，尾部豎井煙道布置兩級3組對流過熱器，過熱器下方布置3組省煤器及一、二次風各3組空氣預熱器。鍋爐採用SNCR脫硝方式，改造前鍋爐NOx原始排放濃度約300mg/Nm3，最高排放濃度約350mg/Nm3。鍋爐常用燃料為煙煤，同時摻入5%幹汙泥，燃料性質分析見表1

3 技術方案

3.1 分離器提效改造

Mazyan等以直徑190mm的分離器為模型，經數值模擬發現，在分離器上部增加切向進氣室，分離器效率最高可增加50%，壓降增加不超過8%;王勇以某410t/hCFB鍋爐為研究對象，經優化中心筒插入深度，延長中心筒長度至入口煙氣高度的1/2，提高了分離器效率;李楠採用帶偏置的漸縮型中心筒，增加鍋爐循環灰量，降低床溫30℃，脫硝還原劑20%氨水的消耗量由20t/d降低為4t/d。

分離器內部的煙氣為混合有寬篩分顆粒的氣固兩相流，在離心力與重力作用下，顆粒經離心分離和沉降分離後被分離器捕捉。基於此原理，Muschelknautz等提出了計算分離器效率數學模型，採用式(1)計算分離器切割粒徑dv。

其中，μg為氣體黏度;Ve為分離器下部錐體體積;ρs為顆粒密度;ρg為氣體密度;Hc為中心筒底部至分離器錐體底部距離;μθcs為氣體切向速度。切割粒徑越小，分離器效率越高，由式(1)可知，切割粒徑與氣體切向速度成反比，通過提高氣體切向速度，可減小切割粒徑，提高分離效率。國內工程經驗表明，分離入口煙氣速度在30m/s左右可得到較好的分離效果(表2)。本文研究對象改造前分離器入口煙速為18.17m/s，有較大改造空間，通過重新製作分離器入口煙道澆注料，縮小煙道寬度，煙氣速度由18.17m/s提高至26m/s。

3.2 FGR改造

增設FGR系統，根據鍋爐煙氣O2體積分數較低的特點，在保證總流化風量的情況下，降低一次風量及密相區氧含量，強化密相區還原性氛圍，抑制床溫。1號爐額定負荷下，一、二次風量各為62000Nm3/h，一、二次風率均為50%，煙氣量155000Nm3/h，增加FGR系統後，將10%煙氣通過FGR管道引入一次風機，一次風流量不變，一次風O2體積分數降至17.75%，折算為21%的空氣流量為50190Nm3/h，二次風流量從62000Nm3/h增加至73810Nm3/h，一次風率降低至40%，二次風率提高至60%，可強化空氣分級燃燒效果，降低NOx生成量。

2.3二次風口改造

鍋爐原有上、中、下3層二次風，前牆4列，後牆2列，左右側牆各布置2列。3層二次風口距離布風板高度分別為2626、1626和833mm。本次改造將前牆和後牆原下二次風口整體上移，具體為將原下層二次風口封堵，在距布風板3600mm開孔作為改造後上二次風，鍋爐左右側牆原下二次風口封堵，其餘不作改動，如圖1所示。改造後的下二次風口距布風板1626mm，擴大了密相區還原性範圍。

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